Parafoudre

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Un parafoudre est un dispositif de protection des appareillages électriques contre les surtensions électriques transitoires créées par exemple par la foudre.

[modifier] Usage

La fonction du parafoudre est notoirement différente de celle d'un paratonnerre : alors qu'un paratonnerre veut protèger une installation (uniquement contre la foudre), le parafoudre protège quant à lui les installations électriques de la dite installation contre les surtensions en général.

Le terme de parafoudre désigne normalement les dispositifs contre les surtensions à base de varistance. On désigne sous le nom de parasurtenseur l'ensemble des dispositifs contre les surtensions : parafoudre, éclateurs, circuits RC,... Cependant, l'usage courant confond ces terminologies.

Son nom de parafoudre vient du fait qu'historiquement le foudroiement était la première surtension contre laquelle on a désiré se protéger. C'est aussi plus parlant et plus vendeur d'un point de vue commercial. Une surtension ne provient pas nécessaire d'un effet direct de la foudre. Parfois, voire toujours dans un contexte industriel, il est dimensionné pour protèger contre un éventuel coup direct de la foudre, si elle tombait sur les lignes d'alimentation électrique ou téléphonique. Il justifie dans ce cas pleinement son nom. Mais un parasurtenseur en général protège, et c'est un cas fréquent, contre toute surtension. Même en cas de foudre une surtension peut être causée de façon indirecte : par exemple par induction magnétique sans que la foudre n'ait eu à toucher aucune ligne ou suite au foudroiement d'une ligne voisine (surtension par couplages inductifs et capacitifs). Voir effets indirects de la foudre.

Un parafoudre est un composant électrique dont le rôle est de dévier l'énergie des ondes de surtension, il est donc en général connecté entre les câbles à protéger et la terre (mode commun). Notons que la façon de câbler cette protection est importante, sans quoi elle devient inutile voire peut agraver la situation. La longueur des câbles en particulier joue un rôle. Ce composant a une caractéristique fortement non-linéaire : en-dessous de son seuil d'amorçage il doit présenter une impédance très élevée et donc un faible courant de fuite. Au-dessus de son seuil il doit permettre d'évacuer le courant facilement donc avoir une impédance très faible. Autre particularité, les surtensions provenues de la foudre ou d'un quelconque défaut électrique sont extèmement brèves (de 10 à 500µs par exemple pour la foudre). Donc le parafoudre doit avoir un retard à l'amorçage le plus faible possible pour procurer une bonne protection.

[modifier] Technologies

Il existe au moins trois technologies de composants qui permettent de réaliser la fonction de protection contre les surtensions : les éclateurs, les varistances (ou varistors) et les diodes transil (ou diodes TVS). Ces trois technologies ont des caractéristiques différentes.

Les éclateurs sont composés de deux électrodes face à face dans un milieu qui peut être l'air ambiant (éclateur à air), de l'air mais dans un milieu clos (à air encapsulé) ou du gaz (éclateurs à gaz). Au delà d'une certaine tension entre les bornes, donc d'un certain champ électrique entre les électrodes, un amorçage se produit et le courant passe en formant un arc électrique. Les éclateurs sont très robustes et permettent de dévier des courants de foudre importants; cependant l'arc électrique qui apparait lors du fonctionnement est maintenu pas le courant que débite le réseau : il faut donc prévoir la coupure de ce court-circuit. C'est le principe des cornes d'amorçage que l'on voit sur les équipement de distribution d'électricité mais ils sont également utilisés en basse tension. La lenteur à l'amorçage (environ 1µs) est un défaut de ce type de composant pour la protection : les parafoudres à éclateur sur les lignes de télécomunications sont d'une efficacité toute relative pour protéger les équipements.

Les varistances sont des composants électriques ou électroniques. Au delà d'un certain seuil de tension, l'impédance de la varistance chute pour permettre l'évacuation du courant. Quand la tension revient à son niveau normal, l'impédance de la varistance reprend sa valeur à l'état de veille donc sans courant de fuite.

Les diodes transil sont des semiconducteurs qui utilisent l'effet Zener. Le fonctionnement des diodes Transil est comparable à celui des varistances mais leur caractéristique courant/tension est plus fortement non-linéaire ce qui permet d'obtenir de meilleurs niveaux de protection. Les diodes Transil ont une durée de vie quasi illimitée et leur temps de réponse est très faible ( quelques centaines de picosecondes). Si une surtension dépasse les caractéristiques maximales du composant, il se met définitivement en court-circuit (mise à la terre des conducteurs). Ces composants sont principalement utilisés pour la protection des équipements de télécommunication car des montages faible capacité sont possibles. On les utilise également sur le réseau basse tension car certaines diodes transil permettent d'écouler plusieurs dizaines d'ampères en impulsions sans détérioration et de maintenir la protection en fin de vie.

[modifier] Conseils de câblage

Dans tous les cas un parafoudre pour être efficace doit être correctement installé : suivant la norme NF C 15-100 (en France) et le guide C15-443. À savoir : l'équipotentialité du site à protéger est impérative, à défaut une valeur de terre la plus basse possible permet de diminuer les effets des différences de potentiel qui peuvent apparaitre lors de l'écoulement d'un courant de foudre. Les liaisons doivent être les plus courtes et directes possibles (éviter les boucles et les coudes) et de section suffisante pour la liaison à la terre (6mm² minimum).

Ce qu'il faut savoir, c'est que face à un choc très bref, les câbles ne sont pas de bons conducteurs. Il faut « un certain temps » pour qu'un courant s'établisse dans un câble. Et qui plus est l'autoinduction d'une ligne soumise à une variation rapide de courant provoque une surtension (indépendante du défaut, à cause du di/dt). Autrement dit, il peut y avoir plusieurs centaines de volts d'écart entre deux extrémités d'un câble. Ou entre deux câbles différents.

C'est pourquoi il faut considérer qu'un parafoudre ne protège qu'à ses bornes. L'appareil à protéger doit être câblé au plus proche et au plus court. Si on désire protéger une tête d'installation, les câbles d'arrivée doivent être rapprochés et le départ de la ligne protégée partir au plus près du parasurtenseur (parafoudre).

Si plusieurs câbles différents doivent ensuite être reliés à un même appareil ou circuit, ils doivent pour ces mêmes raisons provenir du même point. Par exemple, les protections du réseau électrique, de l'arrivée d'antenne et de l'arrivée téléphonique doivent également être placées au plus proche depuis un même point; depuis ce point unique d'arrivée partirons tous les câbles vers les circuits à alimenter. Si possible en évitant de former des boucles (faire le chemin de câbles dans des conduits par exemple).