PROTECTION FOUDRE : Stratégies de protection 3/3

PROTECTION CONTRE LES CHOCS FOUDRES INDIRECTS

                      Chocs foudres indirects et écoulement

Qualité du câblage de l’installation et spécialement du réseau de terre (suite)

 

Uab = [Za.Ia + Zc(Ia+Ib)] - [Zb.Ib + Zc(Ia+Ib)]

On voit que les facteurs Zc (Ia + Ib )] s’annulent et qu’en conséquence la tension entre les terre A et B ne dépend pas de la qualité des terres des l’installations

Si Ia=10kA courant de choc, Ib=100A courant résiduel et les impédances Za et Zb à la même valeur de 10Ω : Uab = (10 x 10 000) . (10 x 100 ) = 100 000 V

Si les deux réseaux de masses A et B sont proches, cette différence de potentiel peut être suffisante pour occasionner un amorçage entre ces deux réseaux.  

La diminution des montées de potentiel locales des réseaux de masses est obtenue en interconnectant au maximum tout ce qui peut servir de conducteur de retour aux courants de terre. Cela permet d’une part de diminuer les impédances de réseaux de masses et d’autre part, de répartir les courants de terre entre plusieurs conducteurs.

La condition essentielle et fondamentale de la qualité d’une protection contre les effets électromagnétiques de la foudre consiste à limiter les différences de potentiel entre masses adjacentes, de façon à supprimer les causes d’amorçages et les circulations de courant. On comprend alors pourquoi les réseaux de masses maillés sont indispensables.

 On appelle, « réseau de masses » ou « terre locale » l’ensemble des réseaux permettant d’assurer la référence de potentiel d’un ensemble d’installations.

Un réseau de masses maillées ne supprime pas les montées en potentiel de mode commun, mais les masses de tous les appareils qui lui sont raccordés montent en potentiel en même temps.

De ce fait il ne circule plus de courant parasite entre les appareils et si tous les éléments de ce réseau ont la même référence de potentiel, il n’existe plus de surtension entre les masses

 

Par ce qui précède on pourrait imaginer que la qualité des terres est sans importance et même que l’on pourrait s’en passer. Ce serait vrai si l’installation était une cage de Faraday parfaite; comme il n’en est rien : on doit veiller à la qualité des mises à la terre pour les raisons suivantes : -La mise à la terre des installations est une obligation légale : le réseau de terre doit être conforme à la normalisation relative à la sécurité des personnes. -Toujours pour assurer la sécurité des personnes, il est nécessaire de limiter les différences de potentiel longitudinales et en particulier les tensions de pas, tout particulièrement aux abords des circuits et des prises de terre. -Une bonne terre réduit les conséquences d’un mauvais réseau de masses par la limitation de la valeur des différences de potentiel transversales.

 Terres séparées

Certains fournisseurs de matériel informatique, préconisent une terre séparée afin d’obtenir une « terre propre » pour leur matériel. Cette idée de terre séparée est à proscrire absolument. Cette idée s’oppose au principe intangible de l’équipotentialité. Les terres séparées ne sont acceptables que sur des installations qui n’ont absolument aucun lien physique entre elles, de quelque nature qu’il puisse être : bus de données, source d’alimentation, chemin de câbles, canalisation de fluides etc… Les installations très distantes qui partagent un bus de données seront traitées comme les installations reliées au réseau téléphonique.

Qualité des câblages Afin de ne pas annuler les effets bénéfiques des protections contre la foudre, les câblages doivent, renforcer l’équipotentialité du système et tendre à réduire les effets de couplage entre fils pollueurs et fils sensibles. Pour cela il est nécessaire de respecter les règles suivantes : 

- Les goulottes et les chemins de câbles doivent être métalliques, chaque élément constitutif doit être boulonné au précédent et au suivant. Le tout soigneusement raccordé aux différentes armoires desservies. Ce point est particulièrement important car une connexion par un fil de 2 m suffit à réduire à néant l’effet réducteur du chemin de câbles. Une liaison de seulement 10 cm de longueur divise déjà l’efficacité par 2 . Et d’une façon générale : Toute liaison au réseau équipotentiel doit être courte et rectiligne

 - Un conducteur de terre qui passe sur un chemin de câbles métallique doit être nu et en contact franc avec lui. - Les câbles de puissance et les câbles de courants faibles sont installés dans des goulottes séparées ou à défaut placés de part et d’autre de la goulotte. Une distance de 20cm entre ces câbles est nécessaire pour s’affranchir des risques de couplage sur choc de foudre. Un capot métallique, posé sur une goulotte où passe un câble perturbateur renforce le couplage.

 - Les câbles les plus polluants doivent être situés dans les angles de la goulotte et autant que possible en caniveau enterré ou, au moins, le plus proche possible du sol de façon à réduire la surface de boucle d’émission. Cette boucle étant constituée par le conducteur et les liaisons à la terre ou au plan de masse.

  -Les câbles munis d’un blindage sont placés au milieu de la goulotte. -Les câbles sensibles qui ne peuvent pas être séparés des câbles pollueurs, doivent être blindés. Le blindage assure la protection contre les champs électriques ou électromagnétiques. Un blindage doit être continu d’un bout à l’autre du conducteur à protéger. Toute discontinuité du blindage permet l’entée de perturbations rayonnées. Le blindage des câbles doit être raccordé au réseau des masses. Les câbles longs, qui relient des matériels situés sur des sites dont l’équipotentialité n’est pas assurée, seront équipés de protections, (séparation galvanique, parafoudre.) et sauf nécessité absolue, le blindage ne sera raccordé qu’à une extrémité.

 - Dans le cas général où les signaux utiles sont d’un niveau suffisant par rapport aux signaux perturbateurs, les blindages des câbles seront connectés à la masse aux deux extrémités et régulièrement aux masses adjacentes le long du parcours de la liaison.

Cependant cette règle ne doit jamais faire obstacle aux instructions des constructeurs des matériels utilisés. - Dans les cas particuliers où il y aurait un couplage gênant entre le courant perturbateur circulant dans le blindage et le signal utile circulant dans le conducteur actif, alors et seulement pour des liaisons courtes, le blindage ne sera connecté que du côté de L’appareil sensible. Ceci implique qu’il faut aussi maîtriser les montées en potentiel entre le conducteur, le blindage et les masses, à l’extrémité où le blindage n’est pas connecté à la masse.

-Dans le cas de liaisons longues, une solution consiste à utiliser un double blindage, le premier étant relié à la masse des deux côtés, le blindage interne n’étant connecté à la masse que du côté du matériel à protéger.

- Un câble à blindage simple, raccordé à une seule extrémité est inefficace en H F - L’entrée des câbles blindés dans les coffrets électriques doit se faire en reliant le blindage à la masse de l’appareil sur 360°. Il faut éviter les tortillons de tresse coincés dans un bornier.

 

- Un câble blindé qui n’est pas raccordé correctement est totalement inefficace.

 

-Immunité des matériels électroniques

 

  

Toute la mise en place du réseau de terre et des masses maillées étant réalisée, la séparation des courants forts et courants faibles soigneusement respectée, les blindages raccordés correctement, la partie qualité du câblage est assurée. Il faut maintenant s’intéresser à l’immunité des matériels que l’on souhaite protéger.

 

 

Lorsque la préoccupation de protection d’un système électronique est prise en compte dès sa définition, les caractéristiques de tenue aux perturbations des matériels sensibles, sont définies au cahier des charges de ces matériels. Les exigences du cahier des charges seront d’autant plus sévères que l’exposition aux risques sera importante et/ou si un dysfonctionnement est considéré comme un problème majeur. Mais que le matériel soit déjà sur site ou qu’il reste à définir, il est indispensable de connaître ses caractéristiques de tenue aux perturbations. - dans le premier cas cette connaissance permettra de déterminer l’importance des mesures protection à mettre en œuvre, - dans le second cas la comparaison des performances des différents matériels envisagés offrira la possibilité d’un choix éclairé.

 

Susceptibilité Au cours de ces tests le matériel est soumis à différents types de perturbations et en fonction de caractéristiques de fonctionnement fixées par le constructeur on peut déterminer où se trouve la limite entre susceptibilité et immunité. Pour être conforme aux exigences du marquage CE il faut que le matériel testé subisse sans préjudice les perturbations d’un niveau déterminé par les normes applicables. Si l’on se réfère aux définitions données par les normes CEI correspondantes on peut dire que le niveau d’immunité demandé permet d’assurer un fonctionnement sans problème dans les applications de type: bureau industriels où les câblages sont réalisés en séparant les différentes tensions. Pour d’autres conditions de fonctionnement les exigences de l’utilisateur doivent être spécifiées.

 

Transitoires rapides. Il s’agit de vérifier la tenue du matériel soumis aux parasites à front raide, générés de façon aléatoire, en salves régulières. Electricité statique. Ce test détermine l’aptitude du produit à résister aux décharges d’électricité produites par le contact ou la proximité d’une source de potentiel élevé. Ces décharges très peu énergétiques simulent par exemple le contact avec une personne, qui par frottement avec des matières plastiques, a accumulé une charge électrostatique. Les tensions peuvent atteindre 15000V et risquent d’être destructrices pour les parties accessibles de l’électronique, comme par exemple les afficheurs ou les LED.

 

-Susceptibilité rayonnée. Le produit est soumis par rayonnement dans l’air, en polarité verticale puis horizontale, à une source radioélectrique, variant d’une fréquence de 80 Méga hertz à 2,7 Giga hertz. Durant tout le test le comportement des entrées/sorties est observé et doit rester conforme aux caractéristiques décrites par le constructeur. Doivent être surveillés, les afficheurs, LED et toutes autres parties visibles, les valeurs des entrées/sorties doivent rester dans les limites définies, les enregistrements si l’appareil en comporte et d’une façon générale toutes les informations présentées ou restituées par l’appareil testé, doivent répondre aux caractéristiques du constructeur. -Susceptibilité conduite. Le produit est soumis à des trains d’impulsions parasite (0,15 à 80MHz) apporter par les fils qui y sont reliés.

 

Choc foudre. Le test de tenue aux chocs de foudre conduit à appliquer en mode commun, sur tous les accès au produits, des chocs en onde hybride normalisée 8/20. Les décharges sont provoquées lorsque la charge du générateur présente en fonction de la voie testée la tension spécifiée pour le marquage CE: soit 2000V sur la voie d’alimentation basse tension et 200V sur les voies de signaux et de télécommunication. Le courant alors généré ne doit pas provoquer de dysfonctionnement permanent du matériel testé. Dans la pratique il sera souvent utile de faire préciser au constructeur la valeur de tension supportée avant destruction. Ces chiffres doivent être connus pour chaque voie prise individuellement.

 

Emission Comme leur nom l’indique les tests d’émissions sont destinés à déterminer le niveau des fréquences radioélectriques générées par le matériel testé ! Emission rayonnée : mesure du niveau des perturbations que le produit envoie dans son environnement, risquant ainsi de provoquer des dysfonctionnement aux autres matériels utilisés dans son voisinage. Les mesures effectuées doivent respecter l’un des gabarits définis par la norme. Emission conduite. Pour les fréquences plus basses, de quelques dizaines de Kilo hertz jusqu’à 80 Méga hertz, les mesures sont effectuées sur les conducteurs du produit, de façon à déterminer le niveau de perturbation injecté par le matériel sur les réseau filaires. Là aussi des gabarits doivent être respectés.

 

Chapitre 1: PROTECTION FOUDRE : Rappels sur le phénomène foudre

Chapitre  2 : PROTECTION CONTRE LES CHOCS FOUDRES DIRECTS  

Chapitre  3 : PROTECTION CONTRE LES CHOCS FOUDRES INDIRECTS  

Chapitre  4 : PROTECTION CONTRE LES CHOCS FOUDRES INDIRECTS (suite)  

Chapitre 5 : PERFORMANCES DES PROTECTIONS FOUDRES

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