CONSEILLER LA PROTECTION CONTRE LA SURTENSION DC/AC DE L'INSTALLATION PV

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AVEC LE LIMITEUR DE TYPE I+II

Quel est le risque de voir la foudre frapper votre maison? Il est faible, effectivement, et ceci fait que la protection contre la surtension n'est pas un sujet particulièrement brûlant en Belgique. La majorité des maisons n'en possède pas. Sauf celles munies de panneaux photovoltaïques sur le toit, pour protéger les coûteux composants électriques tels que le convertisseur en cas d'impact. Une protection DC entre les panneaux solaires et le convertisseur, voilà ce dont il s'agit. Néanmoins la foudre ne doit pas frapper votre maison pour occasionner des dégâts sur votre circuit électrique et il existe encore d'autres causes de surtension. Une protection AC dans le tableau de commande n'est certainement pas un luxe inutile.

SURTENSION

Sortes de surtension

Lorsque la tension d'une installation électrotechnique est supérieure à la tension nominale (p.e. 230 V), il est question de surtension. Il existe deux sortes de surtension: la surtension transitoire et la surtension temporaire. Les surtensions transitoires sont de très courte durée par nature (microsecondes). Les surtensions temporaires ont une plus longue durée (elles peuvent être présentes de quelques secondes à quelques heures). Les surtensions transitoires sont la plus grande cause de la panne des appareils. Elles sont scindées selon leur cause en Switching Electromagnetic Impuls (SEMP) et Lightning Electromagnetic Impuls (LEMP).
• SEMP: la surtension est causée par des manoeuvres, comme l'action de grandes charges sur le réseau électrique (p. e. le démarrage d'un ascenseur) ou des courts-circuits dans le réseau d'alimentation (p. e. si le gestionnaire du réseau commute d'un réseau à l'autre pendant des situations d'entretien ou de dysfonctionnement).
• LEMP: la foudre est la source de surtension. La foudre peut frapper de façon directe ou indirecte:
– En cas d'impact direct, la foudre frappe le bâtiment ou l'installation de protection contre la foudre (p.e. paratonnerre) du bâtiment.
– Quand on parle d'impact indirect, la foudre ne frappe pas e bâtiment mais à côté (p.e. sur la conduite d'air vers le bâtiment ou sur un arbre à côté du bâtiment). L'intensité des impacts indirects est moins forte que celle des impacts directs mais néanmoins des surtensions peuvent encore se produire jusqu'à 2 km du point d'impact.

Quels dégâts possibles?

La surtension transitoire n'est rien d'autre qu'un pic de tension de courte durée. Quand nous parlons de surtension transitoire, nous parlons aussi en termes de kilovolts (1 kV = 1.000 volt) et microsecondes (1 µs = un millionième de seconde). Ces pics de surtension peuvent causer des dégâts sur la technique de l'installation (p.e. dégâts au câblage sensible à la surtension) et sur les appareils branchés (p.e. défectuosités immédiates ou dommages indirects sur les appareils, comme un vieillissement accéléré). Un impact de foudre direct peut même provoquer un incendie. La protection contre la surtension convient uniquement pour dévier ces phénomènes transitoires.

Comment protéger contre la surtension?

Pour protéger le bâtiment, ainsi que la technique d'installation et les appareils branchés, contre les courants indésirables, des mesures sont nécessaires. Il existe deux systèmes de protection:
• Protection externe: protège le bâtiment contre un impact de foudre direct, en absorbant la foudre et en la déviant vers la terre. Un exemple de protection externe concerne les barres collectrices placées sur le toit d'un appartement.
• Protection interne: protège l'installation électrotechnique contre la surtension causée par des manoeuvres ou un impact de foudre direct ou indirect. L'excédent de tension est dévié des appareils vers la terre ou le réseau. Les limiteurs de surtension sont un exemple de protection interne.

Quelles normes sont en vigueur?

Depuis le 1er février 2009 est en vigueur en Belgique la norme NBN EN 62305, relative à la protection des structures contre l'impact de la foudre. Dans cette norme, la protection contre la foudre et Ia surtension plus la mise à la terre est considérée comme un seul ensemble intégral. Dans la norme, on parle uniquement d'une protection contre la foudre externe (collecte de la foudre et guidage sécurisant vers la terre) et interne (protection de toute la technique d'installation contre les tensions indésirables) et le terme de protection contre la surtension est échu. La NBN EN 62305 impose de vérifier par une analyse des risques si une protection contre la foudre est nécessaire. Cette analyse des risques prend en compte différents paramètres. Quelques paramètres importants:
• la localisation géographique de l'installation: p.e. quelle est la densité de l'impact de la foudre sur le sol (p.e . 3/km² par an);
• l'environnement de l'installation: p.e. si une église ou de hauts arbres se situent près de l'installation, le risque de voir la surtension entrer dans la maison via la mise à la terre est plus grand (la foudre frappe l'église, la protection contre la surtension externe dévie ces courants de surcharge de foudre vers la terre et ceux-ci peuvent provoquer une hausse de potentiel locale de la mise à la terre des maisons avoisinantes. Des dégâts dans les maisons voisines seront essentiellement occasionnés par les surtensions induites (une décharge de foudre s'accompagne en effet d'un champ électromagnétique très puissant et c'est ce champ qui peut générer des surtensions dans les installations électrique voisines));
• la construction de l'installation: p.e. utilise-t-on une ligne aérienne ((plus) sensible aux impacts de foudre ou le câble électrique est-il enfoui dans le sol? Un paratonnerre est-il placé sur le toit?;
• les caractéristiques du bâtiment à protéger: dimensions, nature des matériaux de construction, contenu (p.e. présence de matières dangereuses), fonction …).
Tous les paramètres sont pris en considération et si la valeur du risque admissible est dépassée, une protection est nécessaire. Si la valeur de risque est trop petite, aucune protection n'est requise selon la norme.
Exemple issu du dossier CSTC 2010/4.5 'Systèmes photovoltaïques et protection contre la foudre': une villa isolée de 15 m à 10 m et 5 m de haut, qui se situe dans une zone avec une densité de foudre au sol de 1,2/km² par an, comporte une zone d'exposition possible de 1,6.10-3 km². Le risque d'un impact de foudre est de 0,00192 par an, en d'autres termes un impact tous les 520 ans. La protection contre la foudre pour cette villa n'est donc pas exigée. En fonction des résultats de l'analyse des risques, la norme prescrit le type de protection préconisé.