Protection anti foudre des installations photovoltaïques

^{Posté par GuidEnR le 25 mai 2017}

=> Page d'accueil du blog GuidEnR

Origine des surtensions dûes à la foudre

La foudre est un courant électrique intense et très bref. Les lois de l'Electromagnétisme montre que ce phénomène créé un champ magnétique qui se propage autour du point d'impact sur plusieurs kilomètres. Lorsque ce dernier rencontre un circuit électrique, l'effet inverse se produit, à savoir que l'énergie électromagnétique est convertie en énergie électrique.

Ceci se formalise par un courant et une tension induite.

Le premier est proportionnel à l'intensité du champ magnétique. Donc plus le circuit électrique est éloigné du point d'impact de la foudre, plus le courant induit est faible. Hormis le cas où l'impact de foudre est très proche du circuit électrique (par exemple en présence d'un paratonnerre), le courant induit est généralement faible.



La seconde est proportionnelle à la variation temporelle du champ électromagnétique. Donc, même si le point d'impact de la foudre est loin, sa variation temporelle reste très importante (effet «bref» de la foudre). Par conséquent, la tension induite dans le circuit électrique est toujours très importante.

Comment réduire les surtensions de foudre ?

Remarque : Les surtensions de foudre sont aussi appelées surtensions d'origine atmosphérique.

Par ailleurs, la tension induite est d'autant plus importante que le circuit électrique réalise une boucle présentant une surface de boucle importante. C'est le cas par exemple du circuit de câblage d'un champ de panneaux photovoltaïques, ci-contre. Dans ce cas, le circuit réalise bien une boucle, caractérisé par une surface de boucle coloriée en rouge sur le schéma ci-contre.

Il apparaît que la tension induite est proportionnelle à cette surface de boucle. On parle alors de boucle inductive et/ou surface inductive.

Ainsi il est fortement recommandé, afin d'éviter l'apparition de tension induite (surtension), de réduire au maximum cette boucle, idéalement de la réduire à 0. C'est possible notamment en mettant en place un câblage jointif.

Sur des installations électriques classiques en courant alternatif, la phase et le neutre sont parfaitement jointifs puisqu'ils cheminent dans la même gaine. Ainsi, la surface de boucle est quasi-nulle, et il n'y a presque pas de risque de surtension dûe à la foudre (mais néanmoins, d'autres surtensions apparaissent notamment en provenance du réseau public).

Malheureusement, les normes C15-712, à juste titre, ne permettent pas commercialement ce type de câbles à polarités jointives au sein d'une même gaine, pour des raisons de sécurité liées au risque de court-circuit des polarités des câbles photovoltaïques (pouvant créer un départ d'incendie).

Ainsi, en ce qui concerne le câblage photovoltaïque, c'est à l'électricien de s'assurer, par mise en œuvre, que les câbles + et - sont bien jointifs, sans surface inductive. Il est en de même pour tous les câbles du circuit : le +, le - mais aussi le câble équipotentiel. Ce dernier suivra le même cheminement que les polarités.

Faut-il prévoir un parafoudre ?

Nous avons exposé précemment la 1ère disposition à respecter vis-à-vis de la protection contre les surtensions de foudre.

La 2ème disposition concerne la mise en place d'un parafoudre. Ce dernier joue un rôle analogue au disjoncteur, mais en sens inversé, à savoir qu'il devient fermé dès que la tension du circuit est trop importante, et reste ouvert dans le cas contraire.

Lorsqu'il est fermé, le parafoudre créé donc un liaison électrique directe entre le circuit et la terre. Cette dernière disposant d'un potentiel stable par convention de 0 V, cela permet de limiter la surtension.

Le parafoudre ayant un coût, sa présence ou non se décide suivant une analyse du risque, c'est-à-dire une évaluation de la probabilité de surtension dans le circuit. Cette probabilité dépend donc directement de la fréquence d'apparition de la foudre dans une région donnée.

Cette fréquence d'apparition de la foudre a été quantifié par 1 indicateur appelé Densité de foudroiement, noté Ng. Il s'agit du nombre de coups de foudre/km2/an. Il existe également un autre indicateur : le Niveau Kéraunique, noté Ng. il correspond au nombre de fois où le tonnerre a été entendu durant une année.

Il y a une relation empirique entre Ng et Nk : Ng = Nk / 10.

La carte ci-contre, issue de la NF C 15-100 et reprise dans les normes C15-712, donne le niveau kéraunique par département français. Dans les Départements d'Outre-Mer : Territoire Nk Martinique 40 Guadeloupe 40 Guyane 40 Réunion 20 St Pierre et Miquelon 1 Les installations électriques situées dans des territoires à niveau kéraunique élevé auront tendances à subir des surtensions induites (dûes à la foudre) plus fréquemment. La présence d'un parafoudre permettra donc d'augmenter la durée de vie des équipements électriques. L'analyse du risque est précisée dans les guides de l'UTE C15-712. Nous l'exposerons dans un prochain article.