L'exigence des caractéristiques de plus en plus performantes des composants électroniques passant par leur miniaturisation, pose un problème aigu de protection d'équipements.

Dans quelques années, la densité d'intégration sur une puce de silicium de 1 cm, atteindra 250.000 transistors. La diminution des épaisseurs d'oxyde des composants a pour conséquence de les rendre plus fragiles et plus sensibles aux phénomènes d'interférence électromagnétiques (IEM).

Par ailleurs, le développement de la puissance informatique entraînant la multiplicité des interconnexions des systèmes entre eux et aux réseaux du service public, engendre une augmentation des risques de perturbations dus à la foudre.

Au moins deux millions d'impacts de foudre sont enregistrés par an, avec des conséquences illustrées par les quelques statistiques ci-dessous :

• 35 % des incendies dans le domaine rural
• 25 % de dommages informatiques
• 25 % de dommages d'équipements électriques

Les recherches entreprises ces dernières années par les organismes compétents Français (EDF. CEA. CNET…) et étrangers permettent aujourd'hui le développement des solutions optimisées de protections contre les surtensions transitoires.

 

Origine des perturbations

La cause la plus fréquente est due à l'action d'un coup de foudre direct ou indirect sur les lignes aériennes MT, la protection est assurée à ce niveau par des parafoudres mis en œuvre par EDF pouvant supporter des chocs de courants de forme 4/10 µs et d'amplitude 65 kA. Ces protections ont l'avantage de limiter les courants de décharge et donc les montées de potentiel des prises de terre.

Le deuxième cas de surtension concerne le réseau BT (230V monophasé et 230/400V en triphasé):

• Les décharges atmosphériques " Foudre " sur le réseau MT vont provoquer des dommages importants sur les câbles. Il s'en suivra une propagation d'onde de surtension le long des conducteurs jusqu'aux équipements raccordés au réseau BT.
  
  
• L 'impact de foudre sur le sol va avoir comme conséquence des remontées de potentiel de toutes les terres engendrant des courants induits dans les câbles souterrains. Ces surtensions seront fonction de l'intensité de courant de choc et de la résistivité des terres locales.

 

Effets destructeurs

Chaque paramètre caractérisant l'onde de choc va agir d'une façon spécifique :

• des impulsions de bas niveau mais à front raide peuvent endommager des composants discrets tels que triacs ou thyristors.
  
• des valeurs de tension de crête élevées vont détruire par claquage des semi- conducteurs, diodes ou condensateurs.
  
• la durée de l'impulsion est significative de l'énergie véhiculée.

 

Définition des surtensions transitoires

L'analyse des phénomènes de propagation sur les lignes d'énergie BT ou sur les lignes de communication qui a permis de caractériser ces surtensions en les ramenant à des courbes normalisées permet également de retenir des valeurs (en conformité avec CEI 68 801-5) pour lesquelles les systèmes ne doivent pas être perturbés.

Ondes normalisées:

• onde de tension 1.2/50 µs : Si l'impédance du circuit perturbé est élevée.
• onde de courant 8/20 µs : si l'impédance du circuit perturbé est faible

 

Paratonnerre et cage maillée

Ni la cage maillée, ni le paratonnerre ne protègent les équipements.
Le paratonnerre protège les structures en déviant les courants de foudre vers la terre.
    
D'ailleurs comme l'illustrent ces images, les résultats récents de recherche tendent à démontrer que les impacts de foudre tombent plus souvent au sol, pour se diriger ensuite vers les câbles souterrains.



Par conséquent, les parafoudres peuvent être utilisés sur des sites sans paratonnerre.