Parafoudre basse tension dans les distributions principales d'énergie Un parafoudre basse tension mal installé implique un risque de responsabilité pour le planificateur et l'installateur du dispositif de commutation. Des câbles de raccordement trop longs causent souvent des problèmes. Informez-vous sur l'installation correcte et sur la manière de respecter les longueurs de câble requises.
L'emplacement approprié pour installer le parafoudre basse tension
L'alimentation des grandes installations s'effectue souvent via un propre transformateur. Une distribution principale de l'énergie avec un disjoncteur de puissance jusqu'à 7 000 A est installée côté basse tension. Selon la norme DIN VDE 0100-443, un parafoudre basse tension doit également être prévu dans ces distributions.
Dans les distributions d'énergie avec alimentation par le bas et système de barres collectrices en haut ou au milieu, le parafoudre basse tension est généralement installé au-dessus du disjoncteur de puissance. Le champ d'alimentation dispose ici de beaucoup de place pour le parafoudre et un fusible en amont nécessaire.
Les câbles de raccordement vers le parafoudre basse tension sont trop longs en raison des grandes distances à parcourir. Cela se fait automatiquement par les passages des barres collectrices supérieures et centrales avec L1, L2 et L3 et des barres collectrices inférieures pour PE, N ou PEN. Ce n'est pas négligeable : des câbles trop longs augmentent le niveau de protection efficace dans le dispositif de commutation à un niveau qui n'est plus suffisant.
Les bases : longueurs de câbles et niveau de protection en détails
Niveau de protection dans un dispositif de commutation
Le raccordement des parafoudres, en particulier la longueur des câbles, a une influence considérable sur le niveau de protection efficace dans le dispositif de commutation.
C'est pourquoi la norme DIN VDE 0100-534 exige une longueur maximale de câble entre la phase et le PE de 0,5 m.
Niveau de protection efficace total dans un dispositif de commutation
Un conducteur de 1 m de long posé en ligne droite produit une chute de tension d'env. 1 kV pour un courant d'impulsion de 10 kA (10/350 µs).
ΔUL = (-) L ∙ di/dt
L = 1 µH/m
ΔUL = 1 µH ∙10 kA / 10 µs = 1 kV
Tenez compte de cette chute de tension lors de l'évaluation du niveau de protection efficace total.
La chute de tension via les câbles de raccordement peut rapidement devenir supérieure au niveau de protection du parafoudre. Cette situation est souvent sous-estimée.
2. Évaluation du niveau de protection efficace
Des longueurs de câble inférieures à 0,5 m ne sont pas toujours faciles à respecter, en particulier dans les grands dispositifs de commutation.
Vous pouvez aussi évaluer de manière individuelle le niveau de protection efficace dans l'installation. Cela semble compliqué mais cela ne l'est pas forcément. Cette méthode est même recommandée pour les plus grands dispositifs de commutation.
Pour pouvoir évaluer le niveau de protection efficace, vous devez connaître et comprendre l'objectif de protection. L'objectif de protection est clairement défini : pour assurer une protection adéquate des équipements électriques, le niveau de protection Up entre les conducteurs actifs et le conducteur de protection ne doit jamais dépasser la tension de choc assignée nécessaire Uw des équipements électriques à protéger.
Cette formulation un peu longue signifie tout simplement que la tension entre les conducteurs actifs et le conducteur de protection ne doit jamais dépasser la résistance d'isolation ou la rigidité diélectrique des équipements électriques utilisés. Cela prend également en compte l'armoire électrique.
La rigidité diélectrique des équipements électriques est définie par la tension de choc assignée Uw. Pour cela, les dispositifs sont répartis en catégories de surtension.
Catégories de surtension pour réseaux 230/400 V
Tension de choc assignée requise Uw entre les conducteurs actifs et PE (terre).
| Tension de choc assignée | Équipement | |
|---|---|---|
| Catégorie de surtension | ||
| IV | 6 kV | Équipement avec une tension de choc assignée très élevée, par exemple les compteurs d'électricité, les récepteurs de télécommande centralisé |
| III | 4 kV | Équipements à haute tension de choc assignée, p. ex. tableaux de distribution, switchs, prises de courant |
| II | 2,5 kV | Équipements avec une tension de choc assignée normale, par exemple appareils ménagers, outils |
| I | 1,5 kV | Équipements à faible tension de choc assignée, p. ex. les appareils électroniques sensibles |
Pour l'installation électrique, il vous suffit donc de vous assurer que le niveau de protection efficace reste inférieur à la tension de choc assignée Uw.
Et ce n'est pas du tout difficile. Dans une grande distribution d'énergie, tous les équipements électriques correspondent généralement à la catégorie de surtension III, voire à la catégorie IV. Cela signifie que les équipements électriques des réseaux de 400 V résistent à des tensions allant jusqu'à 4 kV ou 6 kV.
3. Chute de tension sur les câbles de raccordement
Un courant d'impulsion de 10 kA (10/350 µs) génère une chute de tension d'environ 1 kV sur un conducteur droit de 1 m de long. Les parafoudres ne sont pas toujours raccordés avec des câbles. Dans les grands dispositifs de commutation, il est courant d'installer des profilés en cuivre. De par leur forme géométrique, les profilés ont une inductance inférieure à celle des câbles.
L'effet de la forme géométrique sur l'inductance se produit également avec les plaques de montage. Une plaque de montage a une inductance nettement plus faible qu'un câble et génère donc une chute de tension due à un courant d'impulsion nettement plus faible. Mais attention : ne négligez pas la chute de tension aux bornes de la plaque de montage et tenez compte des connexions à la plaque de montage.
La variation du courant di/dt est déterminante pour la chute de tension sur un câble de raccordement. Pour un courant d'impulsion de 10 kA (10/350 µs), la chute de tension sur un conducteur droit de 1 m de long est d'environ 1 kV. Cependant, des parafoudres de type 1 avec un pouvoir de décharge de 25 kA par pôle et de jusqu'à 100 kA au total sont souvent installés dans les grands dispositifs de commutation – ce qui correspond donc à 10 fois plus que les 10 kA mentionnés dans les documents normatifs. Et un di/dt multiplié par 10 entraîne une chute de tension 10 fois supérieure. Et 1 kV devient rapidement 10 kV.
Chute de tension en fonction de la géométrie de la connexion avec différents courants d'impulsion
Vous pouvez utiliser le tableau pour une détermination approximative du niveau de protection total dans une installation électrique. Les valeurs mentionnées sont suffisamment précises pour établir un dimensionnement pragmatique des connexions.
| 10 kA | 25 kA | 40 kA | 75 kA | |
|---|---|---|---|---|
| Conducteur rond, selon la section | 1,0 | 2,5 | 4,0 | 7,5 |
| Câble plat en cuivre 30 mm x 2 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Profilé en cuivre 30 mm | 0,9 | 2,3 | 3,6 | 6,8 |
| Profilé en cuivre 60 mm | 0,8 | 2,0 | 3,2 | 6,0 |
| Profilé en cuivre 100 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Profilé en cuivre 120 mm | 0,7 | 1,8 | 2,8 | 5,3 |
| Tôle d'acier | 0,4 | 1,0 | 1,6 | 3,0 |
| Tôle en acier inoxydable | 0,3 | 0,8 | 1,2 | 2,3 |
Niveau de protection dans un dispositif de commutation avec fusible en amont
Effet d'un fusible en amont sur le niveau de protection
Pour calculer le niveau de protection efficace total dans l'installation électrique, les tensions partielles de toutes les pièces de raccordement entre le conducteur extérieur, point de connexion A, et le conducteur de protection, point de connexion B, doivent être ajoutées au niveau de protection effectif du parafoudre. Tenez également compte du câblage vers le fusible en amont.
Il ne faut pas sous-estimer les câblages vers et en provenance du fusible en amont. En outre, la taille d'un fusible en amont pour parafoudre de type 1 est également conséquente. Pour garantir en toute sécurité le passage du courant de choc nominal de 25 kA par pôle sans déclenchement, un fusible NH doit être de 315 A. Ce n'est possible qu'avec des fusibles NH2 minimum dont la taille n'est pas négligeable et qui nécessitent un espace correspondant dans l'armoire électrique.
Calcul du niveau de protection efficace dans l'installation électrique à l'aide de trois exemples
Comme décrit précédemment, les tensions partielles de toutes les pièces de raccordement entre le conducteur extérieur, point de connexion A, et le conducteur de protection, point de connexion B, doivent être ajoutées au niveau de protection effectif du parafoudre (SPD).
Nous avons réalisé ce calcul pour les trois exemples suivants.
La chute de tension sur les câbles correspondants a été reprise du tableau « Chute de tension en fonction de la géométrie ».
FLT-SEC-HYBRID au-dessus du disjoncteur de puissance
1. Montage : au-dessus du disjoncteur de puissance
L'installation s'effectue au-dessus du disjoncteur de puissance sur une plaque de montage mise à la terre, à une grande distance de la barre PEN inférieure.
Remarque :
Posez une ligne de connexion directe entre le parafoudre et la barre PEN, parallèlement à la connexion via la plaque de montage. Cette connexion n'augmente pas le niveau de protection de la combinaison du parafoudre mais elle est requise par la norme DIN VDE 0100-534.
Niveau de protection effectif, exemple 1
Avec un niveau de protection de 8,2 kV, la protection selon la catégorie de surtension IV pour les dispositifs de commutation dans les réseaux 230/400 V ne peut pas être respectée.
| Longueur en cm | Courant partiel en kA | Chute de tension en kV | |
|---|---|---|---|
| Connexion PEN du parafoudre sur la plaque de montage | 15 | 75 | 1,1 |
| Connexion PEN du parafoudre au-dessus de la plaque de montage | 115 | 75 | 3,5 |
| Connexion PEN de la plaque de montage sur la barre PEN | 15 | 75 | 1,1 |
| Connexion L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| Parafoudre (niveau de protection) | - | 25 | 1,5 |
| Niveau de protection total | 8,2 |
FLT-SEC-HYBRID dans la distribution principale
2. Montage : en dessous du disjoncteur de puissance
Le parafoudre est monté en dessous du disjoncteur de puissance.
Avec ce type de montage, la distance par rapport au conducteur de protection est relativement faible.
Niveau de protection effectif, exemple 2
Avec un niveau de protection de 4 kV, la protection selon la catégorie de surtension III pour les dispositifs de commutation dans les réseaux 230/400 V peut être respectée.
| Longueur en cm | Courant partiel en kA | Chute de tension en kV | |
|---|---|---|---|
| Connexion PEN du parafoudre sur la barre PEN | 20 | 75 | 1,5 |
| Connexion L1-L3 | 40 | 25 | 1,0 |
| Parafoudre (niveau de protection) | - | 25 | 1,5 |
| Niveau de protection total | 4,0 |
Calcul du niveau de protection
3. Montage : en dessous du disjoncteur de puissance
Le parafoudre est monté en dessous du disjoncteur de puissance avec connexion PEN optimisée.
Les exemples 1 et 2 montrent clairement que l'accent doit être mis sur la connexion entre le parafoudre et la barre PEN lors de l'optimisation du niveau de protection. Plus cette connexion est courte, plus le niveau de protection est élevé. L'influence de la connexion PEN dans les exemples 1 et 2 est trois fois plus importante que celle des connexions vers les conducteurs actifs L1, L2 et L3.
Une autre possibilité est de réaliser la connexion vers la barre PEN non pas avec un seul câble mais avec des câbles séparés pour chaque pôle, c'est-à-dire avec trois câbles individuels. Dans ce cas, le courant partiel qui passe dans ces câbles n'est alors que de 25 kA et non de 75 kA. La chute de tension correspondante n'est alors plus que d'un tiers.
Niveau de protection effectif, exemple 3
Avec un niveau de protection de 2,5 kV, la protection selon la catégorie de surtension II pour les dispositifs de commutation dans les réseaux 230/400 V peut être respectée.
| Longueur en cm | Courant partiel en kA | Chute de tension en kV | |
|---|---|---|---|
| Connexion PEN du parafoudre sur la barre PEN | 10 | 25 | 0,25 |
| Connexion L1-L3 | 10 | 25 | 0,75 |
| Parafoudre (niveau de protection) | - | 25 | 1,5 |
| Niveau de protection total | 2,5 |
Notre solution : FLT-SEC-Hybrid
Le parafoudre de type 1 avec fusible intégré FLT-SEC-Hybrid est une solution qui permet d'économiser de la place, de l'argent et une précieuse longueur de câble.
Il n'y a pas besoin de fusible en amont séparé, ce qui offre de nouvelles possibilités pour l'emplacement de montage du parafoudre (SPD, Surge Protective Device). Le SPD travaille discrètement en arrière-plan et assure la sécurité.
FLT-SEC-H combine un éclateur sans courant de suite du réseau avec un fusible résistant aux courants de choc et peut être utilisé sans fusible en amont séparé. Grâce à sa puissance de court-circuit allant jusqu'à 100°kA, il convient également aux grandes distributions d'énergie.
La vidéo illustre encore mieux le défi posé par l'installation correcte du parafoudre basse tension et du fusible en amont. Notre collègue explique comment effectuer l'installation dans les règles de l'art. La vidéo montre également l'espace économisé dans l'armoire électrique grâce à notre solution, le FLT-SEC-Hybrid.
Avantages de l'installation avec FLT-SEC-H Par rapport à une installation avec fusible en amont séparé
- Jusqu'à 80 % de place en plus dans l'armoire électrique
- Des câblages courts, pour un faible niveau de protection
- Contrôle sécurisé de l'installation grâce aux modules de protection enfichables
