Système de Protection Parafoudre (Protection Contre la Foudre) : Solution Intégrée de Protection Interne et Externe

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1. Contexte et objectifs de la solution

L'activité des éclairs est un facteur significatif menaçant la sécurité des bâtiments, du personnel et des équipements internes. Les coups de foudre génèrent des courants directs d'intensité élevée et des surtensions transitoires. Ces phénomènes peuvent non seulement causer des dommages aux bâtiments et la destruction physique des équipements, mais aussi pénétrer via des lignes métalliques telles que les lignes d'alimentation électrique et les lignes de signal, entraînant des dysfonctionnements des équipements électroniques, la perte de données et même des catastrophes secondaires comme les incendies. Cette solution vise à établir un système de protection complet composé d'un Système de Protection Contre la Foudre Externe (SPCFE) et de Dispositifs de Protection Contre les Surintensités (DPS), interceptant, guidant, déchargeant et limitant efficacement l'énergie de la foudre pour maximiser la sécurité structurelle du bâtiment et assurer la continuité et la stabilité des opérations des équipements et systèmes internes.

2. Vue d'ensemble des composants du Système de Protection Contre la Foudre (SPCF)

Un Système de Protection Contre la Foudre (SPCF) intégré et efficace comprend deux composants essentiels et mutuellement renforçants :

Système de Protection Contre la Foudre Externe (SPCFE): Conçu principalement pour se défendre contre les coups de foudre directs.
Système de Protection Contre la Foudre Interne (Protection Contre les Surintensités, Système DPS): Conçu principalement pour se défendre contre les surtensions transitoires (sursauts) causées par le Pulse Électromagnétique de la Foudre (PEF) entrant dans les équipements via les lignes.

3. Schéma d'installation des Parafoudres Externes (Protection contre les coups directs)

Fonction Principale: Intercepter les coups de foudre directs et conduire en toute sécurité le courant massif de la foudre vers le sol, empêchant les dommages physiques (comme la pénétration, l'incendie, les dommages structurels) qu'un coup direct peut infliger à la structure du bâtiment elle-même.
Composants Clés:

Système de Termination Aérienne (paratonnerres/bandes/grilles): Installé sur le toit ou les points les plus élevés du bâtiment pour attirer et recevoir les coups de foudre. Sélectionnez le type approprié (par exemple, tige, grille, bande) et la disposition en fonction de la forme et de la superficie du bâtiment, en veillant à ce que la couverture de protection réponde aux exigences du principe de la "sphère roulante".
Conducteurs de Descente: Utilisés pour conduire le courant de foudre du système de termination aérienne au système de mise à la terre. Ils doivent être routés via les chemins les plus courts et les plus droits, avec une quantité suffisante et une distribution uniforme (espacement conforme aux réglementations). Les matériaux sont généralement de l'acier plat ou rond galvanisé. Évitez l'installation près des chemins fréquentés par le personnel ou appliquez des mesures de protection par isolation.
Système de Mise à la Terre: Décharge le courant de foudre dans le sol. C'est le cœur et la base du système de protection ; sa qualité (valeur de résistance de terre) est cruciale. Il se compose généralement d'électrodes de terre (tiges verticales, conducteurs horizontaux) et de conducteurs de connexion. Utilisez des matériaux résistants à la corrosion (par exemple, acier galvanisé, cuivre), assurez une profondeur de enfouissement suffisante et formez un anneau de potentiel effectif (mise à la terre de fondation) autour du bâtiment. La résistance de terre doit être minimisée (généralement requise ≤10Ω, exigences spécifiques selon les normes pertinentes).

Emplacements d'Installation:

Points les plus élevés du toit du bâtiment et emplacements vulnérables aux coups (angles, avant-toits, parapets, orifices, cheminées, etc.).
Structures spéciales (par exemple, tours, antennes, supports de panneaux solaires) nécessitent une considération individuelle ou intégrée.

Points Clés du Schéma:

Conformité aux Normes: Respect strict des normes nationales et sectorielles de conception de la protection contre la foudre (par exemple, GB 50057 "Code de Conception de la Protection Contre la Foudre des Bâtiments", équivalent à la série IEC 62305).
Qualité des Matériaux: Utilisez des matériaux de haute qualité et résistants à la corrosion conformes aux normes.
Mise en Potentiel Équipotentielle: Tous les composants métalliques (par exemple, tuyaux, boîtiers d'équipement, toitures métalliques, structures d'acier) doivent être reliés de manière fiable au conducteur de descente le plus proche ou au système de mise à la terre pour prévenir les arcs latéraux.
Distances de Séparation de Sécurité: Assurez des distances de séparation de sécurité adéquates entre les terminaisons aériennes et la structure, ainsi qu'entre les conducteurs de descente et les services/tuyauteries.
Connexions Fiables: Tous les points de connexion doivent être robustes (soudage ou colliers approuvés) pour assurer une bonne continuité électrique.

4. Schéma d'installation des Parafoudres Internes (DPS) (Protection contre les sursauts de foudre)

Fonction Principale: Limiter les surtensions transitoires (sursauts) induites par la foudre entrant via les lignes d'alimentation, les lignes de signal, les lignes de communication, etc., en les clippant à un niveau sûr que l'équipement peut supporter, empêchant les dommages dus à la surtension/surintensité.
Composants Clés: Dispositif de Protection Contre les Surintensités (DPS), également connu sous le nom de suppresseur de surtension ou parafoudre :

Suppresseur de Tension Transitoire (STT): Souvent utilisé pour la protection des équipements fins ou des lignes de signal.
Protecteur de Surtension: Terme général englobant diverses technologies (par exemple, Varistor à Oxyde Métallique MOV, Tube de Décharge à Gaz GDT, protecteurs à semi-conducteurs).
DPS de Puissance: Installé à différents niveaux du système de distribution de puissance (distribution principale, sous-distribution, en amont de l'équipement terminal).
DPS de Signal/Données: Installé aux ports d'entrée des lignes téléphoniques, des lignes réseau (par exemple, RJ45), des câbles coaxiaux (par exemple, vidéo CCTV, signaux satellites), des lignes de commande, etc.
Connexion à la Terre: Les DPS doivent être bien mis à la terre via un chemin à faible impédance pour décharger efficacement les courants de sursaut. Les conducteurs de mise à la terre doivent être aussi courts, droits et épais que possible (principe "Court-Droit-Épais").

Emplacements et Niveaux d'Installation (Protection Stagiaire - Coordination):

Protection de Premier Niveau (Classe I / Type 1 DPS):

Emplacement: Tableau Principal de Distribution du Bâtiment/Entrée Principale (généralement à la frontière LPZ 0A/0B → LPZ 1).
Fonction: Décharge la majeure partie de l'énergie massive (forme d'onde 10/350μs) des coups directs ou des coups à proximité, limitant la tension résiduelle à un niveau inférieur. Utilise généralement des DPS à haute capacité de décharge à étincelles. Nécessite une mise à la terre hautement fiable.

Protection de Deuxième Niveau (Classe II / Type 2 DPS):

Emplacement: Tableaux de Distribution par Étage, Tableaux de Distribution par Zone, Armoire Principale dans les Salles d'Équipement (à la frontière LPZ 1 → LPZ 2).
Fonction: Limite davantage les tensions de sursaut passées par le premier niveau et les surtensions causées par les opérations de commutation internes (forme d'onde 8/20μs), offrant une protection zonale des équipements. Utilise généralement des DPS à limitation de tension (par exemple, basés sur des MOV).

Protection de Troisième Niveau (Classe III / Type 3 DPS / Protection au Point d'Utilisation):

Emplacement: Immédiatement devant l'équipement, dans les prises de courant/barrettes de prises, ou dans la circuit interne de l'équipement (à la frontière LPZ 2 → LPZ 3).
Fonction: Clippe la surtension résiduelle (onde combinée) aux ports de l'équipement, offrant une protection finale fine. Critiquement important pour les équipements électroniques sensibles (par exemple, serveurs, stations de travail, PLC, dispositifs médicaux, équipements de communication). Aussi utilisé aux entrées des lignes de signal.

Points Clés du Schéma:

Coordination: Les DPS à différents niveaux doivent atteindre une coordination d'énergie et de tension (en utilisant des éléments de couplage/isolation entre les étapes ou les caractéristiques intrinsèques de découplage des DPS), assurant que l'énergie est déchargée progressivement et que la tension est réduite par étapes. Cela empêche les DPS de niveau inférieur de tomber en panne en raison d'une énergie excessive.
Qualité de la Mise à la Terre: Une mise à la terre efficace des DPS est cruciale pour l'efficacité globale du schéma. Les conducteurs de mise à la terre devraient idéalement être plus courts que 0,5 mètre, avec une section suffisante (selon la classe et l'emplacement du DPS, généralement ≥6-25mm² de cuivre torsadé).
Conformité à l'Installation: Installez conformément aux instructions du produit DPS et aux normes pertinentes, en veillant à la connexion correcte de la phase et de la terre.
Mise en Potentiel Équipotentielle: Reliez les armoires, racks, chemins de câbles, etc., pour établir un effet de "cage de Faraday", minimisant les différences de potentiel internes.
Entretien Régulier: Les DPS sont souvent des dispositifs "sacrificiels" nécessitant des inspections régulières (indicateur visuel d'état, surveillance d'alarme à distance) et des tests. Les DPS défectueux doivent être remplacés rapidement.

5. Avantages et valeur de mise en œuvre de la solution complète

Protection Totale: Le système externe protège contre les coups directs ; le système interne protège contre les sursauts induits (PEF), formant une chaîne de protection complète.
Sécurité Maximisée: Protège la structure du bâtiment, la vie humaine et les actifs électriques/électroniques précieux des dommages.
Assurance de la Continuité Opérationnelle: Réduit le risque de panne des équipements, de temps d'arrêt du système et de perte de données due à la foudre, améliorant la fiabilité du système et la continuité des activités.
Réduction du Coût Total de Possession: L'investissement préventif est nettement plus rentable comparé aux coûts directs des dommages causés par la foudre (remplacement des équipements) et aux coûts indirects (arrêt de production, perte de données, impact sur la réputation).
Conformité Réglementaire: Respecte les exigences et normes nationales de sécurité des bâtiments, de sécurité électrique et de protection contre la foudre.