Protection contre les effets de la foudre dans les installations faisant appel aux énergies renouvelables

ffets indirects .......................................................................27 4.3 Evaluation du risque foudre pour les installations ................................................36 5 Mesures de protection pour les installations.....................................................37 5.1 Système d'électrification photovoltaïque individuel (SEI) ....................................38 5.2 Générateur photovoltaïque pour habitat. ...............................................................40 5.3 Refuge de montagne.................................................................................................43 5.4 Système pour télécommunications (relais radio) ..................................................45 5.5 Système de té lécommunications (faisceau hertzien) ...........................................48 5.6 Générateur photovoltaïque avec couplage réseau. .............................................51 5.7 Pompage photovoltaïque ..........................................................................................54 5.8 Aérogénérateur pour alimenta tion autonome ........................................................57 Annexe A ...............................................................................................................................60 A.1 Formation et structure d'un nuage orageux ..........................................................60 A.2 Caractéristiques d'un coup de foudre.....................................................................60 A.3 Effets dus à la foudre. ...............................................................................................62 Annexe B ...............................................................................................................................66 B.1 Normes ........................................................................................................................66 B.2 Bibliographie...............................................................................................................66 B.3 Quelques fournisseurs de parafoudres ..................................................................67

GUIDE PROTECTION FOUDRE

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AVANT-PROPOS Ce guide de protection contre les effets de la foudre dans les installations de production d’électricité à partir des énergies renouvelables (photovoltaïque, éolien) a été rédigé par M. Gérard Moine, ingénieur systèmes photovoltaïques chez Transénergie à la demande, et pour le compte du Département des Énergies Renouvelables de l'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie (ADEME). Certains aspects techniques du contenu de ce guide ont été validés par M. Alain Charoy, ingénieur expert en compatibilité électromagnétique au sein de la société AEMC. Avec ce guide, l’ADEME a souhaité faire bénéficier les professionnels du photovoltaïque et de l’éolien des connaissances acquises par les auteurs dans ce domaine. Cependant, l'ADEME et les auteurs rappellent que les recommandations proposées sont données à titre indicatif et ne peuvent en aucun cas engager leur responsabilité dans la mesure où les préconisations ne peuvent pas garantir une protection absolue contre des effets destructifs.

Mots clefs : Protection foudre - Énergies renouvelables – Système photovoltaïque – aérogénérateur – Photovoltaïque – Éolien Summary: For most of the professionals involved in renewable energy sources, lightning protection is often an issue. The aim of this document is to provide readers with state-of-the-art information on the subject and propose recommendations for renewable energy sources installations validated by lightning experts.

ADEME / DER André Claverie 500 route des Lucioles 06560 SOPHIA ANTIPOLIS

TRANSENERGIE Gérard Moine 3 D Allée C. Debussy 69130 ECULLY

AEMC Alain Charoy 86, rue de la liberté 38 180 SEYSSINS

ADEME, Sophia Antipolis, 2001

Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le code de la propriété intellectuelle (Art. L122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le code pénal. Seules sont autorisées (Art. L122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d’information de l’œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L122-10 à L122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie.

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INTRODUCTION

Spectaculaire décharge électrostatique disruptive, la foudre frappe en moyenne en France 1,6 millions de fois par an soit environ trois foudroiements au kilomètre carré. Les installations de production d'électricité autonomes (systèmes photovoltaïques ou aérogénérateurs, particulièrement en sites isolés) sont soumises, comme tout système électrique, aux risques induits par la foudre. Régulièrement, des composants de ces installations sont détruits (régulateurs, onduleurs), entraînant une baisse de fiabilité, et une hausse des coûts d'exploitation pour palier aux dégâts. L’expérience montre que les protections installées contre la foudre, quand elles existent, ont souvent été mises en place sans étude sérieuse sur leur efficacité. Avec l’accroissement du nombre d’installations de production d’électricité par énergie renouvelable, il semble important d'examiner le problème avec attention, afin de pouvoir proposer des solutions adaptées et efficaces. Toutefois, les recommandations proposées sont données à titre indicatif et ne peuvent pas garantir une protection à toute épreuve contre des effets destructifs mais devraient générer une diminution sensible des dégâts occasionnés.

1 OBJECTIFS DE L'ETUDE ET DOMAINE D'APPLICATION 1.1 Objectifs

L'objectif général de ce guide est d’apporter une aide à l’usage des concepteurs et installateurs qui ont à mettre en œuvre des dispositifs de protection contre les effets de la foudre dans les installations de production d’électricité par énergies renouvelables. Le domaine d’application se limite essentiellement aux systèmes les plus courants utilisant l’électricité d’origine photovoltaïque ou éolienne. Sept exemples sont traités d’une manière très pratique : Alimentation par générateur photovoltaïque : • Habitat isolé ; • Refuge de montagne ; • Système de pompage ; • Habitation raccordée au réseau ; • Relais radio ; • Relais de télécommunication par faisceau hertzien. Alimentation par aérogénérateur : • Habitat isolé. Les préconisations proposées concernent la protection sur les liaisons électriques de chaque système et supposent que chaque composant constituant le générateur ait

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sa propre protection interne définie par un niveau. Ce guide ne traite pas spécifiquement de la protection foudre pour les fermes éoliennes connectées au réseau, ni pour les microréseaux alimentés par systèmes de production centralisée d’électricité par énergies renouvelables.

1.2 Lexique spécifique

• Terre : masse conductrice de la terre dont le potentiel électrique en chaque point est pris, par convention, égal à zéro. • Prise de terre : ensemble de conducteurs enterrés reliés entre e ux et en contact direct avec le sol. • Masse : partie conductrice d'un matériel électrique susceptible d'être touchée et qui n'est pas normalement sous tension mais peut le devenir. • Barre de terre : borne ou barre prévue pour la connexion aux dispositifs de mise à la terre de conducteurs de protection, y compris les conducteurs d'équipotentialité. • Liaison équipotentielle : liaison électrique mettant au même potentiel, ou à des potentiels voisins, des masses et des éléments conducteurs. • Conducteur de protection (symbole PE) : conducteur prescrit dans certaines mesures de protection contre les chocs électriques et destiné à relier électriquement certaines des parties suivantes : – Masses, – Éléments conducteurs, – Barre de terre, – Prises de terre. • Paratonnerre : dispositif destiné à guider le courant de foudre à la terre. Vient du verbe « se parer » qui veut dire se protéger et du substantif tonnerre qui dénomme le bruit se produisant lors d'un choc de foudre. Ce terme est donc impropre puisqu'un paratonnerre ne protège pas du bruit. Un paratonnerre devrait donc s'appeler un parafoudre. • Parafoudre : dispositif destiné à limiter le niveau de surtensions (par exemple d’origine atmosphérique) transmises par les câbles à un niveau compatible avec la tension de tenue aux chocs des matériels de l’installation et des matériels alimentés par cette installation. Parafoudre vient du verbe « se parer » (se protéger) et du substantif foudre. Ce terme est impropre car un parafoudre ne protège pas de la foudre mais de ces conséquences qui sont les surtensions.

2 CONSTATS SUR