Système de Protection contre la Foudre

Système de Protection contre la Foudre

Comprendre le Système de Protection contre la Foudre

Vous êtes un ingénieur en électricité chargé de concevoir un système de protection contre les surtensions pour un bâtiment résidentiel.

Le bâtiment est situé dans une région avec une densité de foudre moyenne, où le nombre moyen d’orages par an est de 25.

Le bâtiment comporte trois étages, avec des équipements électriques sensibles tels que des ordinateurs, des systèmes de sécurité, et des appareils électroménagers qui doivent être protégés.

Objectifs

Votre tâche consiste à choisir et dimensionner un système de parafoudres (SPD : Surge Protection Device) adapté pour protéger le bâtiment des impacts directs et indirects de la foudre, en minimisant les risques pour les équipements et les occupants.

Données

  1. Localisation et climatologie :
    • Nombre moyen annuel de jours d’orage : 25
    • Niveau de kéraunique (nombre moyen de jours d’orage par an) : 20
  2. Caractéristiques du bâtiment :
    • Surface au sol : 200 m² par étage, 3 étages
    • Matériaux de construction principaux : béton et acier
    • Présence d’équipements électroniques sensibles dans tous les étages
  3. Normes de sécurité :
    • Tension maximale admissible pour les équipements sensibles : 1500 V
    • Normes applicables : NF C 15-100 et les recommandations de la IEC 62305
  4. Paramètres de la foudre (basés sur les statistiques locales) :
    • Courant de foudre de pointe moyen : 30 kA (forme d’onde 10/350 µs)

Questions:

1. Calcul de l’exposition au risque:

  • Évaluer le niveau de risque de foudre.

2. Sélection du SPD:

  • Choisir un SPD adapté} qui peut gérer un courant de foudre de 30 kA.
  • Justifier le choix en fonction des caractéristiques du SPD (tension de protection, courant nominal, etc.).

3. Calcul de la protection nécessaire:

Déterminer la capacité minimale de l’installation de protection nécessaire} pour prévenir les dommages aux équipements sensibles, en utilisant la formule: \( U_p = K \times U_0 \) où \(U_p\) est la tension de protection du SPD, \(U_0\) est la tension maximale admissible pour les équipements, et \(K\) est un coefficient de sécurité (par exemple, 0.8).

4. Schéma de l’installation:

  • Dessiner un schéma simple montrant l’intégration du SPD dans le système électrique du bâtiment.

Correction : Système de Protection contre la Foudre

1. Calcul de l’exposition au risque de foudre (L)

Formule utilisée :

\[ L = N \times A \]

où \( N \) est le nombre moyen de jours d’orage par an, et \( A \) est la surface au sol du bâtiment en km².

Données :

  • Nombre moyen de jours d’orage par an (\( N \)): 25
  • Surface au sol : 600 m² (200 m² par étage, 3 étages)
  • Conversion de la surface en km² : \( \frac{600 \, \text{m}^2}{1,000,000} = 0.0006 \, \text{km}^2 \)

Calcul :

\[ L = 25 \times 0.0006 = 0.015 \]

Interprétation :

Le niveau de risque de foudre est calculé à 0.015. Ce chiffre est une estimation de l’exposition du bâtiment à la foudre, prenant en compte la fréquence des orages et la taille du bâtiment.

Un niveau de 0.015 indique un risque relativement bas, ce qui est typique pour un bâtiment de taille modeste dans une zone avec une activité orageuse moyenne.

2. Sélection du Dispositif de Protection contre les Surtensions (SPD)

Critères de sélection :

  • Le courant de foudre de pointe moyen : 30 kA
  • Tension de protection nécessaire inférieure à 1500 V pour protéger les équipements sensibles

Choix du SPD : Type de SPD choisi : Type 1+2, car il est capable de gérer des courants de foudre directs et indirects, avec une capacité de courant de foudre de 30 kA.

Justification : Le SPD sélectionné doit pouvoir limiter la tension à un niveau qui ne dépasse pas la tension maximale admissible pour les équipements sensibles du bâtiment. Avec une tension de protection spécifiée à 1200 V, ce SPD répond aux exigences de protection, en gardant une marge de sécurité par rapport à la limite admissible de 1500 V.

3. Calcul de la tension de protection (Up)

Formule utilisée :

\[ U_p = K \times U_0 \]

où \( K \) est un coefficient de sécurité (typiquement moins de 1), et \( U_0 \) est la tension maximale admissible pour les équipements.

Données :

  • Coefficient de sécurité (\( K \)): 0.8
  • Tension maximale admissible pour les équipements (\( U_0 \)): 1500 V

Calcul :

\[ U_p = 0.8 \times 1500 = 1200 \, \text{V} \]

Interprétation :

Le SPD doit être capable de limiter la tension induite par la foudre à 1200 V ou moins pour prévenir tout dommage aux équipements sensibles.

Ce calcul garantit que le SPD offre une protection adéquate, en réduisant la tension de surtension à un niveau sécuritaire pour tous les appareils connectés.

4. Schéma de l’Installation

Système de Protection contre la Foudre

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