L’électrification des usages et la nécessité d’améliorer la performance énergétique des équipements sont aujourd’hui deux enjeux clés du marché des équipements électriques et électroniques. Il est essentiel de mettre en œuvre des protections adaptées contre la foudre et les surtensions. Concernant l’électrification, deux marchés connaissent aujourd’hui une croissance importante. Le premier concerne le développement des installations de production d’électricité photovoltaïque et le second le déploiement des bornes de recharge pour véhicules électriques (IRVE). Les pouvoirs publics poussent le développement de ces installations, avec notamment la loi du 10 mars 2023, relative à l’accélération de la production d’énergies renouvelables d’une part, qui prévoit le déploiement massif d’ombrières et de toitures photovoltaïques. D’autre part, le nouvel objectif de 400 000 bornes en voirie fixé par le gouvernement et le développement en parallèle des solutions de recharge collectives et domestiques créent un véritable boom de l’installation d’IRVE. Enfin, la transition des installations d’éclairage public vers la led est une troisième composante.

Des installations particulièrement sensibles
Un impact de foudre à proximité de ces installations, très sensibles aux surtensions transitoires, peut occasionner la destruction ou la défaillance des équipements, provoquant des pertes d’alimentation, qu’il s’agisse des installations leds extérieures qui cessent de fonctionner ou des panneaux photovoltaïques qui cessent de produire de l’électricité. Selon Aurore Alric, chef de produit chez Citel, « la mise en place de parafoudres permet de garantir la continuité de service des équipements et d’éviter des dommages sur des équipements qui coûtent cher. Le prix du parafoudre en comparaison au coût potentiel en cas de défaillances ou des destructions de matériel rend ces solutions incontournables ».

Lorsqu’une nouvelle technologie basée sur des composants électroniques apparaît et qu’elle est installée en extérieur et reliée au réseau, cela génère la plupart du temps des défaillances après coup, comme l’explique Christian Macanda de l’Association Protection Foudre : « Pour ces trois applications, le problème a été pris en compte après des séries d’incidents, et les organismes de normalisation ont édité des normes et des guides pour protéger les installations. »

La normalisation pour sécuriser les installations
Dans le détail, le photovoltaïque a fait son apparition en premier, il y a une quinzaine d’années et des défaillances ont été identifiées dès son essor. La normalisation a donc rapidement suivi, avec la norme UTE C 15-712. Régis Reeb, responsable technique et marketing chez DEHN, nous détaille les principaux guides pour y voir clair : « Pour les installations raccordées au réseau public, le guide UTE C 15-712-1 prévoit les protections côté AC. Le guide UTE C 15-712-2 prévoit les protections à appliquer en cas de stockage stationnaire par batteries. Le guide UTE C 15-712-3 prévoit les dispositions pour une installation photovoltaïque raccordée au réseau et pourvue de batteries de stockage. »

L’éclairage led extérieur s’est développé il y a une dizaine d’années. La led est vantée pour ses bénéfices, notamment sa faible consommation et sa durée de vie. Mais lorsque des leds ont été déployées massivement dans les réseaux d’éclairage urbain, cela a occasionné un certain nombre de défaillances, liées aux surtensions, comme l’explique Christian Macanda : « Près de 10 % des parcs installés à l’époque avaient subi des défaillances, ce qui a choqué les usagers, qui avaient réalisé des investissements importants dans une technologie vantée pour sa longévité. » La norme NF C 17-200, publiée en 2007 et mise à jour en 2016, a permis d’éviter les risques de surtensions sur ces installations extérieures raccordées au réseau, avec l’obligation de réaliser une analyse de risque.

Pour les IRVE, le constat est plus nuancé, comme le détaille Christian Macanda : « Il y a eu quelques défaillances, mais les protections ont été mises en place rapidement, du fait de la maturité du marché sur les sujets foudre, et des normes ont été imposées dès le départ pour les installations de recharge de véhicules électriques. » Si l’installation est raccordée à un bâtiment, c’est la norme NF C 15-100 qui s’applique. Si elle est raccordée au réseau et positionnée en voirie, il faut se référer à la norme NF C 17-200. « Ce qui change, entre la NF C 15-100 et la NF C 17-200, est l’obligation ou non d’installer un parafoudre, en fonction de la longueur de déploiement, de la zone de foudroiement et de la sensibilité des équipements. », précise Régis Reeb, de Dehn France.

La norme NF C 15-100 évolue et renforce la protection foudre

Régis Reeb, responsable technique et marketing chez DEHN

La nouvelle version de la norme NF C 15-100 actuellement en phase finale de validation – et qui serait publiée dans les prochains mois – imposera à tous les bâtiments tertiaires, industriels, patrimoniaux, ERP, ou aux systèmes d’alarmes, d’incendie ou de vidéosurveillance de mettre en œuvre un parafoudre si une évaluation du risque n’a pas été réalisée. Elle conservera les règles de l’ancienne version pour les logements, mais durcira les règles pour les applications professionnelles, quelle qu’en soit la dimension.

Zoom sur les IRVE
Si les IRVE sont accessibles au public, l’installation d’un parafoudre de Type 2 sera obligatoire. En présence d’un paratonnerre, un parafoudre de Type 1 doit également être mis en œuvre.

La norme prévoit aussi la protection des liaisons de communication cuivre. Si une installation IRVE est connectée avec un câble RJ45, la liaison Ethernet devra également être protégée.

Des réponses différentes selon les installations
Les dommages les plus spectaculaires se sont produits sur les installations d’éclairage led, comme le précise Christian Macanda : « Avant, les installations d’éclairage extérieur étaient équipées de lampes à décharge. Ces sources étaient très robustes et il fallait des tensions dépassant les 4 à 6 kV impulsionnels pour les endommager. Aujourd’hui, les leds sont des semi-conducteurs très sensibles et leurs alimentations électroniques sont tout aussi sensibles. Ces systèmes peuvent être détruits avec des surtensions d’amplitude nettement plus réduite, autour de 1,5 kV impulsionnel. »

En effet, la technologie led est beaucoup plus sensible aux surtensions et à la foudre que l’étaient les anciennes technologies. « Le coût de l’énergie a fortement incité les exploitants des infrastructures urbaines et routières à adopter cette technologie plus efficiente mais aussi beaucoup plus fragile », précise Olivier Pellissier, Product Manager System Protection Technologies & Power Supplies chez Phoenix Contact.

Deux possibilités existent pour protéger ces installations des surtensions, comme l’explique Aurore Alric : « Les installateurs peuvent installer une protection soit dans la lanterne, soit dans la trappe de raccordement du candélabre située à la base du mât. »

Pour les installations d’éclairage architectural, par exemple une cathédrale, des milliers de points lumineux sont implantés, avec interdiction de percer les édifices, ce qui provoque un risque important contre lequel les parafoudres permettent de se prémunir, comme l’explique Régis Reeb : « Dans ces installations, tous les câbles basse-tension croisent les conducteurs de paratonnerres, ce qui peut provoquer un amorçage et peut détruire les luminaires. »

Les installations photovoltaïques sont souvent exposées au risque foudre. « Le moindre dégât ou panne a un impact direct sur le retour sur investissement de ce type d’installation de production électrique », commente Olivier Pellissier.

Pour les applications photovoltaïques, les panneaux sont reliés à l’onduleur, qui est le cœur stratégique des installations mais aussi leur point faible : « Le circuit d’entrée de l’onduleur est constitué de redresseurs, qui sont des semi-conducteurs sensibles. Le guide UTE C 15-712 prévoit l’installation de parafoudres au niveau des deux entrées de l’onduleur, côté AC et côté DC », explique Christian Macanda.

Il convient donc de protéger l’onduleur côté AC et côté DC avec des parafoudres de Type 2, comme l’explique Aurore Alric : « Si le panneau photovoltaïque est situé à plus de 10 mètres de l’onduleur, on ajoute un parafoudre supplémentaire de Type 2 dans les boîtes de jonction des panneaux photovoltaïques. Si le TGBT, équipé de parafoudre, est éloigné de plus de 10 mètres de l’onduleur, il est important d’installer un parafoudre supplémentaire au niveau de l’entrée AC de l’onduleur. » Il est également intéressant de protéger la partie de l’onduleur en charge du monitoring, avec une solution adaptée aux courants faibles.

Sur les sites industriels ou dans la grande distribution, si un paratonnerre est présent, il convient de refaire une étude de risque foudre si des panneaux photovoltaïques sont installés. « Souvent, les faiseurs installent les panneaux photovoltaïques en réalisant une simple dépose et repose des paratonnerres. Dans ce cas, il y a un fort risque que le courant de foudre se disperse dans l’installation et détruise les panneaux photovoltaïques et les onduleurs », précise Régis Reeb. Il est essentiel de redimensionner l’installation et d’ajouter des parafoudres adaptés, mais aussi de redimensionner et de faire évoluer l’emplacement des paratonnerres.

Pour protéger l’entrée DC de l’onduleur et les panneaux photovoltaïques, on utilise des parafoudres spécifiques DC, conçus pour fonctionner sur les tensions continues. Les caractéristiques de ces parafoudres sont prévues par la norme NF EN 61643-31.

Pour les infrastructures de recharge de véhicules électriques aussi, la continuité de service est impérative pour garantir la disponibilité maximale des bornes, qui peuvent être isolées ou extérieures et donc exposées au risque foudre.

Pour les IRVE, la borne est constituée d’équipements de connectique robustes mais elles intègrent également de l’électronique sensible au niveau des systèmes de comptage. Le problème est encore plus important lorsqu’un véhicule électrique est connecté lors de la recharge.

Différents cas de figure existent selon la typologie de l’installation, comme le précise Régis Reeb : « Pour les IRVE accessibles au public, la nouvelle version de la NF C 15-100 imposera un parafoudre de Type 2 dans l’installation. Pour les IRVE en voirie, la NF C 17-200 impose l’installation d’un parafoudre de Type 2 dans le coffret de rue. D’autres exigences entrent en ligne de compte selon la tenue au choc, la longueur cumulée de câblage et la densité de foudroiement du lieu d’implantation. Si la longueur cumulée est supérieure à la valeur définie, un parafoudre de Type 2 doit être installé dans la borne. »

Des solutions pour monitorer l’état de fonctionnement des parafoudres
Un parafoudre traite des phénomènes transitoires plus ou moins violents, mais son fonctionnement est répétitif et sa durée de vie longue, à l’inverse d’un fusible. La norme NF EN 61 643-11 prévoit la fin de vie de l’ensemble des parafoudres basse tension. Une information en temps réel n’est pas nécessaire pour ces systèmes.

« Si le déconnecteur interne du parafoudre est activé, le parafoudre se déconnecte du réseau et un indicateur de défaut est actionné. Dans ce cas, le réseau n’est plus protégé et il faudra remplacer le parafoudre. La plupart des parafoudres sont équipés de systèmes de télésignalisation du défaut qui permet de reporter l’information en façade du tableau ou dans la GTC », explique Christian Macanda.

L’ensemble des parafoudres BT DEHN de Type 1 et de Type 2 sont pourvus d’un voyant de signalisation en façade du parafoudre. « En option, nous proposons une liaison en contact sec, qui permet de faire remonter les informations de fonctionnement sur une GTC ou une GTB. Nous proposons une passerelle pour faire remonter les informations sur l’état des parafoudres en Modbus », précise Régis Reeb. Aurore Alric précise également que tous les produits Citel sont disponibles avec ou sans télésignalisation.

Il y a aujourd’hui des solutions avancées, pour effectuer une maintenance préventive. Un compteur de surtensions compte le nombre d’agressions, ce qui permet de savoir, selon les données fournies par le fabricant, la durée de vie restante. Chaque fabricant dispose d’une solution, soit intégrée au parafoudre, soit à l’extérieur. C’est notamment le cas du nouveau parafoudre DAC N1-25CVGS de Citel, comme l’explique Aurore Alric : « Ce produit intègre un compteur de surtensions et la télésignalisation, ce qui permet d’optimiser la maintenance. »

DEHN a fait évoluer ses solutions en liaisons de communication, comme nous l’explique Régis Reeb : « Les parafoudres pour connexion Ethernet sont pourvus de voyants et d’un système de surveillance. Un laser traverse les trous des parafoudres. Lorsque le parafoudre est hors service, le trou est obstrué, ce qui coupe le faisceau du laser et fait remonter l’information de la fin de vie du parafoudre. » Le fabricant a également fait évoluer le système de câblage de certains de ses parafoudres basse tension en remplaçant les bornes à vis par des bornes à connexion rapide, de façon à simplifier le câblage et faire gagner du temps aux installateurs.

Des solutions de protection adaptées
Les exigences en termes de durée de vie et de tenue aux chocs de foudre sont de plus en plus élevées. De nouvelles technologies de parafoudres ont récemment vu le jour.

Pour les IRVE, Citel propose des produits très compacts, que nous présente Aurore Alric : « Le DAC15C et le DACF15 sont prévus pour une installation dans la borne. Cette dernière solution est la plus plébiscitée : il s’agit d’un parafoudre qui, en plus du déconnecteur thermique habituel, intègre un fusible contre les défauts de court-circuit, ce qui évite de le rajouter à l’extérieur en association avec le parafoudre comme exigé par la norme. Pour les bornes murales ou “Wallbox”, nous proposons un parafoudre sur circuit imprimé. »

L’activité e-mobility de Phoenix Contact comprend également une gamme de parafoudres dédiée. « Sous l’appellation CHARX-PROTECT, on retrouvera des parafoudres Type 2 et Type 1+2 pour répondre aux nouvelles exigences et obligations de la norme NFC 15-100-1 », explique Olivier Pellissier.

Pour les installations photovoltaïques, Phoenix Contact propose une large gamme de parafoudres de Type 2 et 1+2 pour des tensions jusqu’à 1 500 VDC. « On trouvera des parafoudres modulaires, compacts, débrochables et testables, ainsi qu’une large gamme de coffrets précâblés adaptée à tout type de configuration », précise Olivier Pellissier.

Citel a lancé en septembre la gamme de produits DPVN, dédiée aux applications photovoltaïques, qui intègre la nouvelle technologie CTC, brevetée par Citel. « Ces produits sont plus compacts, monoblocs et pourvus d’un système de déconnexion innovant plus rapide et plus sûr, qui se déclenche en cas d’échauffement interne. Lors de la déconnexion de sécurité, une barrière isolante sécurise les composants et les isole totalement du réseau. Les produits de la gamme DPVN ne sont pas débrochables, ce qui permet de réduire la main-d’œuvre. Ces parafoudres prennent en charge des tensions de 600 V jusqu’à 1 500 V en courant continu, pour anticiper les évolutions de puissance des onduleurs », détaille Aurore Alric.

Les installations photovoltaïques couplées aux IRVE connaissent également un véritable boom. « Nous sommes en contact avec les formateurs pour proposer les protections les plus adaptées à ces installations », explique Aurore Alric.Pour les installations d’éclairage led extérieures, Citel propose deux parafoudres très compacts, l’un à installer dans la lanterne et l’autre dans la trappe de raccordement. « Nous recevons également de plus en plus de demandes pour des parafoudres dédiés aux éclairages haute puissance et nous avons développé des parafoudres adaptés à ces drivers », précise Aurore Alric.

Phoenix Contact développe également de nombreuses solutions dédiées à la gestion des éclairages, notamment dans le domaine des tunnels routiers : « Les éclairages sont devenus intelligents et pilotés et le sujet de la protection contre la foudre et des surtensions est là aussi très important eu égard aux technologies utilisées, mais surtout aux enjeux de continuité de service et d’exploitation. Des parafoudres modulaires sont destinés aux armoires de commande et des parafoudres spécifiques ont été développés pour être directement intégrés aux luminaires avec des contraintes d’isolation classe 2 », explique Olivier Pellissier.

La prise en compte du risque foudre pour ces trois catégories d’installations est aujourd’hui chose faite et les différents fabricants proposent une multitude de solutions adaptées aux caractéristiques de chaque application et aux différents éléments à protéger. Le bouquet normatif existant et l’annonce à venir de la nouvelle version de la NF C 15-100, très attendue par l’ensemble de la filière, permettent de garantir la sécurité électrique des installations et de renforcer la confiance des décideurs dans ces technologies sensibles, mais essentielles à la transition énergétique.

Alexandre Arène