Si vous spécifiez un parafoudre pour un réseau moyenne tension-, la première question qui revient généralement est assez simple : ai-je besoin d'un appareil de 11 kV ou d'un de 33 kV ? La réponse semble évidente, mais le processus de sélection est beaucoup moins simple que de simplement faire correspondre l'étiquette du parafoudre à la tension de votre système. Si vous vous trompez, vous vous retrouvez avec un appareil qui ne parvient pas à protéger ou, pire encore, qui fonctionne alors qu'il ne le devrait pas.
Ce guide présente les différences réelles entre les parafoudres 11 kV et 33 kV, couvrant les tensions nominales, les exigences de mise à la terre, la classe du parafoudre et les spécifications qui comptent réellement lorsque vous prenez une décision d'achat.
Parafoudre
Tableau de référence rapide
| Paramètre | Système 11kV | Système 33kV |
|---|---|---|
| Mise à la terre typique | Solidement mis à la terre (étoile) | Non-mis à la terre efficacement (triangle) |
| Tension nominale recommandée (Ur) | 9kV | 36kV à 42kV |
| MCOV | ~7,65kV | ~29kV à 34kV |
| Courant de décharge nominal | 10 kA | 10 kA |
| Classe d'arrestation | Classe de distribution | Classe de gare |
| BIL | 75kV | 170kV |
| Standard | CEI 60099-4 | CEI 60099-4 |
La partie que la plupart des gens se trompent : il s’agit de mise à la terre, pas seulement de tension
Voici quelque chose qui fait trébucher de nombreux ingénieurs : la tension nominale d'un parafoudre n'est pas la même que la tension du système. Le nombre que vous choisissez dépend fortement de la manière dont votre réseau est mis à la terre, et c'est là que les systèmes 11 kV et 33 kV ont tendance à se comporter très différemment.
La plupart des réseaux 11 kV sont solidement mis à la terre. Le point étoile du transformateur est connecté directement à la terre, ce qui signifie que lors d'un défaut monophasé-, la tension sur les deux autres phases reste relativement stable, ne dépassant pas environ 80 % de la tension ligne à ligne-à-. Pour cette raison, les ingénieurs dimensionnent généralement le parafoudre à 0,8 fois la tension du système. Pour un réseau de 11 kV, cela équivaut à une tension nominale d'environ 9 kV. Il s'agit d'un calcul simple, et le périphérique obtenu est compact,-efficace et bien-adapté à la protection au niveau de la distribution-.Le parafoudre 11KVde Victory Electric, par exemple, est construit précisément autour de cette spécification de classe de distribution-, avec un boîtier en polymère et une pile de varistances en oxyde de zinc optimisées pour cet environnement d'exploitation.
Les systèmes 33 kV sont une situation complètement différente. Une grande partie des réseaux 33 kV, en particulier en Asie, en Afrique et dans certaines parties de l'Europe, utilisent des enroulements de transformateur connectés en triangle. Les enroulements delta n'ont pas de point neutre, il n'y a donc pas de chemin direct vers la terre. Lorsqu'un défaut survient sur une phase, la tension sur les phases saines peut grimper jusqu'à la tension totale de la ligne, parfois un peu plus. Cela signifie que le parafoudre doit être conçu pour gérer cela en continu, et le multiplicateur de 0,8 ne s'applique plus. Au lieu de cela, la tension nominale est réglée à 100 % de la tension du système ou plus, c'est pourquoi les parafoudres de 33 kV ont généralement des valeurs nominales de 36 kV à 42 kV en fonction de la marge de sécurité préférée du service public.
Application de la logique de sélection 11 kV à unParafoudre 33KVest l’une des erreurs les plus courantes et les plus coûteuses commises lors de la spécification. Un parafoudre sous-évalué commencera à conduire en cas de défaut à la terre, accumulera de la chaleur qu'il ne pourra pas dissiper et finira par tomber en panne.
Parafoudre VICTORY 33KV
MCOV : la spécification trop souvent ignorée
MCOV signifie Tension de fonctionnement continue maximale. Dans les normes CEI, vous le verrez également écrit sous la forme Uc. Il s'agit de la tension la plus élevée à laquelle le parafoudre peut rester en permanence, dans des conditions de fonctionnement normales, sans se dégrader avec le temps.
Ceci est important car le parafoudre est toujours connecté entre phase et terre. Même lorsqu'il n'y a pas de surtension, la tension normale entre phase-et-terre est constamment présente. Lors d'un défaut sur une autre phase, cette tension augmente temporairement. Le parafoudre doit résister sans conduire et sans se cuire dans le processus.
Les chiffres se répartissent à peu près ainsi :
- Un parafoudre évalué à 9 kV pour un système à 11 kV aura un MCOV d'environ 7,65 kV.
- Un parafoudre évalué à 36 kV pour un système à 33 kV se situe généralement à environ 29 kV.
- Un parafoudre de 42 kV, qui donne un peu plus de marge, atteint environ 34 kV
Lorsque vous consultez une fiche technique, ne regardez pas seulement la tension nominale. Vérifiez le MCOV par rapport à la tension maximale réelle-à-de terre de votre système, y compris la tolérance de fonctionnement normale, qui est généralement de plus ou moins 10 % de la valeur nominale. C'est le numéro qui vous indique vraiment si le parafoudre est à l'aise dans votre réseau.
Classe de distribution vs classe de station
Les parafoudres 11 kV sont presque toujours de classe distribution. Ils sont conçus pour les lignes aériennes, les transformateurs-montés sur poteau, les unités principales en anneau et les applications similaires. Ils sont plus légers, plus petits et plus abordables pour un déploiement massif sur les réseaux de distribution.
Les parafoudres 33 kV dans les sous-stations du réseau constituent un tout autre niveau. Ils appartiennent généralement à la classe Station, ce qui signifie une capacité d'absorption d'énergie plus élevée, de meilleures valeurs de résistance aux courts-circuits (certaines normes les testent jusqu'à 63 000 A), des lignes de fuite plus longues pour les environnements côtiers ou industriels et un confinement des défauts internes plus robuste. Ceux-ci ne sont pas interchangeables avec les unités de classe distribution, et la différence de coût reflète de réelles différences techniques, pas seulement une augmentation de tension.
Dans une sous-station de distribution 33/11 kV typique, le côté entrant 33 kV nécessite une protection de classe station, tandis que les départs 11 kV peuvent utiliser du matériel de classe distribution. Si vous vous approvisionnez pour les deux côtés d'une telle sous-station, la gamme de produits 33 kV de Victory Electric comprend des parafoudres de classe station-et des accessoires de protection moyenne tension-associés qui couvrent le côté tension supérieure-de cette installation.
Tension résiduelle et marge de protection
Lorsque vous comparez deux parafoudres face à face, le chiffre le plus utile est la tension résiduelle, parfois appelée tension de décharge ou niveau de protection contre la foudre. Il est mesuré à 10 kA avec une forme d'onde de 8/20 μs et vous indique la quantité de tension que laisse passer le parafoudre lors d'une surtension.
Plus la tension résiduelle est faible, meilleure est la protection. Mais il doit également rester bien en dessous du niveau d'isolation de base contre les impulsions (BIL) de votre équipement. Une marge de protection confortable se situe généralement autour de 20 à 30 %.
Pour un système de 11 kV avec un BIL de 75 kV, la tension résiduelle du parafoudre devrait idéalement se situer en dessous d'environ 53 kV. Pour un système de 33 kV où la BIL est généralement de 170 kV, la tension résiduelle doit rester inférieure à environ 120 kV. Si vous comparez des unités de différents fournisseurs, utilisez la colonne 10 kA de la fiche technique comme point de comparaison et choisissez le nombre le plus bas.
Quelques erreurs à éviter
En supposant que votre réseau 33 kV soit solidement mis à la terre sans vérification. De nombreuses infrastructures 33 kV existantes fonctionnent sur des configurations delta ou de mise à la terre par impédance-. Confirmez toujours auprès de l'opérateur réseau avant de rédiger les spécifications.
Surveiller les lignes de fuite dans les environnements sales. Les sous-stations côtières et les sites proches des émissions industrielles nécessitent une ligne de fuite étendue, généralement de 25 mm/kV ou plus. Sur un équipement de 33 kV, cela entraîne une différence physique significative dans la longueur de l'isolant.
Correspondance de la tension nominale sans vérifier MCOV. Deux parafoudres avec le même Ur peuvent avoir des MCOV différents. Celui avec le MCOV inférieur peut convenir sur le papier mais avoir des difficultés dans les conditions réelles de votre réseau.
Placer du matériel de classe de distribution sur un jeu de barres de 33 kV. Les niveaux d'énergie et l'exposition aux défauts au niveau des jeux de barres des sous-stations sont en dehors de ce pour quoi les parafoudres de classe de distribution sont conçus. La classe de station n'est pas facultative dans ce contexte.
La version courte
La différence fondamentale entre un parafoudre 11 kV et un parafoudre 33 kV ne réside pas seulement dans la tension indiquée sur l'étiquette. Cela dépend de la façon dont le réseau est mis à la terre, qui détermine le calcul de la tension nominale, l'exigence MCOV et la classe du parafoudre. Un parafoudre de 11 kV sur un réseau solidement mis à la terre peut être dimensionné de manière prudente et simple. Le parafoudre 33 KV, fonctionnant dans un réseau généralement non mis à la terre ou en triangle, doit être classé plus haut que prévu, spécifié dans la classe de station et soigneusement vérifié par rapport à des conditions de défaut réelles.
En cas de doute, suivez la norme CEI 60099-4, confirmez votre disposition de mise à la terre et ne considérez pas la sélection du parafoudre comme un exercice de coche de cases.