Guide de choix d’un parafoudre pour armoire industrielle

GUIDE TECHNIQUE | SÉCURITÉ ÉLECTRIQUE

Guide pratique pour choisir un parafoudre destiné à une armoire de commande industrielle selon la tension du réseau, le schéma de mise à la terre, l’emplacement d’installation, le type de SPD, les valeurs Uc, Up, In et Imax, la protection de secours et les besoins de surveillance.

Les armoires de commande industrielles nécessitent une protection coordonnée contre les surtensions afin de protéger les automates programmables, les variateurs, les alimentations et les équipements de communication sensibles.

Les armoires de commande industrielles contiennent des composants sensibles et coûteux, tels que des automates programmables industriels (API/PLC), des variateurs de fréquence, des modules de communication, des capteurs, des alimentations industrielles et des dispositifs de surveillance. Ces composants peuvent être exposés à des surtensions transitoires provoquées par la foudre indirecte, les manœuvres du réseau, le fonctionnement des moteurs, les contacteurs, les relais et d’autres charges inductives.

Un système correctement sélectionné de protection contre les surtensions pour l’automatisation industrielle permet d’évacuer le courant de surtension vers le réseau de mise à la terre de protection et de liaison équipotentielle, tout en limitant la tension appliquée aux équipements en aval. Le SPD doit être choisi comme un élément de la conception globale de la protection électrique, et non comme un simple accessoire indépendant.

La sélection ne consiste pas uniquement à faire correspondre la tension nominale du réseau. Les ingénieurs doivent également prendre en compte l’emplacement d’installation, le schéma de mise à la terre, la classification du SPD, la tension maximale de régime permanent, le niveau de protection en tension, la capacité de courant de décharge, la protection de secours, la longueur des conducteurs et la coordination avec les dispositifs de protection en amont et en aval.

Pourquoi les armoires de commande industrielles ont-elles besoin d’une protection contre les surtensions ?

Les systèmes d’automatisation dépendent d’une alimentation stable, de communications continues et de signaux de commande précis. Même un transitoire très bref peut perturber les entrées d’un automate, endommager une alimentation de commande, provoquer des erreurs de communication ou réduire la durée de vie des composants électroniques.

Les disjoncteurs et les fusibles sont principalement destinés à la protection contre les surintensités et les courts-circuits. Ils ne remplacent pas un parafoudre, car les surtensions transitoires apparaissent et disparaissent beaucoup plus rapidement que le temps de fonctionnement d’une protection classique contre les surintensités.

Lors d’une surtension, le SPD passe d’un état à haute impédance à un état conducteur, ce qui aide à dévier le courant impulsionnel et à limiter la surtension en aval.

Processus de sélection d’un parafoudre pour armoire de commande industrielle

Les principes généraux de sélection, de fonctionnement, d’emplacement et de coordination des SPD sont décrits dans la norme IEC 61643-12:2020. La conception finale doit également respecter la réglementation électrique locale applicable, les spécifications du projet et la documentation technique du fabricant.

Processus de sélection d’un parafoudre pour armoire de commande industrielle

1. Confirmer la tension du réseau électrique

Commencez par identifier précisément le système électrique raccordé à l’armoire de commande. Relevez la tension nominale entre phases, la tension phase-neutre, la fréquence, le caractère monophasé ou triphasé de l’alimentation et la présence éventuelle d’un conducteur neutre.

La tension maximale de régime permanent Uc du SPD doit être adaptée à la tension appliquée en continu à chaque mode de protection. Une valeur Uc inappropriée peut entraîner un vieillissement prématuré, des déclenchements intempestifs ou une protection insuffisante.

Pour une méthode de présélection plus complète, consultez le Guide de sélection des parafoudres CRESIN.

2. Identifier le schéma de mise à la terre

Le schéma de mise à la terre influence la configuration du SPD et les modes de protection nécessaires. Les réseaux basse tension courants comprennent les schémas TN-S, TN-C, TN-C-S, TT et IT.

Un réseau triphasé n’utilise pas automatiquement la même configuration de SPD dans tous les projets. Le concepteur doit vérifier la présence du neutre, l’organisation du neutre et du conducteur de protection, ainsi que la nécessité d’une protection entre L-PE, L-N et N-PE.

Les exigences relatives aux schémas de mise à la terre, aux conducteurs de protection et aux conducteurs de liaison équipotentielle de protection sont traitées dans la norme IEC 60364-5-54:2011+A1:2021.

3. Sélectionner le type de SPD approprié

La classification du SPD dépend principalement de son emplacement d’installation et du niveau de contrainte de surtension attendu à cet endroit.

Exemple de coordination des SPD depuis l’origine de l’installation jusqu’aux équipements terminaux sensibles.

Dans de nombreuses armoires internes, un parafoudre de type 2 constitue la principale étape de protection locale. Il doit toutefois être coordonné avec la protection installée au niveau du tableau principal et des tableaux divisionnaires. Consultez la solution CRESIN de protection contre les surtensions pour la distribution électrique pour un exemple d’application en plusieurs niveaux.

4. Vérifier Uc et Up

Uc est la valeur efficace maximale de la tension pouvant être appliquée en permanence au SPD dans des conditions spécifiées. Elle doit tenir compte de la tension normale du réseau et de ses variations prévisibles, tout en restant compatible avec le niveau de protection recherché.

Up est le niveau de protection en tension mesuré dans des conditions d’essai définies. La valeur Up sélectionnée doit être inférieure à la tenue aux chocs de l’équipement protégé. La tension réellement présente aux bornes de l’équipement peut être supérieure à la valeur Up déclarée du SPD, car les conducteurs de raccordement ajoutent une tension inductive pendant la surtension.

5. Évaluer In et Imax

In, le courant nominal de décharge d’un SPD de type 2, caractérise sa capacité à supporter des courants de décharge répétés selon l’onde d’essai normalisée 8/20 µs.

Imax indique le courant maximal de décharge qu’un SPD de type 2 peut supporter une fois dans les conditions d’essai spécifiées.

Une valeur Imax plus élevée ne suffit pas à démontrer qu’un SPD est meilleur pour un projet donné. Les paramètres Uc, Up, In et Imax, le mode de protection, la configuration du réseau, l’emplacement d’installation et la protection de secours doivent être évalués ensemble.

6. Confirmer le nombre de pôles et la configuration des modes de protection

Ce tableau constitue une aide à la présélection. Il ne remplace pas l’analyse du schéma unifilaire du projet ni les instructions d’installation du SPD retenu.

7. Vérifier la protection de secours contre les surintensités

Un SPD peut nécessiter un fusible amont, un disjoncteur MCB ou MCCB, ou un dispositif de protection de secours spécialement conçu pour les parafoudres. Le choix dépend de la protection de secours maximale autorisée pour le SPD, du dispositif de protection amont existant et du courant de court-circuit présumé au point d’installation.

Ne sélectionnez pas le dispositif de secours uniquement à partir du courant de charge de l’armoire. Vérifiez les informations de coordination dans la fiche technique du SPD.

8. Vérifier les exigences de surveillance et de maintenance

Pour les lignes de production critiques et les installations éloignées, les fonctions utiles comprennent l’indication visuelle d’état, les modules remplaçables, les contacts de télésignalisation et l’intégration au système d’alarme. Elles permettent aux équipes de maintenance d’identifier un module dégradé avant qu’une défaillance liée à une surtension ne se produise.

Pratiques d’installation influençant les performances de protection

Maintenir les conducteurs courts et directs

Les conducteurs reliant les phases, le neutre, le SPD et la barre de terre de protection doivent être aussi courts et directs que possible. Les conducteurs longs, les boucles de câble et les courbes prononcées augmentent la tension inductive pendant la surtension et peuvent réduire la protection effective des équipements en aval.

Comparaison de principe entre des conducteurs de SPD longs et bouclés et des raccordements courts et directs à la barre de terre de protection.

Des schémas supplémentaires de produits et de systèmes sont disponibles dans la rubrique CRESIN consacrée aux schémas de câblage des parafoudres .

Assurer une liaison équipotentielle efficace

L’enveloppe de l’armoire, le conducteur de protection, la structure de montage et les autres parties conductrices accessibles doivent être raccordés au réseau de liaison équipotentielle requis. Une mauvaise liaison peut créer des différences de potentiel dangereuses même lorsqu’un SPD est installé.

Coordonner les SPD en amont et en aval

Une architecture coordonnée typique peut utiliser une protection de type 1 ou de type 1+2 au tableau principal d’arrivée, une protection de type 2 au niveau du tableau divisionnaire ou de l’armoire de commande, et une protection de type 3 près des équipements particulièrement sensibles. La coordination doit tenir compte de la longueur des câbles, des niveaux de protection, de la capacité de courant de décharge et des recommandations du fabricant.

Parafoudre CRESIN CSMS-B40 de type 2 pour armoires de commande industrielles

Parafoudre CRESIN CSMS-B40 de type 2 pour la distribution électrique en courant alternatif et les applications d’armoires de commande industrielles.

Le CRESIN CSMS-B40 est un SPD de puissance CA de type 2 destiné à la distribution basse tension et aux applications de commande industrielle. La variante choisie doit correspondre à la tension réelle du réseau, au mode de protection et au nombre de pôles.

Pour en savoir plus sur les capacités de vérification internes de CRESIN, consultez le laboratoire d’essais des parafoudres.

Vérifiez les caractéristiques assignées, les preuves d’essai, les informations de câblage et les formulations de conformité avant la publication ou l’approbation du projet.

Liste de contrôle pour choisir un parafoudre d’armoire de commande industrielle

Questions fréquentes

Un SPD de type 2 convient-il à une armoire de commande avec automate PLC ?

Un SPD de type 2 est couramment utilisé dans les armoires de commande avec automate et les tableaux de distribution internes pour limiter les surtensions induites par la foudre et les surtensions de manœuvre. Si le site peut être exposé à un courant de foudre, une protection amont appropriée de type 1 ou de type 1+2 peut également être nécessaire.

Comment choisir entre 3P, 4P et 3P+N ?

Le choix dépend du nombre de conducteurs, du schéma de mise à la terre, des modes de protection requis et de l’architecture du produit. Analysez le schéma unifilaire et les instructions de câblage précises du fabricant au lieu de vous baser uniquement sur le terme « triphasé ».

Quel paramètre est le plus important : Uc, Up, In ou Imax ?

Aucun ne doit être considéré isolément. Uc détermine l’adéquation à la tension de régime permanent, Up décrit la limitation de tension, In caractérise la tenue répétitive au courant de décharge d’un SPD de type 2 et Imax indique sa capacité maximale de courant de décharge dans les conditions d’essai spécifiées.

Un SPD nécessite-t-il un fusible ou un disjoncteur séparé ?

Cela dépend du SPD et du dispositif de protection amont. Vérifiez, pour le modèle exact, la protection de secours maximale autorisée, le courant de court-circuit disponible et les instructions de coordination du fabricant.

Un SPD peut-il empêcher totalement les défaillances d’équipement ?

Aucun appareil ne peut garantir qu’un équipement ne tombera jamais en panne. Un SPD correctement choisi et installé contribue à réduire les risques liés aux surtensions, mais l’efficacité de la protection dépend également de la mise à la terre, de la liaison équipotentielle, du cheminement des câbles, de la protection contre les surintensités et de la coordination entre les différents niveaux de protection.