Paratonnerre

parafoudre

un parafoudre est un dispositif utilisé sur les systèmes d’alimentation électrique et les systèmes de télécommunication pour protéger l’isolation et les conducteurs du système des effets néfastes de la foudre. Le parafoudre typique a une borne haute tension et une borne de masse.

en télégraphie et en téléphonie, un parafoudre est un dispositif placé à l’endroit où les fils pénètrent dans une structure, afin d’éviter d’endommager les instruments électroniques à l’intérieur et d’assurer la sécurité des personnes à proximité des structures., Les versions plus petites des parafoudres, également appelées parafoudres, sont des dispositifs connectés entre chaque conducteur électrique d’un système d’alimentation ou de communication et la terre. Ils aident à empêcher l’écoulement de la puissance normale ou des courants de signal à la terre, mais fournissent un chemin sur lequel le courant de foudre à haute tension circule, contournant l’équipement connecté. Les parafoudres sont utilisés pour limiter la montée en tension lorsqu’une ligne de communication ou d’alimentation est frappée par la foudre ou est proche d’un coup de foudre.,

Protection des systèmes de distribution électriquemodifier

dans les systèmes de transmission électrique aérienne, un ou deux fils de terre plus légers peuvent être montés au sommet des pylônes, des poteaux ou des tours non spécifiquement utilisés pour envoyer de l’électricité à travers le réseau. Ces conducteurs, souvent appelés fils » statiques », » pilotes « ou » boucliers », sont conçus pour être le point de terminaison de la foudre au lieu des lignes à haute tension elles-mêmes. Ces conducteurs sont destinés à protéger les conducteurs de puissance primaires contre la foudre.,

Ces conducteurs sont liés à la terre soit par la structure métallique d’un poteau ou d’une tour, soit par des électrodes de terre supplémentaires installées à intervalles réguliers le long de la ligne. En règle générale, les lignes électriques aériennes avec des tensions inférieures à 50 kV n’ont pas de conducteur « statique », mais la plupart des lignes transportant plus de 50 kV le font. Le câble conducteur de masse peut également supporter des câbles à fibres optiques pour la transmission de données.

Les lignes plus anciennes peuvent utiliser des parafoudres qui isolent les lignes conductrices de la liaison directe avec la terre et peuvent être utilisées comme lignes de communication basse tension., Si la tension dépasse un certain seuil, comme lors d’une terminaison de foudre au conducteur, elle « saute » les isolateurs et passe à la terre.

la Protection des sous-stations électriques est aussi variée que les paratonnerres eux-mêmes, et est souvent la propriété de la compagnie d’électricité.

protection contre la foudre des radiateurs de mâtsmodifier

Les radiateurs de mât Radio peuvent être isolés du sol par un éclateur à la base. Lorsque la foudre frappe le mât, il saute cet écart., Une faible inductivité dans la ligne d’alimentation entre le mât et l’Unité de réglage (généralement un enroulement) limite l’augmentation de tension, protégeant l’émetteur contre des tensions dangereusement élevées.L’émetteur doit être équipé d’un dispositif permettant de surveiller les propriétés électriques de l’antenne. Ceci est très important, car une charge pourrait rester après un coup de foudre, endommageant l’espace ou les isolateurs.

le dispositif de surveillance éteint l’émetteur lorsque l’antenne présente un comportement incorrect, par exemple en raison d’une charge électrique indésirable., Lorsque l’émetteur est éteint, ces frais se dissiper. Le dispositif de surveillance fait plusieurs tentatives pour se rallumer. Si, après plusieurs tentatives, l’antenne continue à présenter un comportement inapproprié, peut-être à la suite de dommages structurels, l’émetteur reste éteint.

paratonnerres et précautions de mise à la solmodifier

idéalement, la partie souterraine de l’ensemble devrait résider dans une zone de haute conductivité au sol. Si le câble souterrain résiste bien à la corrosion, il peut être recouvert de sel pour améliorer sa connexion électrique avec le sol., Alors que la résistance électrique du paratonnerre entre l’aérogare et la Terre est un problème important, la réactance inductive du conducteur pourrait être plus importante. Pour cette raison, la route du conducteur descendant est courte et toutes les courbes ont un grand rayon. Si ces mesures ne sont pas prises, le courant de foudre peut arc sur une obstruction résistive ou réactive qu’il rencontre dans le conducteur., À tout le moins, le courant d’arc endommagera le paratonnerre et peut facilement trouver un autre chemin conducteur, tel que le câblage ou la plomberie du bâtiment, et provoquer des incendies ou d’autres catastrophes. Les systèmes de mise à la terre sans faible résistivité au sol peuvent toujours être efficaces pour protéger une structure contre les dommages causés par la foudre., Lorsque le sol a une mauvaise conductivité, est très peu profond ou inexistant, un système de mise à la terre peut être augmenté en ajoutant des tiges de terre, un conducteur de contrepoids (anneau de terre), des radiaux de câble en saillie loin du bâtiment, ou les barres d’armature d’un bâtiment en béton peuvent être utilisées pour un conducteur de Ces ajouts, tout en ne réduisant pas la résistance du système dans certains cas, permettront à la foudre dans la terre sans endommager la structure.,

des précautions supplémentaires doivent être prises pour éviter les éclairs latéraux entre les objets conducteurs sur ou dans la structure et le système de protection contre la foudre. La poussée de courant de foudre à travers un conducteur de protection contre la foudre créera une différence de tension entre celui-ci et tous les objets conducteurs qui se trouvent à proximité. Cette différence de tension peut être suffisamment importante pour provoquer un éclair latéral dangereux (étincelle) entre les deux qui peut causer des dommages importants, en particulier sur les structures abritant des matériaux inflammables ou explosifs., Le moyen le plus efficace de prévenir ces dommages potentiels est d’assurer la continuité électrique entre le système de protection contre la foudre et tout objet susceptible d’un flash latéral. Une liaison efficace permettra au potentiel de tension des deux objets de monter et de descendre simultanément, éliminant ainsi tout risque de flash latéral.

conception du système de protection contre la foudre

des matériaux considérables sont utilisés pour composer les systèmes de protection contre la foudre, il est donc prudent d’examiner attentivement où une aérogare fournira la plus grande protection., La compréhension historique de la foudre, à partir des déclarations de Ben Franklin, supposait que chaque paratonnerre protégeait un cône de 45 degrés. Cela a été jugé insatisfaisant pour la protection des structures plus hautes, car il est possible que la foudre frappe le côté d’un bâtiment.

un système de modélisation basé sur une meilleure compréhension du ciblage de terminaison de la foudre, appelé méthode de la sphère roulante, a été développé par le Dr Tibor Horváth. C’est devenu la norme par laquelle les systèmes traditionnels de tige de Franklin sont installés. Pour comprendre cela, il faut savoir comment la foudre « se déplace »., Comme le chef d’étape d’un éclair saute vers le sol, il marche vers les objets mis à la terre le plus proche de son chemin. La distance maximale que chaque pas peut parcourir est appelée distance critique et est proportionnelle au courant électrique. Les objets sont susceptibles d’être frappés s’ils sont plus proches du leader que cette distance critique. Il est de pratique courante d’approximer le rayon de la sphère à 46 m près du sol.

Il est peu probable qu’un objet en dehors de la distance critique soit frappé par le leader s’il y a un objet solidement ancré à l’intérieur de la distance critique., Les emplacements considérés comme à l’abri de la foudre peuvent être déterminés en imaginant les chemins potentiels d’un leader comme une sphère qui se déplace du nuage au sol. Pour la protection contre la foudre, il suffit de considérer toutes les sphères possibles lorsqu’elles touchent des points de frappe potentiels. Pour déterminer les points de frappe, considérez une sphère roulant sur le terrain. À chaque point, une position de leader potentiel est simulée. La foudre est plus susceptible de frapper là où la sphère touche le sol. Les Points que la sphère ne peut pas traverser et toucher sont les plus sûrs de la foudre., Les protecteurs contre la foudre doivent être placés là où ils empêcheront la sphère de toucher une structure. Un point faible dans la plupart des systèmes de dérivation de la foudre est dans le transport de la décharge capturée du paratonnerre au sol, cependant. Les paratonnerres sont généralement installés autour du périmètre des toits plats ou le long des sommets des toits inclinés à des intervalles de 6,1 m ou 7,6 m, selon la hauteur de la tige., Lorsqu’un toit plat a des dimensions supérieures à 15 m par 15 m, des aérogares supplémentaires seront installées au milieu du toit à des intervalles de 15 m ou moins selon un motif de grille rectangulaire.

Arrondi contre pointu endsEdit

La forme optimale pour la pointe d’un paratonnerre a été controversée depuis le 18ème siècle., Pendant la période de confrontation politique entre la Grande-Bretagne et ses colonies américaines, les scientifiques britanniques ont soutenu qu’un paratonnerre devrait avoir une boule à son extrémité, tandis que les scientifiques américains ont soutenu qu’il devrait y avoir un point. En 2003, la controverse n’avait pas été complètement resolved.It est difficile de résoudre la controverse parce que les expériences contrôlées appropriées sont presque impossibles, mais le travail effectué par Charles B. Moore, et al., en 2000 a fait la lumière sur la question, constatant que les paratonnerres modérément arrondis ou à bout émoussé agissent comme des récepteurs de frappe légèrement meilleurs., En conséquence, des tiges à bout rond sont installées sur la plupart des nouveaux systèmes aux États-Unis, bien que la plupart des systèmes existants aient encore des tiges pointues. Selon l’étude,

Les alculations des forces relatives des champs électriques au-dessus de tiges tranchantes et émoussées exposées de manière similaire montrent que si les champs sont beaucoup plus forts à l’extrémité d’une tige tranchante avant toute émission, ils diminuent plus rapidement avec la distance., En conséquence, à quelques centimètres au-dessus de la pointe d’une tige émoussée de 20 mm de diamètre, la force du champ est supérieure à celle d’une tige autrement similaire et plus nette de la même hauteur. Étant donné que l’intensité du champ à l’extrémité d’une tige aiguisée a tendance à être limitée par la formation facile d’ions dans l’air environnant, les intensités de champ sur les tiges émoussées peuvent être beaucoup plus fortes que celles à des distances supérieures à 1 cm sur les plus nettes.,
les résultats de cette étude suggèrent que les tiges métalliques modérément émoussées (avec des rapports hauteur de la pointe au rayon de courbure de la pointe d’environ 680: 1) sont de meilleurs récepteurs de coup de foudre que les tiges plus nettes ou très émoussées.

de plus, la hauteur du paratonnerre par rapport à la structure à protéger et à la Terre elle-même aura un effet.,

théorie du transfert de Chargemodifier

La théorie du transfert de charge stipule qu’un coup de foudre sur une structure protégée peut être évité en réduisant le potentiel électrique entre la structure protégée et le nuage d’orage. Ceci est fait en transférant la charge électrique (comme de la terre voisine vers le ciel ou vice versa). Le transfert de charge électrique de la Terre vers le ciel se fait en installant des produits d’ingénierie composés de nombreux points au-dessus de la structure., Il est à noter que des objets pointus transféreront en effet une charge dans l’atmosphère environnante et qu’un courant électrique considérable peut être mesuré à travers les conducteurs lorsque l’ionisation se produit au point où un champ électrique est présent, comme cela se produit lorsque des nuages d’orage sont au-dessus.

aux États-Unis, la National Fire Protection Association (NFPA) n’approuve pas actuellement un dispositif capable de prévenir ou de réduire les impacts de foudre., Le Conseil des normes de la NFPA, à la suite d’une demande de projet concernant les systèmes de réseaux de Dissipation et les systèmes de transfert de Charge, a rejeté la demande de commencer à élaborer des normes sur cette technologie (bien que le Conseil n’ait pas exclu l’élaboration de normes futures après que des sources fiables démontrant la validité

théorie des premières émissions de streamers (ESE) modifier

la théorie de l’émission précoce de streamer propose que si un paratonnerre a un mécanisme produisant une ionisation près de son extrémité, sa zone de capture de la foudre est considérablement augmentée. Au début, de petites quantités d’isotopes radioactifs (radium-226 ou americium-241) ont été utilisées comme sources d’ionisation entre 1930 et 1980, remplacées plus tard par divers appareils électriques et électroniques., Selon un premier brevet, étant donné que les potentiels au sol de la plupart des protecteurs de foudre sont élevés, la distance entre la source et le point au sol élevé sera plus courte, créant un champ plus fort (mesuré en volts par unité de distance) et cette structure sera plus sujette à l’ionisation et à la dégradation.

L’AFNOR, organisme national de normalisation français, a publié une norme, NF C 17-102, couvrant cette technologie. La NFPA a également étudié le sujet et il a été proposé de publier une norme similaire aux États-Unis., Au départ, un comité indépendant de la NFPA a déclaré que « la technologie de protection contre la foudre semble être techniquement solide » et qu’il existait « une base théorique adéquate pour le concept et la conception de l’aérogare d’un point de vue physique ».) Le même comité a également conclu que « le système de protection contre la foudre recommandé n’a jamais été scientifiquement ou techniquement validé et les aérogares Franklin rod n’ont pas été validées lors d’essais sur le terrain dans des conditions d’orage., »

en réponse, L’American Geophysical Union a conclu que  » le groupe Bryan a examiné essentiellement aucune des études et de la littérature sur l’efficacité et la base scientifique des systèmes de protection contre la foudre traditionnels et a été erronée dans sa conclusion qu’il n’y avait pas de base pour la norme. »AGU n’a pas tenté d’évaluer l’efficacité des modifications proposées aux systèmes traditionnels dans son rapport., La NFPA a retiré son projet d’édition de la norme 781 en raison d’un manque de preuves de l’efficacité accrue des premiers systèmes de protection basés sur les émissions de Streamer sur les aérogares conventionnelles.

Les membres du Comité Scientifique de la Conférence Internationale sur la protection contre la foudre (ICLP) ont publié une déclaration commune indiquant leur opposition à la technologie D’émission précoce des streamers. ICLP maintient une page Web contenant des informations relatives à L’ESE et aux technologies connexes., Pourtant, le nombre de bâtiments et de structures équipés de systèmes de protection contre la foudre ESE augmente ainsi que le nombre de fabricants de terminaux aériens ESE d’Europe, des Amériques, du Moyen-Orient, de Russie, de Chine, de Corée du Sud, des pays de l’ANASE et D’Australie.