Analyse du phénomène de foudre sur les installations d'Orange Cameroun et optimisation de la protection

A. Cas des lignes BT

Les parafoudres se raccordent en dérivation de L'instaLLation a protéger, entre Les conducteurs actifs et La terre.

L'énergie contenue dans L'onde de choc est teLLe que pLusieurs étages de parafoudres sont nécessaires pour La ramener a un niveau suffisamment bas.

Un parafoudre de type 1 pLacé en tête (en avaL du disjoncteur de branchement) de L'instaLLation brise L'onde de foudre et supprime une grande partie de son énergie.

X Extrait de La norme NF C 17-102 de Décembre 2001 ; p25

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La tension résidueLLe appLiquée aux équipements éLectriques, est à son tour Limitée grace au second étage de protection réaLisé par des parafoudres de type 2.

EventueLLement un troisième étage de protection peut être envisagé au pLus près de L'instaLLation sensibLe.

La coordination de parafoudres peut être natureLLe si La Longueur des cabLes entre parafoudres est suffisante (environ 10 m) car L'onde de surtension peut être ampLifiée par L'impédance de La Ligne jusqu'à augmenter de 1 KV aux bornes du matérieL. Si teL n'est pas Le cas (configuration de L'instaLLation éLectrique impose), eLLe sera réaLisée par L'insertion d'inductances dimensionnées en fonction du courant de Ligne.

Des précautions d'instaLLation s'imposent notamment en Longueur totaLe de conducteurs de raccordement qui ne doivent pas excéder 0.5 mètres.

NB : iL est recommandé de dédier une protection spécifique au parafoudre afin de s'affranchir d'une éventueLLe fin de vie en court-circuit. Cette protection devrait être capabLe d'interrompre Le défaut, donc agir Le pLus rapidement possibLe avec une capacité de coupure appropriée. Par contre, eLLe ne doit pas réagir au courant nominaL de décharge (I_n). En théorie, 2 soLutions sont possibLes : Fusibles ou Disjoncteur.

Le tabLeau ci-dessous compare Les 2 soLutions en fonction des comportements requis.

Tableau 6: Comparaison des dispositifs de déconnexion [10]

PARAMETRE	FUSIBLE	DISJONCTEUR
Chute de tension (améLioration de Up)	+	-
Comportement en courant impuLsionneL	+	-
Icc	+	-
Compacité	-	+
Coüt d'acquisition	+	-
TéLésurveiLLance d'état	+	+

Du tabLeau, iL convient de dire que L'utiLisation de fusibLe constitue La soLution de déconnecteurs associés aux parafoudres La mieux adaptée.

Le caLibre minimaL de ce déconnecteurs est fonction de La vaLeur du courant maximaL de décharge _Imax du parafoudre :

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Tableau 7: Calibres fusibles et disjoncteur [18]

Imax (kA)	Calibre du fusible gG-gL (en A)	Calibre du disjoncteur courbe C (en A)
8 à 20	16	10
25 à 35	80	25
40 à 120	125	50

B. Cas des composants aériens^XI

La mise à La terre gLobaLe des composants aériens est un point très important. Les raisons d'une mise à La terre gLobaLe sont :

? Protection contre Les coups de foudre avoisinants ;

? Evacuation de L'éLectricité statique (courants de défaut) dans Les cabLes et Les équipements.

Les dérivations de toutes Les parties métaLLiques et notamment du cuivre (bLindage) des cabLes coaxiaux résoLvent Le premier point. C'est pourquoi toutes ces connections doivent être pLacées à chaque endroit oü La foudre pourrait être modifiée ou court-circuité. Donc :

? Les parafoudres sont instaLLés pour éviter toute surtension au niveau de La BTS. Comme Les antennes et Les BTS génèrent beaucoup d'éLectricité statique et de parasites ;

? Une mise à La terre doit être instaLLée sur Le chassis de L'antenne (sur La fixation basse dans certains cas).

II. Equipotentialité des masses métalliques et IIPF

Dans La recherche de L'efficacité d'une protection contre Les surtensions d'origine atmosphérique, La réaLisation de L'équipotentiaLité est aussi importante que Le choix des parafoudres.

Le principe consiste à reLier entre eux, par un conducteur, Les masses des matérieLs éLectriques et éLectroniques et Les éLéments conducteurs seLon Les principes d'un Réseau de Masse Maillée (RMM).

XI Le terme "aérien" concerne Le système compLet composé d'antennes, de cabLes coaxiaux, connecteurs et d'éLéments paraLLèLes comme Les kits de terre. Par extension, Les aériens comprennent tous Les composants entre La BTS et L'interface air.

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A. Réseau de masse : cas des sites radiocommunication

IL est constitué d'un ensembLe de structures conductrice interconnecté qui constitue un écran éLectromagnétique pour Les systèmes éLectroniques et personnes, de La fréquence zéro (courant continu) jusqu'aux fréquences radioéLectriques basses. IL comprend :

? Les canaLisations métaLLiques ;

? Les ferraiLLages du bâtiment ;

? L'IEPF et IIPF ;

? Les conduites de distribution d'énergie ;

? Chemin de câbLes et conducteurs d'équipotentiaLité ; ? Les bâtis ;

? Les baies et coffrets d'équipement associés ;

? ...

Tous reLiés au puits de terre, ainsi qu'entre eux en des points muLtipLes avec une impédance minimaLe réaLisabLe en faisant des Liaisons de mise a La masse Les pLus courtes possibLes.

La configuration d'un RMM comporte Les éLéments suivants :

? Une ceinture de masse (CM) située en partie basse des Locaux. IL est constitué d'un conducteur en troLLey de Ö8 mm ou en pLat de cuivre de 30 mmx2 mm fixé sur des coLLiers métaLLiques. Situé entre 0.20 et 0.60 m du soL de référence en fonctions de divers obstacLes ;

? Une structure métaLLique située en partie haute des Locaux (baie, coffret, chemin de câbLes, supports bureaux et informatiques,...) ;

? Les Liaisons entre La CM et La structure métaLLique haute (au moins 4) ; ? Les Liaisons entre La CM avec Les Barres de terre ;

? Toutes Les parties métaLLiques (charpente métaLLique, canaLisation d'eau, etc.) et Les structures métaLLiques (pLateLage, gaine de cLimatisation, etc.) pénétrant dans Le pLanché doivent être reLiées au réseau de masse ;

? Des conducteurs suppLémentaires (pLat de cuivre, troLLey, tresse, câbLe nu) sont ajoutés pour assurer un maiLLage compLet.

La résistance mesurée entre deux points queLconques du RMM ne doit pas dépasser 5 mU. Sur un RM, seuLes Les connexions bouLonnées, serties, brasées ou soudée par aluminothermie

B. Chemins de câbles métalliques

Pour atténuer Les effets de transmission des perturbations éLectromagnétiques émissent par

La foudre, iL faut étabLir une bonne CEM (diminuer ou supprimer L'infLuence soit de La foudre,

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soit du coupLage et soit du système victime). Ainsi, pour ceLa un chemin de cabLe métaLLique, intégré au réseau de masse, convient parfaitement.

L'efficacité d'un chemin de cabLe est basée sur sa continuité éLectrique. En effet, sa structure métaLLique absorbe une partie de La perturbation et La transforme en bruit. IL faut néanmoins pour ceLa respecter Les règLes de L'art de L'instaLLation éLectrique :

? Séparer Les cabLes de puissances, des cabLes d'informations de 20 cm minimum ; ? Leur section est adaptée au besoin ;

? Un compartimentage permet La séparation des cabLes, sinon Les attacher avec des coLLiers pLastiques sur des « Lignes » différentes ;

? Assurer La continuité éLectrique : raccordement bout a bout par des cornières d'écLissage et du fer pLat perforé visée par des bouLons poêLiers en face du raccord ou par chevauchement des trois faces ;

? ReLier Les chemins de cabLes au réseau de masse tous Les 15 à 20 m ou au minimum aux 2 extrémités ;

? ReLier Les chemins de cabLes entre eux tous Les deux mètres Lorsqu'iLs ont un

parcours paraLLèLe et au croisement La Liaison peut être assuré par des consoLes ;
? ILs sont posés sur des consoLes ou traverse prévues a cet effet et situés a une

distance minimaLe de 5 cm du mur et 15 cm du plafond ;

? RéaLiser un étiquetage du chemin pour préciser La nature des cabLes mis en cuvre (aLternatif, continu, signaux).

C. Mise à la terre

C'est L'ensembLe des moyens mis en oeuvre pour reLier une partie métaLLique conductrice a La terre.

De manière généraLe, La mise a La terre est constituée :

? prise de terre ;

? barres de terre ;

? conducteur de terre.

La prise de terre est un corps conducteur ou un ensembLe de corps conducteurs enterré dans Le soL et éLectriquement en contact avec ceLui-ci, ou intégré dans du béton, LequeL étant en contact avec un soL sur une Large surface (par exempLe cas des fondations des pyLônes d'OCM).

IL existe deux grandes famiLLes de prise de terre :

? ceLLes devant éLiminer des courants de foudre ;

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? ceLLes devant éLiminer des courants industrieLs.

SeuLe La première famiLLe nous importe pLus dans Le cadre de notre étude.

Dans ce cas, vue La nature impuLsionneLLe du courant de foudre et afin d'assurer Le meiLLeur écouLement possibLe dans La terre tout en minimisant Le risque d'apparition d'une surtension dangereuse a L'intérieur du voLume a protégé, une prise de terre unique doit être réaLisée.

2.1.4.3 Préconisation de protection

Pour une protection efficace contre Les effets du sinistre, iL est important, vu Les changements cLimatiques et La physionomie différentes par région, de réaLiser une ARF pour définir précisément Le niveau de protection nécessaires aux instaLLations. ELLe est modéLisée a travers une appLication VBA « Analyse Risque Foudre Simplifiée ». Une présentation détaiLLée du progicieL est faite en annexe 9.

2.1.4.3.1 Dispositions particulières
A L'issue de l'ARFS, nous avons :

? Le niveau de protection nécessaire ;

? Les caractéristiques minimaLes importantes du parafoudre type 1 (U_c, _Imax, Up) et La nécessité du besoin de protection secondaire (parafoudre type 2) ;

? Hauteur et évaLuation de La protection des effets directs foudre (PTS et PDA).

I. Protection contre les effets directs des coups de foudre A. Installation paratonnerre et descente

a. Installation pointe paratonnerre

Le cahier de charge d'OCM préconise un cône de protection de 60° avec Le haut des antennes. Pour une hauteur^XII de 2.4 m, nous avons approximativement a un rayon de protection de 3.5 m (surface de protection : 38.5 m²).

Par aiLLeurs, Les configurations de La pLupart des sites d'OCM se présentent comme suit :

? Cas des sites avec pyLône haubané-superficie : 340 m², avec L=20.00 et L=17.00 m ; ? Cas des sites avec pyLône autostabLe-superficie : 14 m², avec L=7 et L=7 m.

Du fait que La position de La pointe est variante, IL est cLair que non seuLement, toute La zone technique n'est pas entièrement dans tous Les cas protégée contre Les coups de foudre directs, mais aussi La surface de captation de coups de foudre du a La présence du pyLône n'est pas entièrement protégé.

XII Hauteur de La pointe paratonnerre La pLus utiLisée.

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MaLgré L'utiLisation de mât de raLLonge, Le moyen Le pLus efficace est d'utiLiser Le progicieL qui suivant Les dimensions de La zone à protégée (zone de captation foudre), vous donnes La hauteur de La pointe et Le rayon de protection correspondant.

b. Installation de la descente

ELLe est faite sur La membrure pyLône La pLus éLoignée des instaLLations GSM (3 m minimum). ELLe doit être fixée en trois points par mètre sur cette dernière par des coLLiers en acier inoxydabLe.

Un détecteur de foudre à mouLin^XIII par exempLe et éventueLLement un compteur de foudre

doivent être présent pour Les sites ayant au L'ARFS recommande un niveau de protection I+MC,

I ou II et aussi ceux ayant déjà subit des dommages.