Éclairage public : Protection contre la foudre de l’éclairage public LED

L’éclairage public a amorcé en quelques années sa transition énergétique poussée par de nouvelles solutions techniques alliées à des impératifs économiques de réduction des consommations et environnementaux. Dans ce contexte, l’utilisation de la technologie LED comme source d’éclairage se développe. Cette technologie présente bien des avantages, mais souffre aussi d’une plus grande sensibilité aux surtensions et effets de la foudre. Il est alors impératif de protéger ce réseau pour éviter les destructions de lampes LED.

Sur le même sujet

D’après l’AFE (Association française de l’éclairage), il y aurait en France environ 9 millions de points lumineux qui consomment chaque année 5,6 TWh d’électricité. Ce chiffre est chaque année en légère augmentation, l’urbanisation amenant de nouveaux points lumineux. Leur consommation a toutefois baissé de 6 % depuis 2007, mais le coût moyen de l’éclairage public/an/habitant continue d’augmenter. Autre paramètre important : l’âge moyen du parc de lampadaires est de 20 à 30 ans et 45 % des luminaires en service ont plus de 25 ans. Or il existe un potentiel d’économie d’énergie de 40 à 75 % par la modernisation des anciennes installations : une installation vieille de 40 ans a une puissance moyenne de 250 W pour 50/70 W pour une installation actuelle. Parmi les solutions les plus économes en énergie, la technologie LED s’impose poussée par les nouvelles réglementations et en particulier la directive européenne ErP. Ainsi depuis le 1/4/2015 les lampes à vapeur de mercure sont retirées du marché.

Lampes LED : une technologie très performante mais sensible aux surtensions

Parafoudre pour protection LED MERSEN -STL23HC’est une source d’éclairage polyvalente répondant aux exigences d’efficacité énergétique et de réduction des coûts d’exploitation. Les performances actuelles des LED et des ballasts électroniques associés rivalisent aujourd’hui en efficacité lumineuse avec plus de 100 lm/W avec les autres technologies et offrent de nombreux avantages :

  • Un temps d’allumage et d’extinction instantané avec atteinte immédiate de l’intensité lumineuse nominale.
  • Fonctionnement en très basse tension (32 V).
  • Insensibilité aux chocs et absence de mercure.
  • Température de couleur entre 2 500 et 6 500 K.
  • Coût de maintenance réduit en raison d’une longue durée de vie de 50 000 à 80 000 heures et moins de remplacements de lampes souvent difficiles d’accès.
  • Économies sur l’installation (taille des câbles et protections).

Mais ces avantages ne doivent pas faire oublier un point faible de cette technologie électronique (diodes électroluminescentes et ballast électronique) : la sensibilité aux surtensions transitoires d’origine industrielle ou naturelle. 

shéma 1

Pour Marion Buchheit, chef de Produit Foudre et Comptage d’ABB France, « les éclairages à technologie, raccordés sur des réseaux électriques avec d’importantes longueurs de câbles, voient alors ce phénomène de perturbations s’amplifier. De plus, les équipements reliés à la terre (en classe II) sont beaucoup plus soumis à ce risque de surtensions occasionnées par la foudre, appelées remontées de terre. Ces surtensions détruisent les circuits d’alimentation ainsi que les composants LED ». En cas d’incident, le remplacement complet du système risque d’être nécessaire, d’où des coupures d’éclairage (le défaut risque bien d’affecter plusieurs lampadaires) et des coûts de maintenance élevés.

Schéma 3

Selon Régis Reeb, directeur Marketing technique et Services de DEHN France : « D’après les constructeurs de LED et utilisateurs, les dommages sur les luminaires LED se situent principalement côté alimentation (230 V a.c.). Le couplage capacitif ou inductif dans les “LED strings” ne se produit presque jamais. » La mise en place d’une protection foudre et surtensions adaptée s’impose donc pour réduire les risques de défaillance, en particulier dans les zones où la densité de foudroiement est supérieure à 2,5.

L'installation des parafoudres peut se faire à plusieurs emplacement d'une installation d'éclairage public.

L’installation des parafoudres peut se faire à plusieurs emplacement d’une installation d’éclairage public.

Quelle protection pour le luminaire LED et son alimentation ?

Généralement, l’éclairage public est alimenté en régime de neutre TT ou TN-S. En cas d’impact de foudre, il y a risque de transmission de surtensions transitoires qui circulent via les câbles de terre. « Cela peut intervenir lors d’un coup de foudre direct sur le mât métallique du candélabre, et l’énergie va s’écouler vers le sol ou lors d’un coup de foudre indirect qui a lieu à proximité sur un objet ou le sol ; les liaisons de terre font alors circuler les surtensions transitoires à travers les câbles d’alimentation jusqu’aux composants les plus sensibles », explique Marion Buchheit.

La protection se fera par la mise en place de parafoudres en différents points de l’installation. Ces parafoudres pour réseau BT de technologies maîtrisées, fiables et normalisées (NF EN 61643-11). Ils assurent efficacement la protection contre les surtensions transitoires type « foudre » ou « manœuvre ». Pour Christian Macanda, responsable Produits & Normalisation de Citel, « les constructeurs de parafoudres proposent des versions adaptées à l’usage dans les luminaires, installés soit dans la boîte de raccordement en pied de mât, soit intégrés dans la tête du luminaire. Des parafoudres devront aussi être montés dans l’armoire de commande, ainsi que sur les réseaux de commande/supervision si ceux-ci sont filaires. Celle-ci peut se faire par des parafoudres combinés AC/Data ». L’installation dans la lanterne peut se faire à l’entrée du driver et ces parafoudres de Type 2 ou 3 ou 2+3 pourront être différents s’il s’agit d’une lanterne de classe 1 (mât métallique) ou classe 2 (mât isolant en bois par exemple).

exemples de montage des parafoudres dans un luminaire de classe 1.

exemples de montage des parafoudres dans un luminaire de classe 1.

 Les parafoudres peuvent également être intégrés dans les boîtes de raccordement en pied de mât. Cette protection en pied de poteau présente l’avantage d’être facilement accessible aux équipes de maintenance et de convenir aux luminaires de classe 2. Ils seront de Type 1 (impact de foudre direct) ou 2 (impact de foudre indirect). Le coffret ou tableau d’alimentation sera également protégé par un parafoudre de Type 1 (courant de décharge In > 12,5 kA et Up < 2,5 kVc) ou de Type 2 (courant de décharge In > 5kA et Up < 2,5 kVc). Afin d’assurer une protection optimale, les conducteurs de connexion du parafoudre en mode commun doivent être aussi courts que possible.

Exemple de schéma de branchement des différents parafoudres et de leurs protections.

Exemple de schéma de branchement des différents parafoudres et de leurs protections.

Une offre complète et adaptée à la protection LED

L’offre des constructeurs (on peut citer entre autres ABB, ADEE, Citel, DEHN ou Mersen) est très complète avec pour chaque type de parafoudre proposé des caractéristiques différentes pour s’adapter au cahier des charges de l’installation : courant In/Imax, tension Up, indice IP, sécurité et alarme en fin de vie, connectique, type de montage, dimensions…

Mais rappelle Christian Macanda, « la foudre n’est pas le seul danger qui menace l’éclairage LED : les surtensions temporaires (erreur de branchement ou rupture de neutre) qui peuvent engendrer un quasi doublement de la tension, les surtensions de manœuvre (allumage de lampes à décharge qui peuvent cohabiter avec l’éclairage LED), les perturbations harmoniques source de vieillissement prématuré des circuits électroniques ou charges électrostatiques sur la lanterne doivent aussi être pris en compte ».

Jean-Paul Beaudet


Quelles normes pour les parafoudres et leur installation

De nombreuses normes IEC-EN-NF concernent les parafoudres, leurs caractéristiques et performances, leur installation et méthodes d’essai.

  • norme NF EN 61643-11 Parafoudres connectés au réseau BT ;
  • norme NF EN 62305 Analyse du risque foudre ;
  • guide UTE 15 443 Choix et règles d’installation des parafoudres ;
  • norme NFC 15 100 sections 443 et 534 ;
  • norme NFC 17 200 Installations électriques extérieures.

Cette norme est en cours de révision (nouvelle version fin 2016) pour prendre en compte la protection des installations contre les perturbations de tension. Elle est fortement orientée « Éclairage public ».

Laisser un commentaire

Laissez un commentaire en remplissant les champs ci-contre ou utilisez votre compte