Une éolienne associe un rotor exposé, une tour conductrice, de longs câbles internes, des équipements de conversion de forte puissance et une électronique de commande sensible. Une protection efficace protection contre les surtensions des éoliennes doit donc couvrir bien plus que l'entrée principale d'alimentation.
L’architecture de protection doit suivre les vraies limites électriques entre le moyeu, la nacelle, le générateur, le convertisseur, le cheminement des câbles dans la tour, l’armoire de pied de tour, l’interface du transformateur et le réseau de communication du parc éolien. Chaque circuit doit être évalué selon sa tension, sa forme d’onde, son schéma de mise à la terre, son exposition aux surtensions et les équipements auxquels il est raccordé.
Table des matières
Réponse rapide
Une éolienne de grande puissance peut nécessiter plusieurs SPD coordonnés, car ses circuits de puissance, de conversion, de commande et de communication traversent différentes limites de protection. Une protection capable de supporter le courant de foudre peut être nécessaire là où les conducteurs peuvent transporter une partie du courant de foudre. Une protection de type 2 en aval peut alors réduire les surtensions résiduelles ou induites à proximité des équipements de puissance et de commande.
Les circuits basse tension CC, de capteurs et de communication nécessitent une protection adaptée à leur interface. Un SPD de puissance CA ne peut pas remplacer un SPD de commande CC ni un SPD de ligne de données.
La norme IEC 61400-24 couvre la protection des pales d’éolienne, des composants structurels, des systèmes électriques et des systèmes de commande contre les effets directs et indirects de la foudre. Le concept global de protection de l’éolienne doit être évalué et vérifié, plutôt que de considérer un SPD comme une solution isolée.[1]
Sens de l’acheteur : identifiez chaque circuit protégé et chaque limite d’installation avant de sélectionner un SPD. La puissance nominale de l’éolienne en mégawatts ne définit pas à elle seule le modèle requis.
Le moyeu, la nacelle, le convertisseur, la base de la tour et le réseau SCADA peuvent avoir des contraintes de surtension différentes.
Les interfaces de puissance CA, de commande CC et de communication nécessitent des technologies de protection différentes.
Les formes d’onde PWM et les sources non linéaires peuvent différer sensiblement de l’alimentation électrique de service normale.
La liaison équipotentielle, le cheminement des conducteurs, la longueur des connexions et la coordination des SPD influencent la tension aux bornes des équipements.
Pourquoi les éoliennes ont besoin d'une protection contre les surtensions multicouche
Les éoliennes sont exposées à plusieurs sources de phénomènes transitoires. Un impact direct de foudre peut toucher le rotor, la nacelle ou le mât. Le courant de foudre circulant dans la structure peut créer des différences de potentiel entre les emplacements des équipements. Le couplage électromagnétique peut également induire des surtensions dans les longs câbles internes.
Les commutations internes constituent une autre source de contraintes. Les contacteurs, moteurs, transformateurs, générateurs et convertisseurs peuvent générer des surtensions transitoires pendant le fonctionnement normal ou lors de défauts électriques.
Ces effets n’entrent pas dans chaque circuit de la même manière. Les conducteurs d’alimentation principaux peuvent transporter une forte énergie de surtension, tandis qu’une entrée d’API, un codeur ou un port de communication peuvent défaillir à une tension résiduelle bien plus faible.
Les SPD protègent les circuits électriques et électroniques. Ils ne remplacent pas les récepteurs de pales, les cheminements du courant de foudre dans la structure, la liaison équipotentielle du mât, le système de prise de terre des fondations ni la conception complète de la protection externe contre la foudre.
L’éolienne contient plusieurs environnements de protection
Une revue d’ingénierie pratique divise l’éolienne en zones physiques et électriques :
- Pales du rotor et trajets du courant de foudre dans les pales ;
- Moyeu et équipements de commande du pas ;
- Systèmes d'alimentation, de générateur et de commande de la nacelle ;
- Circuits de convertisseur côté machine et côté réseau ;
- Câbles longs verticaux d'alimentation et de communication ;
- Appareillage de commutation et armoires de commande à la base de la tour ;
- Raccordements du transformateur et du réseau de collecte ;
- SCADA, surveillance d'état et communications du parc éolien.
Le niveau de protection de chaque zone doit être fondé sur le concept de protection contre la foudre de l'éolienne, le partage de courant attendu, l'immunité des équipements et les chemins conducteurs traversant la limite de la zone.[1][8]
Architecture de protection contre les surtensions des éoliennes
Commencez par le schéma unifilaire de l'éolienne et le tableau des câbles. Marquez chaque circuit d'alimentation, de commande et de communication qui traverse l'espace entre les équipements exposés et les enceintes protégées.
Lorsque des conducteurs sont susceptibles de transporter une partie du courant de foudre à travers une limite de protection, le parafoudre sélectionné doit posséder une capacité de décharge de courant de foudre appropriée. Aux limites situées en aval, un étage de protection supplémentaire peut être nécessaire pour réduire la tension résiduelle ou induite à un niveau compatible avec l'équipement raccordé.[3][4]
Le tableau ci-dessous présente les principales questions relatives à la protection pour chaque emplacement de turbine.
| Localisation | Circuits types | Principale préoccupation liée aux surtensions | Décision technique |
|---|---|---|---|
| Hub | Alimentation de pas, alimentation de secours, contrôleur, codeur et lignes de bus | Proximité immédiate des trajets de courant de foudre au niveau des pales | Protégez chaque interface d'alimentation et de signal au niveau de la limite concernée |
| Nacelle | Générateur, système auxiliaire de courant alternatif, automate programmable (PLC), système d'orientation, équipement de refroidissement et de surveillance météorologique | Pics de tension induits, commutation des équipements et entrées de câbles | Coordonner la répartition des nacelles et la protection au niveau des équipements |
| Section « Convertisseur » | Côté machine, circuit intermédiaire en courant continu, côté réseau, rétroaction et commande | Formes d'onde atypiques et sensibilité des semi-conducteurs | Vérifier le type de source, la forme d'onde, la mise à la terre et les conditions de défaut |
| Tracé du câble de la tour | Alimentation principale, alimentation auxiliaire, commande et données relatives au cuivre | Exposition prolongée des câbles et couplage électromagnétique | Vérifier la séparation des câbles, le blindage, la mise à la masse et les deux extrémités |
| Socle de la tour | Appareillage de commutation, contrôleur, onduleur et interface de transformateur | Limite de protection et énergie de surtension entrante ou sortante | Évaluer le mode de fonctionnement de type 1, de type 1+2 ou de type 2 à partir du chemin de courant réel |
| Réseau de parcs éoliens | SCADA, Ethernet, RS485, alarmes et surveillance | Différences de potentiel transmises par les lignes en cuivre | Adapter la protection du signal au protocole, à la bande passante et au mode de câblage |
Conclusion relative à l'approvisionnement : l'emplacement physique aide à identifier le risque, mais ce sont les conditions réelles du circuit qui déterminent le modèle de SPD.
Protection selon l'emplacement de l'éolienne
Les récepteurs de pale et les voies de conduction internes font partie du système externe de protection contre la foudre. La conception doit permettre d'acheminer le courant de foudre vers le moyeu et le circuit de dérivation structurel sans endommager les matériaux des pales ni les équipements internes.[1]
Un parasurtenseur ne remplace pas le chemin de dérivation des courants de foudre. Les parasurtenseurs protègent les circuits électriques raccordés aux équipements situés dans le hub ou à proximité de celui-ci.
Les équipements de régulation de pas peuvent comprendre des entraînements, des moteurs, des batteries ou des condensateurs, des chargeurs, des codeurs, des contrôleurs et des bus de communication. Ces dispositifs peuvent fonctionner à différents niveaux de courant alternatif, de courant continu et de signaux.
Avant de choisir un dispositif de protection, il convient de séparer l'alimentation du moteur, celle du variateur, l'alimentation de secours, ainsi que les interfaces du codeur et de communication.
La nacelle peut abriter le générateur, le convertisseur, le système d'orientation, le dispositif de lubrification, le système de refroidissement, le circuit hydraulique, le tableau de distribution auxiliaire et le contrôleur de la turbine principale.
Un dispositif SPD CA par nacelle ne protège pas automatiquement toutes les alimentations CC, entrées de capteurs ou interfaces de données situées en aval.
Les longs câbles verticaux peuvent être exposés à une tension induite et à des différences de potentiel entre la nacelle et la base du mât. Il convient d'examiner conjointement le cheminement des câbles, la terminaison du blindage, la mise à la masse et l'éloignement par rapport aux principaux chemins de courant de foudre.
La base de la tour abrite généralement les appareillages de commutation, le contrôleur de la turbine, le réseau de distribution auxiliaire, un onduleur, des convertisseurs ou des raccordements de transformateurs. La disposition exacte varie selon le modèle de turbine.
La protection doit suivre le tracé réel du circuit. Ne partez pas du principe que chaque socle de pylône nécessite la même configuration de parafoudre de type 1.
Le transformateur peut être installé dans la nacelle, sur le mât ou dans un local technique externe. Son emplacement détermine les interfaces de protection basse tension et moyenne tension.
Les SPD basse tension et les parafoudres moyenne tension constituent des catégories de produits distinctes. La conception complète d'un transformateur et d'un réseau de collecte nécessite une étude technique spécifique au projet.
Sélection des SPD pour l'alimentation principale et la base de la tour
La norme CEI 61643-11:2025 s'applique aux dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) raccordés à des circuits et équipements à courant alternatif d'une tension nominale maximale de 1 000 V eff. Elle définit les exigences de performance et de sécurité applicables aux dispositifs destinés à limiter les surtensions et à dévier les surintensités.[3]
L'appareil requis ne peut pas être sélectionné en fonction de la puissance nominale en mégawatts de la turbine. L'acheteur doit vérifier les conditions électriques au point d'installation précis.
Paramètres à vérifier pour le circuit d'alimentation principal
- Tension nominale du réseau ;
- Tension de fonctionnement continu maximale ;
- Tension entre les conducteurs sous tension et la terre ;
- Fréquence et forme d'onde ;
- Dispositif de mise à la terre ;
- Fonctionnement prévu en cas de surtension ou de courant de foudre partiel ;
- Niveau de protection de tension requis ;
- Niveau de résistance aux impulsions de l'équipement ;
- Courant de court-circuit prévisionnel ;
- Résistance aux courts-circuits du SPD ;
- Fusible ou disjoncteur de secours autorisé ;
- Conditions de surtension temporaire ;
- Exigence relative au contact d'état à distance.
Le SPD doit correspondre à la tension réelle entre conducteurs et entre conducteur et terre. L'utilisation d'une tension Uc inadaptée peut entraîner une sollicitation prématurée, un fonctionnement instable ou un niveau de protection inutilement élevé.
La tension Uc doit correspondre aux conditions réelles de fonctionnement
Uc est la tension de service continue maximale déclarée pour le dispositif de protection contre les surtensions (SPD). Elle doit rester adaptée dans les conditions normales de fonctionnement prévues du circuit.
Une valeur Uc plus élevée peut offrir une plus grande marge de tension de fonctionnement, mais cela ne garantit pas automatiquement une meilleure protection. La valeur Up pouvant être atteinte peut également être plus élevée, ce qui réduit la marge de protection pour les équipements en aval.
Il faut également tenir compte des surtensions temporaires et des défauts au neutre ou à la terre. La relation détaillée entre Uc, la surtension temporaire (TOV) et la défaillance prématurée des parasurtenseurs est expliquée dans le Guide de résistance SPD TOV.
Les conditions de court-circuit font partie des critères de sélection des dispositifs de protection contre la surtension (SPD)
Le courant de court-circuit prévisible peut varier considérablement entre un circuit auxiliaire de faible puissance, un circuit alimenté par un convertisseur et un tableau de distribution raccordé au réseau. Le dispositif de protection contre les surtensions (SPD), son sectionneur interne et toute protection de secours externe spécifiée doivent être adaptés à cet emplacement précis.
La norme CEI 61643-12 définit les principes de sélection, d'implantation et de coordination des dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) raccordés aux réseaux à courant alternatif basse tension.[4] Il convient également de vérifier les données relatives à la protection maximale en matière de sauvegarde fournies par le fabricant du produit. Pour connaître le processus d'achat détaillé, consultez le Guide de sélection des fusibles de secours et des disjoncteurs différentiels (MCB) SPD.
Protection contre les surtensions du générateur et du convertisseur
C'est au niveau de la partie générateur et convertisseur qu'une éolienne se distingue le plus nettement d'un tableau de distribution classique. En fonction de la topologie de l'éolienne, il peut s'avérer nécessaire d'évaluer la protection au niveau du stator du générateur, du rotor DFIG, du convertisseur côté machine, de la partie courant continu, du convertisseur côté réseau et de l'interface du transformateur.
La norme CEI 61643-11 précise que ses exigences d'essai en courant alternatif supposent une source présentant une caractéristique tension-courant linéaire et des fréquences de 50/60 Hz. Lorsqu'un parafoudre est raccordé à un autre type de source ou à une autre fréquence, il convient d'examiner attentivement les conditions attendues du système et les conditions de défaut.[3]
Cela revêt une importance particulière pour les sorties des convertisseurs PWM, les circuits côté machine à fréquence variable et d'autres sources non linéaires.
Chaque partie électrique du système composé du générateur et du convertisseur doit être identifiée séparément.
| Circuit | Informations requises | Pourquoi c'est important |
|---|---|---|
| Stator de générateur | Tension nominale, tension maximale, configuration du neutre et niveau d'isolation | La tension à la terre et la résistance des équipements déterminent les exigences relatives à Uc et Up |
| Rotor DFIG | Plage de tension du rotor, mode de fonctionnement et limites du convertisseur | Le circuit du rotor n'est pas équivalent à un circuit à courant alternatif alimenté par le réseau électrique. |
| Convertisseur côté machine | Forme d'onde PWM, pics répétitifs, fréquence de commutation et mise à la terre | Les tensions non sinusoïdales peuvent affecter la stabilité de fonctionnement et l'échauffement des SPD |
| Convertisseur côté réseau | Tension du réseau, filtre, transformateur et état du courant de défaut | Le comportement du système diffère en amont et en aval du convertisseur ou du transformateur |
| Circuit à courant continu | Tension continue maximale, polarité, mise à la terre et courant de défaut | Le comportement en cas d'interruption et de défaut en courant continu diffère de celui des applications en courant alternatif |
| Contrôle et rétroaction | Tension d'interface, type de signal, bande passante et potentiel de référence | Un SPD de puissance ne peut pas assurer une protection adéquate du signal |
Conclusion relative à l'approvisionnement : les circuits côté machine et côté réseau peuvent nécessiter des composants différents, même lorsqu'ils font partie du même ensemble de convertisseurs.
Les circuits à courant continu nécessitent une protection adaptée au courant continu
La norme IEC 61643-41:2025 s'applique aux parafoudres connectés aux circuits et équipements CC d'une tension nominale allant jusqu'à 1 500 V CC. Elle exige également une attention particulière lorsque la source est non linéaire ou présente des caractéristiques de défaut différentes de la source d'essai supposée.[7]
Une simple étiquette indiquant la tension nominale en courant continu ne suffit pas. Vérifiez la tension continue maximale admissible, la polarité, la mise à la terre, le courant de défaut disponible et la capacité de la source à supporter un arc électrique en courant continu.
Le concepteur de la turbine ou le fabricant du convertisseur doit confirmer la technologie de parafoudre (SPD), la capacité, le courant de fuite, le comportement de limitation et la position d'installation acceptables pour les applications côté convertisseur. Un parafoudre secteur standard ne doit pas être considéré comme adapté sur la seule base de sa tension nominale.
La tension « Up » doit être mesurée aux bornes de l'équipement
Le niveau de protection en tension indiqué dans la fiche technique (SPD) ne correspond pas toujours à la tension finale présente aux bornes du convertisseur ou du régulateur. L'inductance de raccordement, la longueur du câble, son acheminement et les oscillations peuvent entraîner une augmentation de la tension au niveau du circuit protégé.
Veillez à ce que les phrases soient courtes et directes. Le Guide d’installation des parafoudres IEC 60364-5-534 explique comment la longueur des connexions et le cheminement des conducteurs influent sur l'efficacité de la protection.
Si la distance ou l'immunité de l'équipement nécessite un niveau de protection supplémentaire, vérifiez la compatibilité entre les appareils en amont et en aval plutôt que d'ajouter une combinaison non testée.
Les ingénieurs chargés d'évaluer les interfaces de convertisseurs peuvent également utiliser le Guide de protection contre les surtensions pour onduleurs PCS à titre de référence complémentaire pour la délimitation des circuits CA, CC, de commande et de communication. Les décisions finales concernant les éoliennes doivent néanmoins respecter les spécifications des éoliennes et des convertisseurs.
Alimentation auxiliaire de la nacelle et armoires de commande
Les systèmes de nacelle peuvent partager le même boîtier physique tout en fonctionnant à des niveaux électriques différents. Parmi les circuits types, on trouve l'alimentation auxiliaire triphasée, l'alimentation de service monophasée, la commande 24 V CC, les entraînements d'orientation, le refroidissement, la lubrification, le système hydraulique, les dispositifs de chauffage et les équipements d'alerte aéronautique.
Le dispositif de protection contre les surtensions alternatives (AC SPD) intégré à la nacelle ne protège que le circuit auquel il est raccordé. Il ne protège pas automatiquement un capteur 24 V distant, une entrée de contrôleur ou un port Ethernet.
Diviser la nacelle en fonction des interfaces électriques réelles
- Distribution auxiliaire triphasée en courant alternatif ;
- Alimentation monophasée pour le service et la commande ;
- Alimentation de commande à courant continu basse tension ;
- Circuits du moteur et de commande ;
- Alimentation électrique externe des équipements météorologiques ;
- Lignes d'entrée et de sortie du contrôleur ;
- Lignes de communication et d'alarme à distance.
Une armoire peut nécessiter plusieurs technologies SPD. Le nombre adéquat de dispositifs dépend du nombre d'interfaces électriques exposées, et non du nombre de baies.
Les équipements montés sur la nacelle externe doivent faire l'objet d'un examen distinct
Les anémomètres, les girouettes, les feux de navigation aérienne et les autres équipements installés à l'extérieur du carénage de la nacelle principale peuvent être exposés à un environnement électromagnétique différent.
Vérifiez à la fois les conducteurs d'alimentation de l'équipement et ses conducteurs de données ou de mesure. Leur point d'entrée peut constituer une zone de protection distincte, même lorsque les deux câbles aboutissent dans la même armoire.
Protection du moyeu et du système de pitch
Le système de pas peut comprendre des moteurs, des variateurs, des contrôleurs, des batteries ou des condensateurs de secours, des chargeurs, des codeurs et des interfaces de communication. Ces circuits sont situés à proximité du trajet des courants de foudre au niveau des pales et du moyeu.
Une analyse complète du système de pitch devrait distinguer au moins cinq interfaces :
- Puissance du moteur de pas : vérifier la tension (CA ou CC) et la topologie du variateur ;
- Alimentation du contrôleur : vérifier la plage de tension et le schéma de mise à la terre ;
- Alimentation de secours : vérifier la tension de la batterie ou du condensateur et le comportement en cas de défaut ;
- Codeur et rétroaction : vérifier le type de signal, la fréquence et le nombre de conducteurs ;
- Bus de communication : Vérifier s'il s'agit du protocole CAN, Ethernet ou d'un autre protocole.
Il est peu probable qu’un « concentrateur SPD » générique soit compatible avec toutes ces interfaces. Le schéma de câblage du concentrateur et la documentation relative au système de pas doivent être fournis avant l’établissement du devis.
Demandez au fournisseur de la turbine ou du système de réglage du pas la tension de fonctionnement maximale et les caractéristiques de l'interface, et pas seulement la tension nominale du régulateur.
Protection des capteurs, des communications et du SCADA
Une éolienne peut rester intacte sur le plan mécanique après un coup de foudre, mais cesser de produire de l'électricité en raison d'une défaillance d'un capteur, d'un port du contrôleur ou d'une interface de communication.
La norme CEI 61643-21:2025 s'applique aux dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) raccordés à des réseaux de télécommunications et de signalisation dont la tension nominale ne dépasse pas 1 000 V eff. ou 1 500 V CC. Son champ d'application inclut également les réseaux qui acheminent à la fois l'alimentation et les données sur une même ligne, comme le Power over Ethernet.[5]
La norme CEI 61643-22 définit les principes de sélection, d'implantation et de coordination des parafoudres pour les lignes de signal.[6]
En matière de protection des signaux, les performances de transmission peuvent être tout aussi importantes que la tension nominale.
| Interface | Paramètres à confirmer | Erreur courante en matière de passation de marchés |
|---|---|---|
| 4–20 mA | Tension de boucle, courant, nombre de fils et mode de mise à la terre | Sélectionner uniquement en fonction d'une étiquette « 24 V » sans vérifier la résistance de la boucle |
| RS485 | Tension de fonctionnement, paires, débit de données, référence et blindage | Sans tenir compte de la capacité et des performances de transmission |
| Bus CAN | Type de CAN, tension de bus, vitesse et disposition des conducteurs | Considérer les interfaces CAN et RS485 comme identiques |
| Ethernet industriel | Catégorie, bande passante, blindage, connecteur et PoE | Compatible avec le connecteur RJ45, mais pas avec les performances réseau |
| Codeur | Alimentation, type de sortie, fréquence et nombre de conducteurs | Utilisation d'un SPD de signal général qui déforme la sortie d'impulsion |
| Station météo | Alimentation des capteurs, alimentation du dispositif de chauffage, sortie analogique et interface de données | Protéger les données tout en négligeant les conducteurs d'alimentation et de chauffage |
Conclusion relative à l'achat : la forme du connecteur et la tension nominale ne garantissent pas la compatibilité avec une interface de données ou de capteur.
Lorsqu'une protection peut s'avérer nécessaire aux deux extrémités du câble
Un long câble en cuivre peut transmettre une surtension ou une différence de potentiel entre deux emplacements d'équipements. En fonction de la configuration de la zone de protection, du système de mise à la terre et de la conception de l'interface, une protection peut s'avérer nécessaire aux deux extrémités.
Les deux SPD doivent être compatibles avec le même protocole et le même concept de mise à la terre. L'installation d'appareils non compatibles aux deux extrémités peut augmenter la capacité, réduire la qualité du signal ou créer un chemin de liaison inadapté.
Le Guide sur la protection contre les surtensions des E/S déportées fournit une logique de sélection supplémentaire pour les interfaces 24 V CC, DI, DO, AI, AO et RS485 accessibles via de longs câbles de terrain.
La fibre optique réduit un risque, mais n'élimine pas tous les risques
La fibre optique en elle-même ne conduit pas les surtensions électriques classiques. Cependant, le câble dans son ensemble peut comporter une armature métallique, des éléments de renforcement ou des conducteurs de traçage. Les convertisseurs de média et leurs blocs d'alimentation peuvent également rester exposés.
Vérifiez la configuration complète du câble plutôt que de partir du principe que chaque liaison par fibre optique assure une isolation galvanique totale. Pour les interfaces Ethernet et PoE en cuivre, vérifiez également la catégorie, le débit, le nombre de paires et le blindage, comme expliqué dans le Guide de sélection des protecteurs contre les surtensions RJ45.
Mise à la terre de la tour, liaisons équipotentielles et installation des câbles
Un SPD ne peut pas contrôler les surtensions sans un chemin approprié pour le courant dérivé. La conception doit limiter les différences de potentiel entre la structure de la tour, le châssis de la nacelle, les armoires d'équipement, les blindages de câbles, les conducteurs de protection (PE) et les barres d'équipotentialité locales.
La norme CEI 62305-4 porte sur la conception, l'installation, l'inspection, la maintenance et les essais des dispositifs de protection contre les surtensions destinés aux systèmes électriques et électroniques exposés aux impulsions électromagnétiques de foudre.[8]
Examinez le parcours complet du courant de surtension
- Chemin conducteur de la pale et du moyeu ;
- Fixation du châssis de la nacelle et des équipements ;
- Continuité électrique au niveau des sections de la tour ;
- Réseau de mise à la terre des fondations et du parc éolien ;
- Barres de mise à la terre pour armoires électriques et appareillages de commutation ;
- Raccordement SPD au point de mise à la terre local ;
- Raccordement du blindage du câble à la limite prévue ;
- Mise à la terre des transformateurs et des réseaux de collecte.
La résistance à la terre à basse fréquence ne constitue qu'un aspect de la conception. Il convient également d'évaluer la répartition du courant de foudre, la géométrie des conducteurs, la continuité des liaisons équipotentielles, les conditions du sol, la construction des fondations, les tensions de contact et de pas, ainsi que l'impédance à haute fréquence.
Maintenez les connexions du parafoudre (SPD) courtes et directes
Lors d'une surtension rapide, l'inductance des conducteurs de raccordement peut générer une tension supplémentaire. Les boucles longues ou les raccordements PE éloignés peuvent donc augmenter la tension au niveau de l'équipement protégé.
Placez le SPD à proximité de l'entrée de câble ou de la limite protégée. Respectez les instructions de raccordement du fabricant et évitez toute longueur de conducteur et toute boucle superflues.
La mise à la terre du blindage doit respecter les principes de conception CEM
Les blindages de câbles peuvent réduire le couplage électromagnétique lorsqu’ils sont correctement choisis et raccordés. La méthode de raccordement appropriée dépend du protocole, des exigences en matière de CEM, du réseau de mise à la terre et de la conception de la turbine.
Il ne faut pas appliquer de règle générale selon laquelle chaque blindage doit toujours être relié à la terre à une extrémité ou systématiquement aux deux extrémités. C’est au concepteur du projet qu’il revient de déterminer la méthode à adopter.
Comment les SPD de Type 1 et de Type 2 sont coordonnés
La coordination SPD signifie que chaque niveau de protection fonctionne dans les limites de ses capacités et réduit la contrainte résiduelle pour le niveau suivant et l'équipement protégé.
Un parafoudre de type 1 ou de type 1+2 peut être nécessaire lorsque les conducteurs sont susceptibles de transporter une partie du courant de foudre. Un parafoudre de type 2 est généralement utilisé pour la protection en aval contre les surtensions résiduelles ou induites. La configuration finale doit respecter le concept de protection contre la foudre et les conditions réelles du circuit.[3][4]
Déterminez si le circuit est susceptible de transporter un courant de foudre partiel, un courant de surtension induit ou uniquement de l'énergie transitoire résiduelle.
Vérifiez la tension entre conducteurs et entre conducteur et terre, ainsi que la forme d'onde, les fluctuations et les surtensions transitoires.
Il convient d'utiliser l'évaluation des risques liés à la turbine et le concept de répartition du courant plutôt que d'appliquer une valeur générique Iimp ou In.
Comparez le niveau de protection coordonné, en tenant compte des effets liés à l'installation, avec le niveau de résistance aux impulsions de l'équipement.
Utilisez les combinaisons prises en charge par les données de coordination du fabricant ou obtenez une vérification au niveau du projet lorsque cela est nécessaire.
Vérifier le courant de court-circuit prévisionnel, le comportement du parasurtenseur en cas de défaut et le fusible ou disjoncteur de secours externe autorisé.
Pour une explication plus détaillée des niveaux de protection, de la distance de séparation et de la coordination énergétique, consultez le Guide de coordination des SPD de type 1, 2 et 3.
Quand la protection de type 3 est-elle pertinente ?
Une protection de type 3 peut s'avérer utile à proximité d'équipements sensibles lorsque le système en amont et les conditions d'installation ne permettent pas de réduire suffisamment la tension de surtension résiduelle.
Cette exigence ne s'applique pas systématiquement à tous les automates programmables ou contrôleurs. Vérifiez l'immunité des équipements, la longueur des câbles, la protection en amont et les données de coordination pour les appareils sélectionnés.
Les types 1, 2 et 3 décrivent les obligations en matière de protection et les classifications d'essai. Ils n'établissent pas de règle universelle imposant à chaque éolienne d'utiliser un type fixe à la base du mât, au niveau de la nacelle et au niveau des bornes d'équipement.
Matrice de sélection des DPS pour éoliennes
Utilisez ce tableau comme guide de référence, et non comme substitut à la conception électrique de la turbine.
| Point de protection | Circuit typique | Direction initiale du parafoudre | Confirmation du projet |
|---|---|---|---|
| Entrée au pied de la tour | Alimentation principale basse tension | Déterminer s'il s'agit du type 1, du type 1+2 ou du type 2 | Limite de la zone LPZ, tension du système, partage du courant et courant de défaut |
| Armoire de nacelle | Distribution auxiliaire du courant alternatif | Coordination en aval de type 2 | Protection en amont, tracé des câbles et résistance des équipements |
| Générateur | Circuit du stator ou du rotor | Protection spécifique à la tension et à la topologie | Tension maximale, forme d'onde, isolation et configuration du neutre |
| Convertisseur | Côté machine, côté courant continu ou côté réseau | SPD compatible avec les convertisseurs, en courant alternatif ou continu | Type de source, contrainte PWM, mise à la terre et comportement en cas de défaut |
| Centre et pas | Moteur, variateur et alimentation de secours | Protection distincte de l'alimentation et des signaux | Tension d'interface, topologie et connexion rotative |
| Capteurs météorologiques | 24 V, 4–20 mA ou données | Signal SPD spécifique à l'interface | Paramètres de boucle, bande passante et blindage |
| Réseau SCADA | Ethernet, RS485 ou télécoms | SPD sur la ligne de données ou isolation galvanique | Protocole, bande passante, PoE et structure des câbles |
| Interface de transformateur | Raccordement à basse ou moyenne tension | Paratonnerre basse tension (LV) SPD ou paratonnerre moyenne tension (MV) spécifique au projet | Emplacement du transformateur et conception du réseau de collecte |
L'emplacement permet de déterminer où mener l'étude. La tension, la forme d'onde, les limites de la zone de basse tension (LPZ), l'interface et la résistance des équipements déterminent le type d'installation à mettre en place.
Exigences environnementales terrestres et offshore
La compatibilité électrique ne constitue qu'un critère parmi d'autres. Les équipements des éoliennes peuvent également être exposés à des variations de température, à l'humidité, à la condensation, aux vibrations et à des difficultés d'accès pour la maintenance.
Les éoliennes offshore fixes sont soumises à des exigences supplémentaires en matière d'implantation et de conception, conformément à la norme CEI 61400-3-1.[9] Les installations SPD en mer peuvent nécessiter une attention particulière en matière de corrosion, d'exposition au sel, de conception des enceintes et de logistique d'entretien.
| État | Ce qu'il faut vérifier |
|---|---|
| Température | Plage de fonctionnement et de stockage à l'intérieur du boîtier proprement dit |
| Humidité et condensation | Chauffage, ventilation, revêtement et protection des bornes de l'armoire |
| Sel et corrosion | Atmosphère offshore, enveloppe, bornes et compatibilité des matériaux |
| Vibrations et chocs | Fixation, maintien des modules enfichables et stabilité des bornes |
| Altitude | Limites imposées par le fabricant et coordination de l'isolation |
| Accès pour la maintenance | Indication d'état, contact à distance, modules remplaçables et isolation de sécurité |
Ne spécifiez pas d'indice de protection pour une enveloppe sans définir l'installation.
De nombreux parasurtenseurs montés sur rail DIN sont installés à l'intérieur d'une armoire. C'est parfois l'armoire elle-même, plutôt que le boîtier du parasurtenseur, qui assure la protection environnementale requise.
Avant de définir une exigence relative à l'indice de protection (IP) ou à la résistance à la corrosion, précisez si l'appareil est installé dans une armoire de nacelle protégée, un tableau électrique à la base du mât, un boîtier de convertisseur ou un boîtier extérieur exposé.
La télésignalisation facilite la maintenance
Un contact à distance peut permettre au contrôleur de la turbine ou au système de maintenance de détecter un changement d'état du SPD. Vérifiez les caractéristiques du contact, la logique normale et l'interprétation des alarmes.
Un contact sec indique généralement l'état d'un appareil ou d'un sectionneur. Il ne doit pas être présenté comme un compteur d'événements de foudre, sauf si le produit intègre cette fonction distincte.
Erreurs courantes en matière de protection contre les surtensions des éoliennes
Installation d'un seul SPD à la base de la tour
Un dispositif installé à la base de la tour ne peut pas contrôler automatiquement les surtensions induites localement, la tension résiduelle et les transitoires de commutation à proximité de la nacelle, du moyeu ou du convertisseur.
Choix en fonction de la puissance nominale de la turbine en mégawatts
La puissance de la turbine ne fournit aucune information sur la tension du circuit, la forme d'onde, la mise à la terre, le courant de court-circuit ou l'immunité des équipements.
Utilisation d'un seul dispositif de protection contre les surtensions (SPD) CA des deux côtés du convertisseur
Le côté machine et le côté réseau peuvent présenter des fréquences, des formes d'onde, des tensions de service et des conditions de défaut différentes.
Ignorer les lignes de capteurs et de communication
Une défaillance du port du contrôleur ou du circuit de capteur peut entraîner l'arrêt de la turbine, même si l'équipement d'alimentation principal reste opérationnel.
Sélection d'un SPD de signal uniquement en fonction de la tension
La bande passante, la capacité, le protocole, la disposition des conducteurs et le raccordement du blindage peuvent déterminer si l'interface fonctionne correctement.
Utilisation de connecteurs SPD longs ou en boucle
L'inductance supplémentaire du conducteur augmente la tension qui atteint l'équipement protégé lors d'un transitoire rapide.
En partant du principe qu’une seule mesure de la terre suffit à garantir la protection
Une évaluation complète doit également prendre en compte la continuité des liaisons, les chemins de courant, la géométrie des conducteurs, la conception des fondations et le comportement aux hautes fréquences.
Remplacer tous les SPD sur un calendrier fixe
La durée de vie dépend de l'exposition aux surtensions, des contraintes de fonctionnement, de l'environnement et de la conception du produit. Il est préférable de se baser sur les indicateurs d'état, les consignes d'entretien et les contrôles ponctuels plutôt que sur un intervalle unique et universel.
Vérifications de mise en service et de maintenance
L'installation des dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) doit être vérifiée dans le cadre du système complet de protection de l'éolienne. La norme CEI 62305-4 inclut l'inspection, la maintenance et les essais dans le cadre des mesures de protection contre les surtensions.[8]
Avant la mise sous tension
- Vérifier que le modèle installé correspond au schéma électrique homologué ;
- Vérifier la valeur Uc, le mode de protection et le type de SPD ;
- Vérifier les exigences relatives aux fusibles de secours ou aux disjoncteurs ;
- Vérifier les valeurs de couple et les raccordements des conducteurs ;
- Vérifier la longueur et le tracé des raccordements ;
- Vérifier la continuité de la mise à la terre (PE) et des liaisons équipotentielles ;
- Vérifier le câblage de la commande à distance et le fonctionnement de l'alarme ;
- Notez le modèle du produit, le numéro de lot et l'emplacement d'installation.
Lors de l'entretien courant
- Vérifier les indicateurs d'état visuels ;
- Examiner les alarmes à distance et les registres d'entretien ;
- Vérifiez que les bornes ne sont pas desserrées, corrodées ou en surchauffe ;
- Vérifier que les modules enfichables sont bien fixés ;
- Vérifier les connexions de mise à la terre de la tour et de l'armoire ;
- Vérifier les dispositifs de protection après des événements de foudre importants ou des défauts électriques ;
- Remplacez les appareils en fonction de leur état vérifié et des instructions du fabricant.
Veillez à identifier les modules de rechange en précisant leur modèle exact et leur mode de protection. Des cartouches d’aspect similaire peuvent ne pas présenter la même valeur Uc, la même capacité de décharge ou la même configuration de connexion interne.
Documents à vérifier avant l'approbation du modèle
Une homologation OEM ou EPC doit porter sur le modèle précis proposé. Ne partez pas du principe qu’une brochure de gamme ou un certificat général couvre toutes les tensions, toutes les configurations polaires ou tous les modes de protection.
Vérifier Uc, Up, Iimp, In, Imax, le mode de protection, le contact à distance et les dimensions.
Vérifier la disposition des conducteurs, la protection de secours, le couple et les limites de montage.
Vérifiez que le modèle et la notation fournis s'inscrivent bien dans le champ d'application du document en question.
Vérifier les combinaisons approuvées en amont et en aval lorsque la protection par étapes est requise.
Vérifiez la bande passante, la capacité, la tension de fonctionnement, les paires de conducteurs et la norme de transmission.
Consigner le modèle, la référence, la disposition des bornes, l'emballage, les schémas et les écarts spécifiques au projet.
Dans le cadre d'une offre LEEYEE, le dossier de devis et d'approbation doit préciser le modèle exact proposé ainsi que les documents justificatifs disponibles. Les acheteurs doivent s'assurer que chaque document correspond bien à la configuration commandée.
Avant de commander des DPS pour éoliennes
Veuillez fournir suffisamment d'informations techniques pour chaque circuit. Un devis fiable doit reposer sur la conception de l'éolienne plutôt que sur une demande générale portant sur un « parasurtenseur pour éolienne ».
Demander une revue de configuration des DPS pour éoliennes
Veuillez nous communiquer le schéma unifilaire, les tensions du circuit, les emplacements d'installation, les informations relatives au convertisseur, les interfaces de signal et les normes applicables. LEEYEE pourra examiner les données fournies et recommander des paramètres de SPD adaptés, à valider par l'équipementier (OEM) ou dans le cadre du projet.
CNSPD est la plateforme technique et produit de LEEYEE dédiée à la protection contre les surtensions, destinée aux acheteurs du monde entier. La validation finale de la turbine doit rester de la responsabilité du concepteur de la turbine, du fournisseur du convertisseur ou de l'ingénieur de projet concerné.
Questions fréquemment posées
Un seul SPD peut-il protéger une éolienne dans son ensemble ?
En général, non. Une éolienne industrielle comporte de nombreux circuits d'alimentation, de conversion, de courant continu, de capteurs et de communication, répartis sur différentes zones de protection. Chaque interface conductrice exposée doit être évaluée séparément.
Chaque socle de tour doit-il être équipé d'un SPD de type 1 ?
Pas systématiquement. La catégorie 1 est choisie lorsque les conducteurs raccordés sont susceptibles de transporter une partie du courant de foudre ou lorsque le concept de protection contre la foudre du projet l'exige. Il convient d'examiner le périmètre de protection et le cheminement du courant.
Une protection de type 2 est-elle généralement nécessaire dans la nacelle ?
La protection de type 2 est couramment utilisée pour la distribution d'énergie en aval et la protection des équipements. Son emplacement précis dépend de la protection en amont, du tracé des câbles, de la tension résiduelle et du niveau de résistance des équipements.
Un SPD standard de 690 V peut-il protéger le convertisseur d'une éolienne ?
La compatibilité ne peut être déterminée sur la seule base de la tension. Vérifiez le côté convertisseur, la forme d'onde, les pics répétitifs, la fréquence, la mise à la terre, les conditions de défaut et les exigences du fabricant du convertisseur.
Faut-il installer des SPD différents du côté de l'appareil et du côté du réseau ?
C'est possible. Les deux côtés peuvent fonctionner avec des formes d'onde, des fréquences, des configurations de mise à la terre et des comportements en cas de défaut différents. Chaque côté doit faire l'objet d'une analyse indépendante.
Les capteurs d'éoliennes nécessitent-ils des parafoudres de signal dédiés ?
Les capteurs raccordés à l'aide de câbles en cuivre dénudés ou de grande longueur peuvent nécessiter une protection spécifique à l'interface. Vérifiez la tension du signal, le courant de boucle, la bande passante, le câblage et la mise à la terre avant de faire votre choix.
La communication par fibre optique élimine-t-elle le risque de surtension ?
La fibre optique empêche la conduction à travers le cœur optique, mais le blindage métallique, les éléments de renfort, l'alimentation des convertisseurs de média et les câbles en cuivre parallèles peuvent néanmoins présenter des risques de mise à la terre ou de surtension.
Quelle résistance de mise à la terre est nécessaire pour une éolienne ?
Il n'existe pas de valeur universelle applicable à toutes les éoliennes. Les exigences dépendent de la conception des fondations, du sol, de la mise à la terre du parc éolien, des tensions de contact et de pas, des chemins de courant et des règles applicables au projet.
À quelle fréquence faut-il remplacer le SPD d'une éolienne ?
Il n'existe pas de fréquence de remplacement universelle. Suivez les instructions du fabricant, vérifiez les indicateurs d'état et les alarmes à distance, et procédez à une inspection du système après tout événement électrique ou de foudre d'une ampleur significative.
Quels documents un acheteur OEM doit-il demander ?
Demandez les fiches techniques spécifiques au modèle, les plans, les instructions d'installation, les caractéristiques nominales déclarées, les exigences en matière de protection de secours, les certificats ou documents d'essai dans leur champ d'application réel, ainsi qu'un procès-verbal d'homologation des échantillons le cas échéant.
Références
- Commission électrotechnique internationale, IEC 61400-24:2019+AMD1:2024 CSV, Systèmes de production d'énergie éolienne — Partie 24 : Protection contre la foudre.
- Commission électrotechnique internationale, CEI 61643-01:2024, Parafoudres basse tension — Partie 01 : Exigences générales.
- Commission électrotechnique internationale, IEC 61643-11:2025, Dispositifs de protection contre les surtensions raccordés aux réseaux d'alimentation basse tension en courant alternatif — Exigences et méthodes d'essai.
- Commission électrotechnique internationale, IEC 61643-12:2020, Dispositifs de protection contre les surtensions raccordés aux réseaux d'alimentation basse tension — Principes de sélection et d'application.
- Commission électrotechnique internationale, IEC 61643-21:2025, Dispositifs de protection contre les surtensions raccordés aux réseaux de télécommunications et de signalisation — Exigences et méthodes d’essai.
- Commission électrotechnique internationale, IEC 61643-22:2015, Dispositifs de protection contre les surtensions raccordés aux réseaux de télécommunications et de signalisation — Principes de sélection et d'application.
- Commission électrotechnique internationale, IEC 61643-41:2025, Dispositifs de protection contre les surtensions raccordés aux réseaux d'alimentation à courant continu basse tension — Exigences et méthodes d'essai.
- Commission électrotechnique internationale, IEC 62305-4:2024, Protection contre la foudre — Partie 4 : Systèmes électriques et électroniques à l'intérieur des bâtiments.
- Commission électrotechnique internationale, IEC 61400-3-1:2019, Systèmes de production d'énergie éolienne — Partie 3-1 : Exigences de conception pour les éoliennes offshore fixes.
Remarque technique : l'architecture des éoliennes, la répartition des courants de foudre, les caractéristiques nominales des parafoudres, les méthodes d'installation et les obligations de certification varient en fonction de la plateforme de l'éolienne et du projet. Vérifiez la configuration finale par rapport aux documents du projet en vigueur, aux normes applicables, aux instructions du produit et à l'aval de l'ingénieur responsable.
