DE LA PROTECTION CONTRE LA FOUDRE
DES SITES CLASSES
Selon l'Article 1- de l'Arrêté du 28 Janvier 1993 et sa Circulaire d'Application 93-17 :
"Les installations soumises à autorisation au titre de la législation des installations classées et sur lesquelles une agression par la foudre pourrait être à l'origine d'événements susceptibles de porter gravement atteinte, directement ou indirectement, à la sûreté des installations, à la sécurité des personnes ou à la qualité de l'environnement, doivent être protégées contre la foudre."
Ceci avant un délai de 6 années. Ce délai peut être réduit à la demande de la Préfecture dont dépend le site.
La mise en conformité à cette législation doit faire l'objet d'une Etude Préalable exécutée par un organisme réputé compétent, et déposée à la DRIRE.
Elle constitue la première pièce du dossier de mise en conformité nécessaire à la demande d'exploitation du site placé sous la protection contre la foudre.
Les commentaires ci-après en reprennent et explicitent les principales obligations décrites dans le JO et les différentes mises à jour qui suivirent.
II- DOSSIER DE MISE EN CONFORMITE
II-1- Composition du dossier de mise en conformité
Le dossier de mise en conformité à la législation comprenant l'Etude Préalable, le contrôle d'exécution et les procédures de vérifications ultérieures est transmis à la DRIRE pour enregistrement afin d'obtenir l'autorisation d'exploitation après examen.
II-2- Etude Préalable
C'est un ensemble de documents techniques où sont décrits les raisonnements dont la conclusion est la nécessité de la protection contre la foudre, avec en conséquence les dispositions précises à prendre pour la réaliser.
Les objectifs de cette protection réglementaire sont la maîtrise des risques suivants :
- Pollution de l'environnement
- Protection des personnes
- Sûreté d'exploitation
Le niveau réel de protection contre la foudre du site sera déterminé en fonction des solutions et options retenues.
II-3- Contrôle d'exécution
Le contrôle final d'exécution qui peut être effectué par les organismes ordinairement habilités à mesurer les résistances de Terre, les hauteurs protégées etc … L'étude consigne les vérifications ultérieures indispensables :
* Les procédures spécialisées éventuelles
* Contrôle périodique à la fréquence correspondant au niveau de protection en place
* Ou après modification de structures
* Ou après impacts de foudre sur bâtiments signalés par les compteurs
II-4- Etablissement du dossier de suivi d'exploitation
Un dossier spécialisé doit être tenu à la disposition de l'Inspecteur des installations classées.
Il comprend :
- L'étude préliminaire précédemment décrite
- Les résultats et vérifications
- La déclaration de conformité de l'installation
- Le relevé trimestriel des impacts de foudre
- La consignation des accidents causés par la foudre
- Les corrections ou modifications apportées
III- TECHNIQUES REGLEMENTAIRES POUR LA PROTECTION CONTRE LA FOUDRE
III-1- Etude des dangers présentés par la foudre
La sélection de ces risques fait l'objet d'une Etude des dangers, dont les scénarios débouchent sur des accidents traités dans un chapitre spécialisé "Foudre" du Plan d'Opérations Internes (POI).
Pour étudier le risque foudre sur le site, on se référera à la méthode développée en Annexe B, de la Circulaire du 28 Octobre 1996 visant à préciser les conditions de l'Arrêté du 28 Octobre 1993 et sa Circulaire d'Application n° 93-17.
L'étude doit tenir compte de l'environnement extérieur et les différentes interactions :
- Directes foudre/structure
- Directes foudre/produits ou contenu
- Indirectes foudre/produits ou contenu
Les éléments à recueillir sont pour l'essentiel :
- Les risques identifiés dans les études de dangers pour lesquels la foudre peut devenir un facteur déclenchant,
- La description dédiée de l'installation vis à vis du risque foudre,
- La nature de l'exploitation et les produits qu'elle contient,
- Les vecteurs de transmissions des perturbations électromagnétiques,
- Les différents réseaux (incendie, Terre, masse, protection cathodique, éclairage extérieur, les antennes etc ...).
III-2- Méthode des sphères fictives
La Méthode des Sphères fictives permet de localiser et de dimensionner les pointes paratonnerre pour définir des zones de protection au sein desquelles il ne peut plus y avoir statistiquement d'arcs de foudre pour répondre à l'étude des dangers.
L'étude utilise la catégorie des courants de foudre envisagée, pour ce qui concerne les éléments métalliques de grandes tailles :
* Les installations à contours non géométriquement simples
* Les réservoirs,
* Les tours
* Les cheminées
Une des limites courantes pour cette rubrique consiste à utiliser des pointes d'une hauteur de 15 m, et des maillages au pas de 15 m maximum constituant des cages de Faraday, capables de recevoir des courants de 2 KA, représentant plus de 99 % des cas de foudre. Les considérations technico-économiques interviennent ensuite pour finaliser des choix et des options.
III-3- Règles de réalisations pour la protection contre les effets directs de la foudre
- C 17 100 : Installations de paratonnerres (02-1987)
- C 17 102 : Installations de paratonnerres à Dispositifs d'Amorçage (07-1995)
- Recommandation du système à cage maillée
- Réalisation de prises de Terre pour les conducteurs de descente des paratonnerres de résistance inférieure à 10 ?.
- Equipotentialité à réaliser entre les conducteurs de descente et les structures métalliques environnantes, et les circuits de Terre en fond de fouilles éventuellement renforcés.
- Installation de compteurs de coup de foudre.
III-4- Protection contre les effets indirects de la foudre
La protection contre les effets indirects et les surtensions ne concerne pas les bâtiments mais les installations électriques.
L'essentiel des indications porte sur la nécessité de poser des dispositifs parasurtenseurs à certains endroits clés, ainsi que d'adopter des règles de constructions spécialisées pour les câblages, réalisation des prises de Terre, blindages etc. Ö
- C 15 100 : Règles de constructions des installations électriques à Basse Tension
- C 61 740 : Composants parasurtenseurs et parafoudres
- C 15 106 : Conducteurs et liaisons équipotentielles
- UIC Juin 1991 et Octobre 1993
IV- CONSIDERATIONS ET COMPLEMENTS CEM
Pour tenir compte des effets CEM qui garantiront finalement l'efficacité de la protection contre la foudre, l 'agencement des pointes paratonnerres, des parafoudres et des autres corrections nécessaires, se détermine par une étude particulière qui comprend les aspects suivants :
- 1. CEM du fonctionnement interne (Informe sur la sensibilité des réseaux)
- 2. Protection règlementaire foudre (Détermine les dispositifs de capture des arcs)
- 3. Compléments de protection foudre (Assure la qualité d'exploitation)
Les 3 domaines n'ont pas d'antagonisme entre eux, bien au contraire, ils concourent tous à la qualité d'exploitation et à la sûreté du site. L'étude Préalable contractuelle comprend le point 2- et une partie des points 1- et 3-.
Les autres éléments restent du domaine technique du site et ne traitent que de la qualité d'exploitation. Ils permettront de définir d'autres corrections dont les critères de choix sont technico-économiques, à l'initiative de l'industriel.
PAR LA COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE EN PROTECTION CATHODIQUE
RESUME
Ce texte reprend les principes généraux qui ont été retenus dans les études de protection des Postes de Protection Cathodique réalisées par le prestataire depuis 1996, essentiellement sur des installations sensibles de SPSE, SPMR, Trapil (pipelines) et GDF (gazoducs).
Il n'est développé ici que les considérations relatives aux circuits de Terre et de masse des installations.
Ces dispositions ont encore un caractère expérimental mais leur efficacité se démontre après bientôt 3 ans de résultats très satisfaisants sur des sites réputés foudroyés régulièrement, pour lesquels la maintenance est devenue quasi-inexistante dès la fin des travaux. Il s'est avéré que l'amortissement des frais engagés pour ce type de protection s'effectue en moins de 2 ans, sans compter les pertes d'exploitation.
Des projets de généralisation existent chez ces clients pour certaines installations, notamment pour ce qui concerne la protection des bacs réservoirs contre la corrosion de leurs fonds.
La méthode de raisonnement est du type CEM (Compatibilité Electromagnétique), appelée et déposée par le prestataire : "Méthode de Zéro". Cette méthode donne aussi des résultats remarquables en antiparasitage sophistiqué (Hôpitaux, GDF, Onéra etc …).
Les corrections envisagées dans les installations électriques classiques sont prises dans le cadre de 3 soucis majeurs indépendants et du même niveau :
- La conformité aux normes des installations électriques pour la protection des biens et des personnes
- La conformité de la protection contre les effets directs de la foudre pour les sites classés
- La sûreté de fonctionnement des installations pendant les périodes de foudre, y compris les installations dont le service ne fait pas partie du classement à risque.
La prise en compte de ces 3 guides conduit cependant à l'interprétation de certaines dispositions normatives pour satisfaire aux contraintes de la Compatibilité Electromagnétique. Ne pas interpréter la norme conduit à des applications automatiques ignorant les phénomènes physiques HF en cause sur le terrain, et à une inefficacité reconnue.
Le sujet est par ailleurs brûlant au niveau international, et fait l'objet de communications scientifiques régulières dans lesquelles les spécialistes CEM développent des écoles et des hypothèses.
La synthèse ici exposée traite de l'essentiel des problèmes et des solutions expérimentées, et ne comprend pas les détails technologiques et autres aspects connexes.
I- PRINCIPES GENERAUX
I-1- Rôle exercé par un poste de soutirage de courant
Un poste de soutirage de courant a pour but de développer un couple Tension-Courant en courant continu autour de la canalisation enterrée qu'il doit protéger contre la corrosion. L'effet de protection est limité dans l'espace jusqu'à plusieurs dizaines de Km de chaque côté du champ d'anodes et il varie selon de nombreux paramètres géologiques et autres.
On rencontre généralement plusieurs générateurs répartis à des endroits stratégiques fournissant 5 à 50 A Cc sous 10 à 100 V Cc, dont la polarité "Négative" est connectée au pipeline, et la polarité "Positive" est connectée au champ d'anodes enterrées, distant de plusieurs centaines de mètres de la canalisation à protéger.
La tension de 100 V Cc est le niveau maximum toléré par la norme des pétroliers pour des raisons de sécurité vis à vis des dangers électriques.
I-2- Conception typique d'un Poste de Soutirage
Ces générateurs de courant continu sont en fait des redresseurs de courant alternatif en provenance du secteur local, adapté par un transformateur d'isolement, et redressé par des semi-conducteurs.
Ces redresseurs peuvent être controlés ou non par une électronique spécialisée, ils peuvent aussi être mis cycliquement "en et hors service" pour certains types de fonctionnement On-Off.
Le réglage du courant est fait manuellement par les agents de surveillance, au cours de leur ronde, d'après les indications du Voltmètre et de l'Ampèremètre du tableau de contrôle, ou par télérégulation.
Eventuellement, une électrode non polarisable placée à proximité du Pipeline permet de mesurer la tension de polarisation de la canalisation sur un Voltmètre après un commutateur.
L'armoire du Poste de Soutirage est connectée à une prise de Terre locale pour la sécurité des personnes. Lorsque le Poste de Soutirage est installé dans un ensemble (Dépôt, Station etc …) il existe de plus un ensemble de connexions Vert-Jaune de fait qui relient les canalisations au réseau maillé, et à l'armoire PC.
II- AGRESSION DE LA FOUDRE - METHODE DE ZERO
L'analyse par la méthode de zéro de la sensibilité à la foudre des postes de soutirage montre que de tels dispositifs se ramènent à considérer dans un schéma équivalent :
- Une structure de montage, le bâti, raccordée à la prise de Terre locale pour la sécurité des personnes,
- Une arrivée secteur,
- La connexion de puissance de la polarité Négative au pipeline (ou à plusieurs pipelines),
- La connexion de puissance au champ d'anodes, polarité Positive, souvent réalisée par une boucle pour des raisons de redondance de la connexion d'alimentation,
- L'insertion éventuelle d'un cycleur On-Off permettant de couper le courant de polarisation brutalement. Il s'interconnecte généralement sur la polarité de puissance la plus simple à ouvrir qui est celle du départ "Canalisation" ce qui n'est pas nécessairement le bon choix pour la tenue du système contre la foudre,
- L'arrivée du potentiel de l'électrode de mesure.
On remarquera que dans certaines configurations, il existe une connexion directe supplémentaire entre le pipeline et la prise de Terre locale. C'est le cas notamment lorsque le poste de soutirage est placé à l'intérieur d'un complexe. Cette connexion peut être physiquement réelle ou bien répartie dans plusieurs câbles Vert-Jaune associés aux câbles de motorisation de vannes par exemple.
On voit dans le schéma général l'existence de différentes tensions perturbatrices développées entre le châssis et les différentes entrées ou sorties, ou par permutations circulaires entre les différentes entrées et sorties.
Les mesures radioélectriques le confirment et vont nous indiquer :
- La sensibilité des réseaux à colporter les perturbations,
- Le niveau image des perturbations de la foudre, à partir de la réception des ondes électromagnétiques de l'environnement.
Les protections à prévoir auront pour objet d'éliminer ces tensions et de dériver les courants de foudre vers des circuits inertes, hors du système sensible qu'est le redresseur de Protection Cathodique et ses circuits annexes.
La difficulté est de ne pas déplacer les problèmes rencontrés.
II- DIFFERENTS CIRCUITS DE TERRE
L'analyse sur le terrain des différents circuits de Terre montre que 3 circuits de Terre sont concernés autour du Poste de Protection Cathodique :
- Le circuit de Terre pour la protection des personnes
- Le circuit de Terre de la canalisation enterrée
- Le circuit de Terre des champs d'anodes
La mesure de chacune des résistances de Terre peut être effectuée par la méthode traditionnelle des 3 piquets, ou plus avantageusement par une méthode directe.
On rencontre un schéma identique avec la protection des fonds des bacs réservoirs où la prise de Terre est réalisée par un câble nu en fond de fouille.
III- RESOLUTION DES PROBLEMES D'EQUIPOTENTIALITE
III-1- Plan de masse des canalisations
Il apparaît assez fréquemment que la ou les canalisations distribuées sur un site sont isolées en tout ou partie des canalisations extérieures au site. Cet isolement éventuel est réalisé par un ou plusieurs joints isolants qui sont par ailleurs quelquefois shuntés par des connexions. L'isolement total étant réalisé temporairement pendant les mesures de tension de protection cathodique.
La mesure de perturbations radioélectriques directement aux bornes d'un joint montre pratiquement toujours une non-équipotentialité HF.
Il est évident que l'équipotentialité en courant continu ou industriel est réalisée lorsqu'une connexion de court-circuit est établie. Cette tension radioélectrique est d'autant plus élevée que ce strap est éloigné du joint, notamment quand il est réalisé à distance dans un coffret spécialisé.
Pour satisfaire à la fois l'équipotentialité HF et l'absence de perturbations de protection cathodique, il est nécessaire de shunter le joint isolant à l'aide de condensateurs dotés de connexions conséquentes et courtes, selon le plan suivant.
Les valeurs de tension de service, le genre et la valeur de la capacité sont fonction des autres caractéristiques du site.
On peut laisser en place les parafoudres éventuels qui sont souvent installés sur ces joints isolants. Ils constitueront une sécurité supplémentaire, mais leur amorçage n'est plus envisageable normalement.
III-1- Généralisation au plan de masse du site
Rappelons que l'équipotentialité du site est réglementairement indispensable pour la sécurité des biens et des personnes.
L'interconnexion des masses métalliques est obligatoire, à l'aide des connexions normalisées qui ne peuvent que rester en place.
Par contre, la liaison du réseau maillé "de fait" vers la ou les prises de Terre devra comporter une fonction pseudo-isolante dans l'espace de la tension de polarisation.
Cette fonction peut être remplie par plusieurs condensateurs de valeur adaptée aux circonstances, shuntés éventuellement par des limiteurs de tension comme des parafoudres, diodes zéners, barrières intrinsèques etc …
Dans le cas de la protection des fonds de réservoirs, on étudie actuellement la possibilité d'insérer dans chacune des descentes vers le câble de ceinturage en fond de fouille, un ensemble de condensateurs et de limiteurs de tension.
Le tableau ci-avant donne les valeurs de réactance des condensateurs pour le courant industriel à 50 Hz et la constante de temps (pour le cyclage On-Off) relatif à une résistance de Terre de 10 ½. Les valeurs pratiques se calculent aisément par proportions.
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