Paratonnerre ou disjoncteur : fonctions et applications

Un parafoudre limite les surtensions transitoires ; un disjoncteur coupe le courant en cas de surintensité. C'est là la différence fondamentale qui ressort de toute comparaison entre un parafoudre et un disjoncteur. Ces deux dispositifs interviennent en cas de défauts différents, sont raccordés de manière différente, et aucun ne remplace l'autre. Un système soumis à des surtensions dues à la foudre ou à des opérations de commutation nécessite généralement un parafoudre ou un dispositif de protection contre les surtensions (SPD), tandis que ce même système a toujours besoin d'un disjoncteur pour assurer la protection contre les surcharges et les courts-circuits.

Ce guide compare les fonctions des parafoudres et des disjoncteurs, explique leur comportement respectif en cas de défaut et met en évidence les cas où ces deux dispositifs fonctionnent conjointement dans les applications destinées aux réseaux électriques, aux bâtiments et aux installations solaires. Il s'adresse aux ingénieurs, aux fabricants de tableaux électriques et aux acheteurs qui ont besoin de distinguer clairement ces deux produits lorsqu'ils examinent un cahier des charges.

Comparaison rapide entre un parafoudre et un disjoncteur

Commencez par le type de défaut plutôt que par le nom du produit. Un parafoudre est un dispositif de limitation de tension : il conduit le courant lorsque la tension dépasse son niveau de référence et cesse de conduire lorsque la tension revient à la normale. Un disjoncteur est un dispositif de coupure de courant : il ouvre ses contacts lorsque le courant dépasse un seuil défini. Le tableau ci-dessous résume la comparaison utilisée tout au long de ce guide.

Comparaison purement conceptuelle ; il ne s'agit ni d'un schéma de câblage ni d'un dessin à l'échelle.

Fonctionnement d'un parafoudre : limitation de tension, et non coupure de courant

Un parafoudre est conçu pour limiter la tension qui s'applique aux équipements protégés. Les varistances à oxyde métallique (MOV) intégrées au parafoudre se comportent comme un commutateur commandé en tension : elles restent hautement résistives à la tension normale du réseau et deviennent conductrices lorsque la tension dépasse la tension de référence du parafoudre. Pendant la conduction, le parafoudre décharge le courant de surtension vers la terre et limite la tension ; lorsque le transitoire est passé, la conduction cesse et le parafoudre revient à son état de haute impédance.

Étant donné que le parafoudre ne doit pas laisser circuler un courant de défaut continu après la surtension, sa conception doit empêcher tout courant de suivi vers la terre et résister à la tension continue à la fréquence du réseau auquel il est raccordé. Les principes fondamentaux des parafoudres Eaton décrivent les mêmes fonctions : décharger ou dériver le courant de surtension, limiter la tension, empêcher le courant résiduel et répéter l’opération dans les limites des valeurs nominales prévues par la norme applicable. Le choix d’un parafoudre dépend donc de la tension de service continue maximale, de la capacité de résistance aux surtensions temporaires (TOV), de la capacité de décharge et du niveau d’isolation de l’équipement protégé.

Le terme “ parafoudre ” est utilisé pour toutes les gammes de tension. En moyenne et haute tension, les parafoudres sont installés sur les lignes aériennes, les transformateurs, les appareillages de commutation et les postes de transformation ; ils sont homologués et testés conformément à des normes telles que la CEI 60099 et la norme IEEE C62.11. En basse tension, le dispositif, dont le fonctionnement est similaire, est généralement appelé « dispositif de protection contre les surtensions » (SPD) et est testé conformément à la série de normes CEI 61643 ou à la norme UL 1449. Le principe de fonctionnement est le même : limiter la surtension sans interrompre le courant de charge.

Fonctionnement d'un disjoncteur : coupure du courant, et non limitation de la tension

Un disjoncteur surveille le courant circulant dans le circuit qu'il protège et s'ouvre automatiquement lorsque ce courant devient excessif. Il intervient dans deux situations courantes : la surcharge, où le courant reste supérieur à la valeur nominale pendant une durée suffisante pour mettre le circuit à rude épreuve, et le court-circuit, où un défaut fait grimper le courant bien au-delà de la valeur nominale et doit être éliminé rapidement. Une fois le défaut éliminé, le disjoncteur peut normalement être réenclenché, ce qui explique pourquoi il est préféré à un fusible à usage unique lorsque la continuité du service est importante.

Un disjoncteur est monté en série, de sorte que tout le courant de charge le traverse. Son fonctionnement est mécanique et prend du temps : un disjoncteur miniature (MCB) élimine généralement un défaut en quelques millisecondes à quelques dizaines de millisecondes, selon l’intensité du défaut et sa caractéristique de déclenchement. Cette vitesse est suffisante pour la protection contre les surintensités, mais le disjoncteur ne détecte pas les brèves variations de tension qui endommagent les composants électroniques. Un disjoncteur avec une tension nominale plus élevée ou une courbe de déclenchement plus rapide n'apporte pas de capacité supplémentaire de limitation de tension.

Différentes applications nécessitent différentes conceptions de disjoncteurs : un disjoncteur miniature (MCB) pour les circuits terminaux, un disjoncteur moulé (MCCB) pour les courants plus élevés, et des disjoncteurs homologués pour le courant continu lorsque l'alimentation est en courant continu, comme dans les installations solaires. Le principe de base reste le même : choisir l'intensité nominale, la caractéristique de déclenchement et le pouvoir de coupure en fonction du circuit, et non en fonction des pics de courant.

Principales différences fonctionnelles

Trois différences sont particulièrement importantes lorsqu'on compare ces deux dispositifs : le type de défaut qu'ils détectent, la vitesse et la nature de leur réaction, ainsi que les conséquences sur le système par la suite.

• Grandeur mesurée différente. Le parafoudre réagit à la tension ; le disjoncteur réagit au courant. Une surtension provoquée par la foudre peut faire monter la tension sans générer immédiatement une surintensité que le disjoncteur est conçu pour détecter. À l'inverse, une surcharge peut persister à une tension normale, ce que le parafoudre ignore de par sa conception.
• Un principe de fonctionnement différent. Le parafoudre conduit le courant pendant un court instant, puis revient à son état isolant ; le circuit protégé continue donc normalement de fonctionner. Le disjoncteur crée un espace physique et interrompt le circuit ; le passage du courant est ainsi interrompu jusqu'à ce que le disjoncteur soit réenclenché et que le défaut soit résolu.
• Des comportements différents en fin de vie. Un parafoudre soumis à des surcharges répétées peut se détériorer et provoquer un court-circuit ; on utilise alors un sectionneur interne ou externe pour l'isoler. Un disjoncteur qui a éliminé un défaut reste réutilisable, mais ses performances doivent être vérifiées après une interruption importante.

Pourquoi un appareil ne peut pas remplacer l'autre

Il est tentant de considérer la “ protection ” comme une fonction unique, mais ces deux dispositifs interviennent en cas de défauts différents. Un disjoncteur ne peut pas limiter une surtension très abrupte : son temps de réponse se mesure en millisecondes, ce qui est bien plus lent que le temps de montée d’une surtension de foudre, de l’ordre de la microseconde, et il ne dispose d’aucun élément de référence de tension qui lui permettrait de ne conduire qu’au-delà d’une tension définie. Si une surtension atteint un équipement sensible, le disjoncteur n’empêchera pas les dommages causés par la surtension, même s’il se déclenche par la suite sous l’effet du courant qui en résulte.

Un parafoudre ne convient pas non plus pour protéger une charge. Il ne mesure pas le courant de charge et ne dispose d'aucun mécanisme permettant de déconnecter un circuit en surcharge ou en court-circuit. Confier la protection contre les surintensités à un parafoudre exposerait le câblage et les équipements à des contraintes thermiques et magnétiques en cas de défaut.

Certains produits combinent une fonction SPD et une fonction de coupure dans un même boîtier, par exemple un SPD enfichable avec un disjoncteur différentiel intégré ou un disjoncteur de protection contre les surtensions. Ce dispositif combiné peut constituer un moyen pratique de répondre à ces deux exigences, mais uniquement dans les limites de ses caractéristiques nominales déclarées et de sa coordination testée. Un produit combiné ne dispense pas de respecter les obligations spécifiques à chaque fonction. Les règles détaillées relatives au choix du dispositif de secours du SPD sont abordées dans le guide du site consacré à Choix d'un fusible ou d'un disjoncteur de secours SPD.

Applications : à quoi sert chaque appareil ?

Dans la pratique, ces deux dispositifs sont généralement prévus conjointement : le parafoudre ou SPD protège contre les surtensions, tandis que le disjoncteur ou le fusible protège contre les surintensités.

Installations industrielles et de services publics à moyenne tension

Les parafoudres sont installés à proximité des transformateurs, aux points d’entrée des lignes, sur les poteaux de raccordement où une ligne aérienne passe en câble, ainsi qu’aux points ouverts où un doublement de tension pourrait autrement se produire. Le disjoncteur associé protège la ligne et le transformateur contre les courants de défaut et assure la coupure. Le parafoudre limite les surtensions dues à la foudre ou à la commutation qui sollicitent l’isolation ; le disjoncteur gère le courant de défaut qui suit une défaillance de l’isolation ou un défaut du réseau.

Bâtiment et distribution basse tension

Au niveau de l'entrée d'alimentation ou dans un tableau de distribution, un parafoudre de type 1 ou de type 2 est raccordé en parallèle en amont des charges, et des disjoncteurs différentiels (MCB) protègent les circuits de sortie. Le parafoudre limite les surtensions entrant sur le réseau d’alimentation ; chaque disjoncteur miniature protège son propre circuit contre les surcharges et les courts-circuits. Lorsque le parafoudre arrive en fin de vie, son sectionneur ou un dispositif de protection en amont le sépare du jeu de barres sous tension afin qu’un module défaillant ne provoque pas de défaut permanent. Notre gamme de dispositifs de protection contre les surtensions couvre les dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) de type 1 et de type 2 utilisés dans ce contexte.

Applications solaires et en courant continu

Les installations photovoltaïques ajoutent une dimension « CC » à cette même répartition des tâches. Un parafoudre CC protège l’onduleur et le câblage du champ photovoltaïque contre les surtensions induites par la foudre du côté CC, tandis que des disjoncteurs miniatures (MCB) ou des fusibles photovoltaïques adaptés au courant continu protègent les chaînes et l’entrée de l’onduleur contre les surintensités. Du côté CA de l'onduleur, un parafoudre CA et un disjoncteur CA assurent des fonctions équivalentes. La différence entre la protection contre les surtensions CA et CC n'est pas une simple question de terminologie : la tension, le courant de décharge et les conditions de défaut diffèrent, il est donc indispensable de choisir la gamme de parafoudres adaptée. Consultez le guide pour Choix entre SPD CA et SPD CC et la présentation générale de Choisir un disjoncteur solaire pour plus de détails spécifiques à l'application.

Comment choisir et assortir ces deux appareils

Ces deux fonctions étant complémentaires, une spécification complète définit les deux sélections et confirme qu'elles peuvent coexister.

• Choisissez le dispositif de protection contre les surintensités pour ce circuit. Déterminez la tension du réseau (ca ou cc), le courant de charge, le courant de court-circuit prévisible et les contraintes de câblage, puis choisissez la classe du disjoncteur ou du fusible, son intensité nominale, sa caractéristique de déclenchement et son pouvoir de coupure. Ne choisissez jamais un disjoncteur en le faisant correspondre à une valeur de courant de surtension indiquée sur un dispositif de protection contre les surtensions (SPD).
• Sélectionnez le parafoudre ou le dispositif de protection contre les surtensions (SPD) adapté à la charge de surtension. Vérifiez la tension de fonctionnement continue maximale du système, l'exposition prévue aux surtensions, le niveau de protection requis et l'emplacement. Consultez les caractéristiques techniques du parasurtenseur (SPD), telles que Uc, Up, In et Imax, avant de comparer les modèles ; le guide sur Spécifications Iimp, In, Imax et Up explique la signification de chaque valeur.
• Vérifiez la coordination. Les instructions du fabricant du parafoudre précisent généralement la protection de secours contre les surintensités autorisée ainsi que les conditions de court-circuit que le parafoudre est capable de supporter. Respectez cette combinaison plutôt que d’en inventer une. Lorsqu’un dispositif de secours séparé n’est pas requis, vérifiez que le parafoudre est équipé d’un sectionneur interne testé et adapté à l’application.
• Vérifiez les conditions d'installation. Veillez à ce que les câbles de raccordement du parafoudre ou du SPD soient aussi courts que possible, car l'inductance des câbles augmente le niveau de protection effectif. Vérifiez la mise à la terre et les sections des conducteurs conformément aux instructions d'installation et à la réglementation en vigueur.

Paratonnerre ou disjoncteur : questions fréquentes

Un disjoncteur peut-il protéger un équipement contre les surtensions dues à la foudre ?

Non. Un disjoncteur coupe le courant en cas de surintensité, mais ne limite pas les surtensions transitoires. Les surtensions dues à la foudre peuvent endommager les équipements même lorsque le disjoncteur reste fermé, ou bien le disjoncteur peut ne se déclencher qu’après le passage du courant dommageable.

Un parasurtenseur peut-il remplacer un disjoncteur ?

Non. Un parafoudre ne dispose d'aucun mécanisme permettant de couper un circuit en surcharge ou en court-circuit. La protection contre les surintensités doit être assurée par un disjoncteur ou un fusible adapté au circuit ; cette fonction ne peut pas être confiée à un parafoudre.

Faut-il installer les parafoudres et les disjoncteurs ensemble ?

La plupart des systèmes nécessitent ces deux fonctions, mais celles-ci sont souvent installées à des emplacements différents : le parafoudre ou le dispositif de protection contre les surtensions (SPD) au niveau de l'alimentation d'entrée ou au niveau de l'équipement à protéger, et les disjoncteurs montés en série avec chaque circuit protégé. La nécessité d'un disjoncteur de secours distinct pour la dérivation du SPD dépend de la conception du SPD et de ses instructions, comme expliqué dans le guide de protection de secours des SPD disponible sur ce site.

Les termes “ parafoudre ”, “ dispositif de protection contre les surtensions ” et “ paratonnerre ” désignent-ils la même chose ?

Ces termes se recoupent mais ne sont pas identiques. Le terme “ parafoudre ” est couramment utilisé pour les moyenne et haute tensions, “ SPD ” est le terme standard pour les dispositifs basse tension, et “ parafoudre ” met l’accent sur la protection contre la foudre. Les différences de terminologie et de contexte de classification sont expliquées dans la comparaison entre paratonnerres vs parafoudres.

Spécifiez les deux fonctions séparément

La question opposant le parafoudre au disjoncteur trouve une réponse pratique : il faut identifier le type de défaut que chaque dispositif doit traiter. Le parafoudre (ou SPD) limite les surtensions transitoires ; le disjoncteur coupe le courant en cas de surcharge ou de court-circuit. Un cahier des charges rigoureux mentionne les deux dispositifs, confirme la configuration du SPD en tant que dispositif de secours et celle du sectionneur, et précise comment un composant de protection défaillant sera détecté et remplacé.

Pour un projet GA&DA, Indiquez à l'équipe technique la tension de votre système, s'il s'agit d'une application en courant alternatif ou continu, les données relatives au courant de défaut ainsi que les équipements à protéger pour demander la documentation correspondante relative au SPD et au disjoncteur, ainsi que les exigences en matière de coordination.