ETUDE FOUDRE Eclateur d isolement Sites GPL

Transcription

1 ETUDE FOUDRE Eclateur d isolement Sites GPL TelComTec agrément Rédacteur R. MOUTIER sous le N Document 10/12/5103TCT octobre 2012 Téléchargeable sur TelComTec 30 rue Voltaire TAVERNY Toute reproduction interdite sauf autorisation

2 Etude foudre Eclateur d isolement Page 2 sur 12 SOMMAIRE 1. INTRODUCTION PRINCIPES GENERAUX PRESENTATION GENERALE CONDITIONS DE REALISATION DE L ETUDE REFERENTIEL IDENTIFICATION DES EVENEMENTS REDOUTES IDENTIFICATION DES RISQUES IDENTIFICATION DES EFFETS ANALYSE PROBABILISTE PROTECTION FOUDRE ECLATEUR D ISOLEMENT SUR BRIDE ISOLANTE CONTRAINTE D INSTALLATION PRESENCE D UN DEFAUT SECTEUR SUR LA PARTIE ISOLEE CAS PARTICULIER DU RST MAINTENANCE ANNEXE... 8 ABREVIATIONS ATEX FD GPL ICPE MALT PDT RDM RDT RST SPF Up Danger Risque Atmosphère Explosive Facteur de Déclenchement Gaz de Pétrole Liquéfié Installation Classée pour la Protection de l Environnement Mise à la terre Prise de terre Réseau de masse (partie aérienne équipotentielle des masses) Réseau de terre (partie souterraine équipotentielle des masses + PDT) Réservoir sous talus Système de Protection contre les effets de la Foudre Tension maximale régime permanent La propriété intrinsèque d un système dangereux ou d une situation physique de pouvoir provoquer des dommages pour la santé et/ou l environnement. La probabilité qu un effet spécifique se produise dans une période donnée ou dans des circonstances déterminées. R1 risque total admissible

3 Etude foudre Eclateur d isolement Page 3 sur INTRODUCTION Ce rapport concerne l expertise foudre de l emploi d éclateurs d isolement dans les sites dépôt relais vrac et centre emplisseur GPL. 2. PRINCIPES GENERAUX 2.1. Présentation générale Certains réservoirs, quand ils sont sous talus, et canalisations enterrées, notamment les pipelines, sont protégés par une protection cathodique nécessitant leur isolement 1. La tension est généralement basse et continue, l isolement n est pas très important. Des éclateurs d isolement, permettant une équipotentialité passagère en cas de surtension, rompent cet isolement. Ce qui permet d éviter tout étincelage ou toute destruction du joint. Au repos l isolement est rétabli. 1 Des systèmes sans isolement avec courant perdu existent, ils sont hors champ de cette étude

4 Etude foudre Eclateur d isolement Page 4 sur Conditions de réalisation de l étude Cette étude est basée sur les expertises de sites faites par M. Robert MOUTIER de la société TelComTec, agréée QUALIFOUDRE, au titre des études techniques réglementaires des ICPE GPL, ANTARGAZ, BUTAGAZ, FRANGAZ, GEOGAZ, PRIMAGAZ, RUBIS, TOTALGAZ. 3. REFERENTIEL - NF EN , juin 2006, Protection contre la foudre, Partie 1 : Principes généraux - NF EN , juin 2006, Protection contre la foudre, Partie 2 : Evaluation du risque - NF EN , janvier 2006, Protection contre la foudre, Partie 3 : Dommages physiques sur les structures et risques humains - NF EN , décembre 2006, Composants de Protection contre la foudre, Partie 3 : Exigence pour les éclateurs - NF C 15100, octobre 2010, Installations électriques à basse tension 4. IDENTIFICATION DES EVENEMENTS REDOUTES 4.1. Identification des risques En cas d impact direct de foudre sur une partie du dispositif isolé les courants de foudre peuvent : - Endommager le système de protection cathodique (électrode, mise à la terre, générateur ), - Endommager les joints d isolement et créer des fuites, - Créer des étincelages entre deux éléments portés à des potentiels différents Identification des effets Ces dégradations peuvent être aggravantes dans la mesure où : - Les caractéristiques de la protection cathodique sont diminuées sans que l exploitant ne s en aperçoive, - Les fuites et les étincelages se produisent en zone à risque d explosion Analyse probabiliste Nous pouvons examiner le cas d une fuite accidentelle d une canalisation et calculer selon la norme NF EN le risque R1 qu elle entraine. Le risque limite est fixé par la norme à RT = Nous nous mettons dans le cas d une conduite avec les hypothèses suivantes : - Hauteur de la structure h=1m - Longueur de la structure L=30m - Niveau kéraunique max donnant une densité max 4,5 impacts / an / km² - Pas de risque environnemental - Un risque d explosion mais d une durée de 10h - Pas d élément plus haut, situation isolée,

5 Etude foudre Eclateur d isolement Page 5 sur 12 - Pas de câblage électrique à proximité ce qui fait que les risques partiels afférents ne sont pas pris en compte (Rm, Rv, Rw, Rz) Le résultat est, sans protection spécifique, acceptable (R1 < RT) : Risque (10-5 ) R1 Rb Rc Ru Sans SPF 0,14 0,07 0,07 0 Voir détail en annexe. Cependant si la fuite devient permanente ou liée à des transferts nous pouvons assimiler le risque à celui d une zone ATEX 1 de durée 1000h. R1 est ainsi multiplié par 100 soit R1 = ce qui n est plus acceptable, R1 > RT. Nous pouvons donc convenir que nous devons éviter un tel risque et ce d autant plus que nous n avons pris pas en compte les conséquences des réparations ou des arrêts qui peuvent en résulter. 5. PROTECTION FOUDRE 5.1. Eclateur d isolement sur bride isolante L éclateur d isolement est la meilleure solution pour la protection d un joint d isolement d une canalisation de GPL. Il est régit par la norme NF EN Ses capacités d écoulement pour la classification la plus haute (H) sont presque équivalentes à la moitié du courant de foudre. Après passage de l onde foudre (quelques microsecondes) son extinction est immédiate, pas de courant de suite. La tension assignée est en général de 250V et la résistance d isolement ne doit pas être inférieure à 500 kω. Voir en annexe la fiche produit de l éclateur DEHN 2. 2 Exemple choisi car possédant une certification ATEX

6 Etude foudre Eclateur d isolement Page 6 sur Contrainte d installation Elles sont identiques à celle d un parafoudre. Sa fonction est de court-circuiter le plus rapidement possible avec la tension la plus basse possible les deux cotés du joint isolant. Son raccordement doit donc, au niveau de la bride ou du joint, être le plus court possible. Ce point est équivalent à la règle des 50 cm de mise en place des parafoudres d énergie. Attention au montage, un des brins doit être souple. Il ne doit pas être disposé entre l élément isolé et le réseau de terre Présence d un défaut secteur sur la partie isolée Rappelons au préalable qu il n est pas conseillé d utiliser des équipements en 230V alternatif sur des systèmes isolés sans qu ils n aient des caractéristiques de double isolement, voir NF C Si de tels équipements sans double isolement sont présents, un défaut d isolement est toujours possible. Celui-ci fera apparaître une tension dangereuse pour l homme au niveau du joint isolant mais aussi à tout endroit de la masse métallique isolée atteignable par l homme. Dans ce cas on emploie une cellule de polarisation qui réagit comme un éclateur d isolement mais à plus basse tension (quelque volt) et déclenche ainsi un défaut, voir en annexe l exemple d une telle cellule. Ces cellules ne possèdent pas les caractéristiques d écoulement suffisantes pour la foudre. Elles doivent donc être complémentaires aux éclateurs d isolement. Leur installation nécessite cependant une précaution équivalente à celle utilisée pour la coordination des parafoudres. La cellule, en cas de surtension foudre, va donc amorcer bien avant l éclateur (3V à comparer avec l Up de l éclateur 600V voir plus) et donc défaillir. Il nous faut alors découpler la cellule pour que l éclateur d isolement amorce avant. On disposera entre les deux une impédance au moyen d une longueur de câble de raccordement suffisante, soit 16 m. 3 Car croyant bien faire, on se dit qu il est préférable d écouler à la terre le courant collecté, mais ceci n empêche pas la surtension d exister aux extrémités du joint

7 Etude foudre Eclateur d isolement Page 7 sur Cas particulier du RST Les réservoirs sous talus sont considérés comme auto protégés par leur structure en cas d impact direct. Leur épaisseur est suffisante, mais les équipements qui dépassent ont une forte probabilité d être les collecteurs. Un impact sur les soupapes n aura pas de conséquence sur la structure mais sur la protection cathodique certainement. L écoulement se fera par les électrodes de terre spécifiques tout ou partie. Nous avons préconisé, dans ce cas, de mettre à la terre la structure métallique du RST par le biais d une terre spécifique foudre. Si sa structure doit être isolée, elle sera raccordée à la terre foudre par l intermédiaire d un éclateur d isolement. 6. MAINTENANCE Jusqu à présent la vérification d un tel éclateur était réalisée visuellement par les inspecteurs. En cas de défaillance en court-circuit on peut détecter un défaut sur l isolement de la protection cathodique, et entreprendre la recherche du défaut, ce qui peut être long. En cas de rupture de la gaine extérieure aucun défaut ne sera détectable classiquement. Comme ici dans le cas d un montage trop rigide Nous préconisons une maintenance préventive, au cours des campagnes complètes de vérification du SPF, en effectuant l opération suivante : - Démontage du brin souple de l éclateur, - Vérification de son isolement à l aide d un mégohmmètre, - Vérification de sa caractéristique de clamping par le testeur PM80 de DEHN. En cas de mauvais résultat (cas du EXFS100 R < 500 MΩ, U < 600V ou > 1000V) son remplacement devra être fait.

8 Etude foudre Eclateur d isolement Page 8 sur ANNEXE ECLATEUR D ISOLEMENT

9 Etude foudre Eclateur d isolement Page 9 sur 12 CELLULE DE POLARISATION PCRH Polarization Cell Replacement for Hazardous Locations by Dairyland Electrical Industries A solid state device which provides DC isolation & AC grounding up to a threshold of 3V. For Class I, Div 1 & 2 Harzardous Locations. PCRH Overview DEI offers two versions of the PCR for addressing hazardous (classified) locations: the standard PCR for Class I, Div 2 and Zone 2 areas, and the PCRH for Class I, Div 1 & 2 areas. Having been fully tested and listed by Underwriter s Laboratory (UL) to the US and Canadian standards, the device carries the UL mark and C-UL (Canada) mark. No other known company offers decouplers with third-party listings for hazardous locations. Features & Characteristics UL, C-UL listed explosion-proof design: unique to the industry. Uses the same solid-state internal construction as our industry standard PCR. Listed for use in Division 1 & 2 areas, Groups C, D. Listed as an effective grounding path per the NEC and CSA grounding standards. Offered with optional customized lead kits.

10 Etude foudre Eclateur d isolement Page 10 sur 12 Specifications Threshold -3/+1V -2/+2V Other voltages optional Voltage (standard) (optional) AC Steady-State Current (amperes rms) 60Hz 45A (standard) AC Steady-State Current (amperes rms) 50Hz 40A (standard) Lightning Surge Current 100kA crest (8 x 20 µs waveform) AC Fault Current (amperes rms) 60H z Model 1 cycle 3 cycles 10 cycles 30 cycles PCRH-3.7KA PCRH-10KA PCRH-15KA 6,500 20,000 35,000 5,000 15,000 27,000 4,200 12,000 21,000 3,700 10,000 15,000 AC Fault Current (amperes rms) 50 Hz Model 1 cycle 3 cycles 10 cycles 30 cycles PCRH-3.5KA PCRH-9KA PCRH-14KA 6,100 19,000 33,000 4,700 14,000 25,000 3,900 11,000 19,000 3,500 9,000 14,000 Environmental rating: NEMA 4 Hazardous (classified) areas: Per NEC, CSA: Class I, Division 1 & 2, Groups C, D Third-party listings and approvals: Underwriter s Laboratories (UL) Underwriter s Laboratories - Canada (C-UL)

11 Etude foudre Eclateur d isolement Page 11 sur 12 CALCUL PROBABILISTE Cas de la fuite accidentelle ÉVALUATION DES RISQUES Données du projeteur: Raison sociale: TelComTec Adresse: 30 rue Voltaire Ville: Taverny Code postal: Pays: F Nom du projeteur: R.Moutier Numéro Qualifoudre: Numéro de TVA: FR Numéro SIRET: Client: Client: BUTAGAZ Description de la structure: rack GPL Structure - Fréquence de foudroiement Ng: 4,53 Td: 44 - Utilisation principale: industriel - Type: isolé - Blindage: absent - Surface équivalente d'exposition A (m): 30 B (m): 1 H (m): 0,5 Hmax (m): Surface (m²): 130,07 - Particularité: pas applicable Lignes externe Ligne1: fictive Type: énergie - souterrain Caractéristique de la ligne Ligne de longueur (m): 10 Résistivité (ohm x m): 500 Blindage (ohm/km): pas de protection Position relative entouré d'objets plus hauts Facteur d'environnement rural Système intérieur: TE Type de câblage: boucle 0,5 m² Tension de tenue: 4,0 kv Parafoudres coordonnés: Absent Parafoudres arrivée ligne: Absent Zones Zone Z1: fuite Dangers particuliers: pas de risque Risque d'incendie: explosion Protections anti-incendie: pas de protection Blindage (ohm/km): absent Type de sol: agricole Protections contre les tensions de pas et de contact: pas de protection Systèmes intérieurs présents dans la zone: TE - Le système est relié à la ligne: fictive Calculs Zone Z1: fuite Nd: 5,89E-04 Nm: 9,59E-01 Pa: 1 Pb: 1 Pc: 1,00E+00 Pm: 1,00E-04 ra: 1,00E-02 r: 1 rf: 1,00E+00 h: 1,00E+00 Composantes du risque R1: Rb Rc Ru

12 Etude foudre Eclateur d isolement Page 12 sur 12 Valeurs des dommages R1: Lf: 1,14E-03 Lo: 1,14E-03 Lt: 0,0001 Valeurs des dommages - Détails R1: Lf: 1,14E-03 Nombre de personnes potentiellement en danger (victimes) : 1 Nombre total de personnes pouvant être présentes dans la structure : 1 Temps pendant lequel les personnes sont présentes dans une zone dangereuse à l'extérieur de la structure (heure/année): 10 R1: Lo: 1,14E-03 Nombre de personnes potentiellement en danger (victimes) : 1 Nombre total de personnes pouvant être présentes dans la structure : 1 Temps pendant lequel les personnes sont présentes dans une zone dangereuse à l'extérieur de la structure (heure/année): 10 R1: Lt: 0,0001 Nombre de personnes potentiellement en danger (victimes) : Nombre total de personnes pouvant être présentes dans la structure : Temps pendant lequel les personnes sont présentes dans une zone dangereuse à l'extérieur de la structure (heure/année): 10 Valeurs du risque R1 (b): 6,72E-07 R1 (c): 6,72E-07 R1 (u): 2,15E-10 Ligne:fictive Nl: 2,15E-04 Ni: 2,53E-02 Nda: 0,00E+00 Pc: 1,00E+00 Pm: 1,00E-04 Pu: 1,00E+00 Pv: 1,00E+00 Pw: 1,00E+00 Pz: 2,00E-01 Valeurs du risque R1 (u): 2,15E-10 R1 (v): 0,00E+00 R1 (w): 0,00E+00 R1 (z): 0,00E+00 Risque tolerable En prenant en compte la destination d'utilisation de la structure, sont présents les risque de : Perte de vie humaine La valeur Ra du risque tolérable est : Ra1 = 0,00001 pour le risque de type 1 Analyse du risque L'analyse des risques présents dans la structure, conduites sur la base des valeurs relatives des composantes du risque, a mise en évidence: Perte de vie humaine Le risque total R1 n'est pas plus grand que le risque tolérable Ra1; adopter des mesures de protection adéquates pour réduire le risque n'est donc pas nécessaire. Protections Zone Z1: fuite Aucune protection présente Ligne1: fictive Aucune protection présente Conclusions Puisque pour chaque type de risque présent dans la structure sa valeur totale n'excède pas le risque tolérable Ra, au sens du guide UTE , l'adoption de mesures de protection n'est pas nécessaire. SELON LE GUIDE UTE LA STRUCTURE EST AUTO PROTEGEE CONTRE LA FOUDRE.