Retour de flamme : Quand la foudre frappe en retour
Dans le monde de l'ingénierie électrique, le terme "retour de flamme" fait référence à un phénomène dangereux pouvant survenir lors d'une frappe de foudre. Ce n'est pas la foudre elle-même, mais plutôt un arc secondaire qui se forme le long d'une structure, généralement une tour de transmission, en raison d'une impédance élevée dans la tour ou son système de mise à la terre.
Imaginez que la foudre frappe une tour. L'électricité veut s'écouler vers le sol le plus rapidement possible. Cependant, si la tour ou son système de mise à la terre présente une impédance élevée (résistance à l'écoulement du courant électrique), le courant de foudre ne peut pas se rendre directement au sol. Au lieu de cela, il peut trouver un autre chemin - un chemin de moindre résistance.
C'est là qu'intervient le retour de flamme. Le courant de foudre peut remonter la tour, créant un arc secondaire, appelé retour de flamme. Cet arc peut se propager le long de la structure de la tour, causant potentiellement des dommages importants et constituant un danger sérieux pour le personnel et les équipements.
Pourquoi un retour de flamme se produit-il ?
Une impédance élevée peut résulter de divers facteurs :
- Mauvaise mise à la terre : La cause la plus fréquente de retour de flamme est une mise à la terre insuffisante de la tour. Si le système de mise à la terre présente une résistance élevée, le courant de foudre ne peut pas se dissiper suffisamment rapidement, ce qui entraîne un retour de flamme.
- Corrosion : Au fil du temps, la corrosion sur la structure de la tour ou les conducteurs de mise à la terre peut augmenter l'impédance, créant un chemin pour un retour de flamme.
- Conception de la tour : La conception de la tour elle-même peut influencer l'impédance. Certaines conceptions peuvent créer des points de concentration élevée pour le courant électrique, conduisant à un retour de flamme.
- Facteurs environnementaux : Des facteurs tels que les conditions du sol et l'humidité peuvent influencer l'efficacité du système de mise à la terre, contribuant à un retour de flamme.
Les dangers du retour de flamme
Le retour de flamme représente une menace sérieuse pour plusieurs raisons :
- Risque d'incendie : La chaleur intense générée par l'arc de retour de flamme peut facilement enflammer des matériaux inflammables près de la tour.
- Choc électrique : L'arc peut être extrêmement dangereux pour quiconque se trouve à proximité, provoquant potentiellement de graves brûlures ou même la mort.
- Dommages aux équipements : Le retour de flamme peut endommager la tour elle-même, ainsi que les équipements associés tels que les isolateurs, les transformateurs et les conducteurs.
Atténuation du retour de flamme
La prévention du retour de flamme nécessite une approche globale :
- Mise à la terre appropriée : Il est essentiel de garantir un système de mise à la terre à faible impédance. Cela inclut l'utilisation de conducteurs de mise à la terre épais et conducteurs et la garantie d'un bon contact entre les conducteurs et le sol.
- Inspections régulières : Inspecter régulièrement les tours et les systèmes de mise à la terre pour détecter la corrosion, les dommages ou tout autre facteur susceptible d'augmenter l'impédance.
- Conception de la tour : Envisager de concevoir des tours avec des caractéristiques qui minimisent le risque de retour de flamme, comme la minimisation des points à haute impédance et la garantie d'une bonne mise à la terre à tous les points de fixation.
- Systèmes de protection contre la foudre : La mise en œuvre de systèmes de protection contre la foudre tels que les parafoudres et les paratonnerres peut dévier le courant de foudre en toute sécurité vers le sol, réduisant ainsi le risque de retour de flamme.
En conclusion
Le retour de flamme est un danger sérieux qui peut survenir lors d'une frappe de foudre sur une tour. Il provient d'une impédance élevée dans la tour ou son système de mise à la terre, ce qui entraîne un arc secondaire qui se propage le long de la structure de la tour. Comprendre les causes et les dangers du retour de flamme est essentiel pour assurer la sécurité du personnel et des équipements. La mise en œuvre d'une mise à la terre adéquate, d'inspections régulières et de systèmes de protection contre la foudre peut atténuer considérablement le risque de retour de flamme, protégeant ainsi les vies et les infrastructures précieuses.
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Backflash Quiz
Instructions: Choose the best answer for each question.
1. What is "backflash" in the context of lightning strikes? a) The initial lightning strike itself. b) A secondary arc that forms along a structure due to high impedance. c) The sound of thunder following a lightning strike. d) The visual flash of lightning.
Answer
b) A secondary arc that forms along a structure due to high impedance.
2. Which of the following is NOT a common cause of backflash? a) Poor grounding b) Corrosion c) Strong wind gusts d) Tower design
Answer
c) Strong wind gusts
3. What is the primary hazard posed by backflash? a) Damage to surrounding vegetation b) Radio interference c) Fire hazard, electrical shock, and equipment damage d) Reduced visibility
Answer
c) Fire hazard, electrical shock, and equipment damage
4. Which of the following is NOT a recommended strategy for mitigating backflash? a) Using thick, conductive grounding conductors b) Regular inspection of towers and grounding systems c) Using thicker insulators on the tower d) Implementing lightning protection systems
Answer
c) Using thicker insulators on the tower
5. Why is a low-impedance grounding system crucial in preventing backflash? a) It attracts lightning strikes to the tower. b) It helps to quickly dissipate the lightning current to the ground. c) It enhances the insulation properties of the tower. d) It reduces the electromagnetic interference caused by lightning.
Answer
b) It helps to quickly dissipate the lightning current to the ground.
Backflash Exercise
Scenario:
You are inspecting a transmission tower that has experienced a recent lightning strike. You notice some signs of damage on the tower structure and a section of the grounding system appears corroded.
Task:
Based on your knowledge of backflash, identify at least three potential problems that could have contributed to the backflash event. Explain how these problems could have led to a secondary arc forming along the tower.
Exercice Correction
Here are some potential problems that could have contributed to the backflash event:
- Corrosion on the grounding system: The corrosion on the grounding system would have increased the impedance, hindering the rapid flow of lightning current to the ground. This increased impedance could have forced the lightning current to find an alternative path, leading to a backflash along the tower structure.
- Damaged tower structure: The damage to the tower structure might have created a high-impedance point, forcing the lightning current to deviate from its intended path through the grounding system. This deviation could have triggered a backflash along the tower.
- Inadequate grounding conductor size: The grounding conductors might have been insufficiently thick or conductive, increasing resistance and contributing to the impedance problem. This, in turn, could have facilitated the formation of a backflash.
In summary, the combination of corrosion, potential damage to the tower structure, and possibly inadequate grounding conductor size likely created high impedance, leading to the lightning current seeking an alternative path and causing a backflash along the tower.
Books
- Electrical Power Systems Quality by H. L. Willis, J. D. McDonald, and T. E. McDermott - This book provides a comprehensive overview of power system quality, including chapters on lightning protection and grounding.
- Lightning Protection by R. H. Golde - A classic textbook that covers various aspects of lightning protection, including the phenomenon of backflash.
- Transmission Line Design Handbook by J. P. Reilly - This handbook discusses the design of transmission lines and includes sections on lightning protection and grounding.
Articles
- "Backflashover: A Critical Issue in Transmission Line Design" by IEEE Transactions on Power Delivery - A technical article that delves into the intricacies of backflash in transmission lines.
- "Lightning Protection of Power Systems" by Power Engineering Journal - This article discusses various aspects of lightning protection, including the role of grounding and backflash prevention.
- "The Importance of Grounding for Lightning Protection" by Electrical Safety Journal - This article highlights the critical role of effective grounding in mitigating backflash and ensuring electrical safety.
Online Resources
- IEEE Power & Energy Society (PES): This organization provides a vast collection of technical resources, including articles, standards, and guidelines related to electrical power systems and lightning protection.
- National Electrical Code (NEC): The NEC is an important reference for electrical safety regulations, including provisions for lightning protection and grounding.
- Power Engineering Magazine: This online magazine publishes articles on various aspects of the power industry, including those related to lightning protection and backflash.
Search Tips
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