IEC 60099-5:1996
(Main)Surge arresters - Part 5: Selection and application recommendations - Section 1: General
Surge arresters - Part 5: Selection and application recommendations - Section 1: General
Provides recommendations for the selection and application of surge arresters to be used in three-phase systems with nominal voltages above 1kV. It applies to non-linear resistor type gapped surge arresters as defined in IEC 60099-1 and to gapless metal-oxide surge arresters as defined in IEC 60099-4. The contents of the corrigendum of April 1996 have been included in this copy.
Parafoudres - Partie 5: Recommandations pour le choix et l'utilisation - Section 1: Généralités
Comporte des recommandations pour le choix et l'emploi des parafoudres à utiliser sur des réseaux triphasés de tension nominale supérieure à 1kV. Elle concerne les parafoudres à résistance variable avec éclateurs conformes à la CEI 60099-1, ainsi que les parafoudres à oxyde métallique sans éclateur conformes à la CEI 60099-4. Le contenu du corrigendum d'avril 1996 a été pris en considération dans cet exemplaire.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
IEC Publication 99-5
Publication 99-5 de la CEI
(First edition - 1996)
(Première édition - 1996)
Surge arresters
Parafoudres
Part 5: Selection and application
Partie 5: Recommandations pour le choix
recommendations
et l’utilisation
C O R R I G E N D U M 1
Page 5
Page 4
FOREWORD
AVANT-PROPOS
Insert the following text between the first and
Ajoute
...
IEC 60099-5
Edition 1.1 2000-03
INTERNATIONAL
STANDARD
NORME
INTERNATIONALE
Surge arresters –
Part 5: Selection and application recommendations
Parafoudres –
Partie 5: Recommandations pour le choix et l'utilisation
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by
any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either IEC or
IEC's member National Committee in the country of the requester.
If you have any questions about IEC copyright or have an enquiry about obtaining additional rights to this publication,
please contact the address below or your local IEC member National Committee for further information.
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite
ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie
et les microfilms, sans l'accord écrit de la CEI ou du Comité national de la CEI du pays du demandeur.
Si vous avez des questions sur le copyright de la CEI ou si vous désirez obtenir des droits supplémentaires sur cette
publication, utilisez les coordonnées ci-après ou contactez le Comité national de la CEI de votre pays de résidence.
IEC Central Office
3, rue de Varembé
CH-1211 Geneva 20
Switzerland
Email: inmail@iec.ch
Web: www.iec.ch
About the IEC
The International Electrotechnical Commission (IEC) is the leading global organization that prepares and publishes
International Standards for all electrical, electronic and related technologies.
About IEC publications
The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC. Please make sure that you have the
latest edition, a corrigenda or an amendment might have been published.
ƒ Catalogue of IEC publications: www.iec.ch/searchpub
The IEC on-line Catalogue enables you to search by a variety of criteria (reference number, text, technical committee,…).
It also gives information on projects, withdrawn and replaced publications.
ƒ IEC Just Published: www.iec.ch/online_news/justpub
Stay up to date on all new IEC publications. Just Published details twice a month all new publications released. Available
on-line and also by email.
ƒ Electropedia: www.electropedia.org
The world's leading online dictionary of electronic and electrical terms containing more than 20 000 terms and definitions
in English and French, with equivalent terms in additional languages. Also known as the International Electrotechnical
Vocabulary online.
ƒ Customer Service Centre: www.iec.ch/webstore/custserv
If you wish to give us your feedback on this publication or need further assistance, please visit the Customer Service
Centre FAQ or contact us:
Email: csc@iec.ch
Tel.: +41 22 919 02 11
Fax: +41 22 919 03 00
A propos de la CEI
La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est la première organisation mondiale qui élabore et publie des
normes internationales pour tout ce qui a trait à l'électricité, à l'électronique et aux technologies apparentées.
A propos des publications CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est constamment revu. Veuillez vous assurer que vous possédez
l’édition la plus récente, un corrigendum ou amendement peut avoir été publié.
ƒ Catalogue des publications de la CEI: www.iec.ch/searchpub/cur_fut-f.htm
Le Catalogue en-ligne de la CEI vous permet d’effectuer des recherches en utilisant différents critères (numéro de référence,
texte, comité d’études,…). Il donne aussi des informations sur les projets et les publications retirées ou remplacées.
ƒ Just Published CEI: www.iec.ch/online_news/justpub
Restez informé sur les nouvelles publications de la CEI. Just Published détaille deux fois par mois les nouvelles
publications parues. Disponible en-ligne et aussi par email.
ƒ Electropedia: www.electropedia.org
Le premier dictionnaire en ligne au monde de termes électroniques et électriques. Il contient plus de 20 000 termes et
définitions en anglais et en français, ainsi que les termes équivalents dans les langues additionnelles. Egalement appelé
Vocabulaire Electrotechnique International en ligne.
ƒ Service Clients: www.iec.ch/webstore/custserv/custserv_entry-f.htm
Si vous désirez nous donner des commentaires sur cette publication ou si vous avez des questions, visitez le FAQ du
Service clients ou contactez-nous:
Email: csc@iec.ch
Tél.: +41 22 919 02 11
Fax: +41 22 919 03 00
IEC 60099-5
Edition 1.1 2000-03
INTERNATIONAL
STANDARD
NORME
INTERNATIONALE
Surge arresters –
Part 5: Selection and application recommendations
Parafoudres –
Partie 5: Recommandations pour le choix et l'utilisation
INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION
COMMISSION
ELECTROTECHNIQUE
PRICE CODE
INTERNATIONALE
CQ
CODE PRIX
ICS 29.120.50; 29.240.10 ISBN 2-8318-5066-5
– 2 – 60099-5 © CEI:1996+A1:1999
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 4
INTRODUCTION .6
Articles
SECTION 1: GÉNÉRALITÉS
1.1 Domaine d'application. 8
1.2 Références normatives . 8
1.3 Principes généraux d'utilisation des parafoudres. 8
1.4 Méthode générale pour le choix des parafoudres . 10
1.5 Tenue à la pollution de l'enveloppe du parafoudre . 14
SECTION 2: PARAFOUDRES À RÉSISTANCE VARIABLE AVEC ÉCLATEURS
SELON LA CEI 60099-1
2.1 Caractéristiques des parafoudres avec éclateurs . 16
2.2 Choix des parafoudres avec éclateurs, connectés entre phase et terre . 18
SECTION 3: PARAFOUDRES À OXYDE MÉTALLIQUE SANS ÉCLATEUR
SELON LA CEI 60099-4
3.1 Données caractéristiques des parafoudres à oxyde métallique sans éclateur. 28
3.2 Choix des parafoudres à oxyde métallique sans éclateur, connectés entre
phase et terre . 32
SECTION 4 UTILISATION DES PARAFOUDRES
4.1 Principe de la coordination des isolements . 44
4.2 Protection contre les surtensions à front lent . 44
4.3 Protection contre les surtensions de foudre . 48
SECTION 5: PARAFOUDRES DESTINÉS À UNE UTILISATION SPÉCIALE
5.1 Parafoudres pour neutres de transformateurs . 60
5.2 Parafoudres entre phases. 62
5.3 Parafoudres pour machines tournantes. 64
5.4 Autres utilisations particulières des parafoudres . 64
5.5 Parafoudres pour conditions de service anormales . 66
SECTION 6: INDICATEURS DE DIAGNOSTIC SUR SITE DE PARAFOUDRES
À OXYDE DE ZINC
6.1 Généralités . 66
6.2 Mesure du courant de fuite total. 80
6.3 Mesure du courant de fuite résistif ou des pertes actives . 82
6.4 Informations sur le courant de fuite fournies par le constructeur du parafoudre. 90
6.5 Résumé des méthodes de diagnostic. 94
Annexe A (informative) Détermination des surtensions temporaires causées
par des défauts à la terre . 96
Annexe B (informative) Pratique courante . 108
Annexe C (informative) Bibliographie . 110
60099-5 © IEC:1996+A1:1999 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD . 5
INTRODUCTION .7
Clause
SECTION 1: GENERAL
1.1 Scope . 9
1.2 Normative references. 9
1.3 General principles for the application of surge arresters . 9
1.4 General procedure for the selection of surge arresters. 11
1.5 Polluted housing arrester withstand . 15
SECTION 2: NON-LINEAR RESISTOR TYPE GAPPED SURGE ARRESTERS
ACCORDING TO IEC 60099-1
2.1 Characteristic data of gapped surge arresters. 17
2.2 Selection of gapped surge arresters phase-to-earth . 19
SECTION 3: GAPLESS METAL-OXIDE SURGE ARRESTERS
ACCORDING TO IEC 60099-4
3.1 Characteristic data of gapless metal-oxide surge arresters . 29
3.2 Selection of gapless metal-oxide surge arresters phase-to-earth . 33
SECTION 4: APPLICATION OF ARRESTERS
4.1 Principle of insulation co-ordination . 45
4.2 Protection from slow-front overvoltages . 45
4.3 Protection from lightning overvoltages . 49
SECTION 5: SURGE ARRESTERS FOR SPECIAL APPLICATION
5.1 Surge arresters for transformer neutrals . 61
5.2 Surge arresters between phases. 63
5.3 Surge arresters for rotating machines . 65
5.4 Further special applications of surge arresters. 65
5.5 Surge arresters for abnormal service conditions . 67
SECTION 6: DIAGNOSTIC INDICATORS OF METAL-OXIDE SURGE ARRESTERS
IN SERVICE
6.1 General. 67
6.2 Measurement of the total leakage current . 81
6.3 Measurement of the resistive leakage current or the power loss . 83
6.4 Leakage current information from the arrester manufacturer . 91
6.5 Summary of diagnostic methods . 95
Annex A (informative) Determination of temporary overvoltages due to earth faults. 97
Annex B (informative) Current practice. 109
Annex C (informative) Bibliography . 111
– 4 – 60099-5 © CEI:1996+A1:1999
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
___________
PARAFOUDRES –
Partie 5: Recommandations pour le choix et l'utilisation
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes
internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national
intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement
avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les
deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les
Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 60099-5 a été établie par le comité d'études 37 de la CEI:
Parafoudres.
Le texte de la présente norme annule et remplace la CEI 60099-1A, publiée en 1965.
La présente version consolidée de la CEI 60099-5 comprend la première édition (1996)
[documents 37/123/FDIS et 37/144/RVD], son corrigendum d'avril 1996 et son amendement 1
(1999) [documents 37/224/FDIS et 37/230/RVD].
Le contenu technique de cette version consolidée est donc identique à celui de l'édition de
base et à son amendement; cette version a été préparée par commodité pour l'utilisateur.
Elle porte le numéro d'édition 1.1.
Une ligne verticale dans la marge indique les textes modifiés par l'amendement 1 et le
corrigendum.
Les annexes A, B et C sont données uniquement à titre d'information.
60099-5 © IEC:1996+A1:1999 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
SURGE ARRESTERS –
Part 5: Selection and application recommendations
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 60099-5 has been prepared by IEC technical committee 37: Surge
arresters.
The text of this standard cancels and replaces IEC 60099-1A, published in 1965.
This consolidated version of IEC 60099-5 consists of the first edition (1996) [documents
37/123/FDIS and 37/144/RVD], corrigendum of April 1996, and its amendment 1 (1999)
[documents 37/224/FDIS and 37/230/RVD].
The technical content is therefore identical to the base edition and its amendment and has
been prepared for user convenience.
It bears the edition number 1.1.
A vertical line in the margin shows where the base publication has been modified by
amendment 1 and corrigendum.
Annexes A, B and C are for information only.
– 6 – 60099-5 © CEI:1996+A1:1999
INTRODUCTION
La présente partie de la CEI 60099 est destinée à permettre un choix et une mise en oeuvre
optimale des parafoudres dont les caractéristiques sont spécifiées dans la CEI 60099-1 et
la CEI 60099-4.
Des méthodes de calcul plus complexes que celles indiquées ici peuvent être utilisées pour
obtenir une détermination plus précise des impératifs du réseau considéré; il convient que ces
méthodes soient, cependant, conformes aux principes exposés dans la présente norme.
Les caractéristiques des parafoudres résultant de l'application de la présente norme seront
différentes d'un réseau à l'autre. Aucune application numérique particulière ne peut être
privilégiée. Il est probable, cependant, que pour certains réseaux, ou pour certains pays, les
exigences de fiabilité et la conception des réseaux sont assez uniformes pour que les
recommandations de la présente norme puissent se traduire par la définition de gammes
limitées de parafoudres. Les utilisateurs de parafoudres ne seront alors pas tenus de
reprendre pour chaque nouvelle installation toute la démarche exposée dans le présent
document et pourront se contenter de reproduire les choix relevant de la pratique antérieure.
Les valeurs chiffrées correspondantes pourront être introduites par les comités nationaux à
l'annexe B.
60099-5 © IEC:1996+A1:1999 – 7 –
INTRODUCTION
This part of IEC 60099 is intended to allow optimal selection and application of surge
arresters specified according to IEC 60099-1 and IEC 60099-4.
More complex calculation methods than those indicated here may be used in order to obtain
more precise determination of the requirement for the system concerned; however, these
calculations should be performed in accordance with the principles given in this standard.
The characteristics of surge arresters derived from the application of this standard are
different for different systems. No particular numerical value may be favoured. It is likely,
however, that for some systems, or in some countries, the system reliability requirements and
design are sufficiently uniform that the recommendations of the present standard may lead to
the definition of narrow ranges of arresters. The user of surge arresters will, in that case, not
be required to apply the whole process introduced here, to any new installation and he may
reproduce the selection of characteristics resulting from prior practice. Corresponding
numerals may be introduced by national authorities in annex B.
– 8 – 60099-5 © CEI:1996+A1:1999
PARAFOUDRES –
Partie 5: Recommandations pour le choix et l'utilisation
Section 1: Généralités
1.1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 60099 comporte des recommandations pour le choix et l'emploi
des parafoudres à utiliser sur des réseaux triphasés de tension nominale supérieure à 1 kV.
Elle concerne les parafoudres à résistance variable avec éclateurs conformes à la CEI 60099-1,
ainsi que les parafoudres à oxyde métallique sans éclateur conformes à la CEI 60099-4.
1.2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence
qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente partie de la CEI 60099.
Pour les références datées, les amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications
ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords fondés sur la présente
partie de la CEI 60099 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les
plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la
dernière édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de la CEI et de
l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur.
CEI 60071-1:1993, Coordination de l'isolement – Partie 1: Définitions, principes et règles
CEI 60071-2:1976, Coordination de l'isolement – Partie 2: Guide d'application
NOTE La troisième édition de cette norme est actuellement en cours de révision.
CEI 60099-1:1991, Parafoudres – Partie 1: Parafoudres à résistance variable avec éclateurs
pour réseaux à courant alternatif
CEI 60099-3:1990, Parafoudres – Partie 3: Essais de pollution artificielle des parafoudres
NOTE Ce Rapport Technique s'applique aux parafoudres avec éclateurs conformément à la CEI 60099-1.
CEI 60099-4:1991, Parafoudres – Partie 4: Parafoudres à oxyde métallique sans éclateur
pour réseaux à courant alternatif
CEI 600507:1991, Essais sous pollution artificielle des isolateurs pour haute tension destinés
aux réseaux à courant alternatif
CEI 60815:1986, Guide pour le choix des isolateurs sous pollution.
1.3 Principes généraux d'utilisation des parafoudres
La CEI 60071-1 spécifie des tensions de tenue pour les deux gammes suivantes de tensions
les plus élevées pour le matériel:
– gamme I: tension supérieure à 1 kV et inférieure ou égale à 245 kV
– gamme II: tension supérieure à 245 kV
60099-5 © IEC:1996+A1:1999 – 9 –
SURGE ARRESTERS –
Part 5: Selection and application recommendations
Section 1: General
1.1 Scope
This part of IEC 60099 provides recommendations for the selection and application of surge
arresters to be used in three-phase systems with nominal voltages above 1 kV. It applies to
non-linear resistor type gapped surge arresters as defined in IEC 60099-1 and to gapless
metal-oxide surge arresters as defined in IEC 60099-4.
1.2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,
constitute provisions of this part of IEC 60099. For dated references, subsequent amend-
ments to, or revisions of, any of these publications do not apply. However, parties to
agreements based on this part of IEC 60099 are encouraged to investigate the possibility of
applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of IEC
and ISO maintain registers of currently valid International Standards.
IEC 60071-1:1993, Insulation co-ordination – Part 1: Definitions, principles and rules
IEC 60071-2:1976, Insulation co-ordination – Part 2: Application guide
NOTE The third edition of this standard is presently under revision.
IEC 60099-1:1991, Surge arresters – Part 1: Non-linear resistor type gapped surge arresters
for a.c. systems
IEC 60099-3:1990, Surge arresters – Part 3: Artificial pollution testing of surge arresters
NOTE This Technical Report applies to gapped surge arresters according to IEC 60099-1.
IEC 60099-4:1991, Surge arresters – Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c.
systems
IEC 60507:1991, Artificial pollution tests on high-voltage insulators to be used on a.c.
systems
IEC 60815:1986, Guide for the selection of insulators in respect of polluted conditions
1.3 General principles for the application of surge arresters
IEC 60071-1 specifies withstand voltages for two ranges of highest voltages for equipment:
– range I: above 1 kV to 245 kV included
– range II: above 245 kV
– 10 – 60099-5 © CEI:1996+A1:1999
Dans les réseaux aériens ou mixtes de la gamme I, les matériels sont surtout menacés par les
coups de foudre induits et directs sur les lignes aériennes auxquelles ils sont raccordés. Dans
les réseaux souterrains qui ne sont pas raccordés à des lignes aériennes, les surtensions les
plus susceptibles de se produire sont occasionnées par des défauts ou des manoeuvres.
Il est possible, cependant, que, dans des circonstances peu fréquentes, des surtensions
soient induites par des coups de foudre. Dans les réseaux de la gamme II, en plus des
facteurs cités pour la gamme I, les surtensions de manoeuvre deviennent importantes, et ce
d'autant plus que la tension du réseau est élevée. Les surtensions peuvent provoquer des
contournements et des dégâts sérieux aux matériels, et par là-même compromettre
l'alimentation en énergie des usagers. Il est indispensable d'empêcher cela par une
coordination appropriée entre les parafoudres et la tenue de l'isolation. ll est donc recommandé
d'utiliser des parafoudres lorsqu'il peut se produire des surtensions de foudre ou de fortes
surtensions de manoeuvre susceptibles d'être dangereuses pour le matériel.
Il est souhaitable que ces parafoudres soient des éléments fiables du réseau. Ils sont conçus
de façon à pouvoir supporter les tensions et les courants qui s'écouleront à travers eux avec
une fiabilité suffisamment grande qui prenne en compte la pollution et d'autres problèmes
relatifs au site. Pour chaque catégorie de réseaux, ces contraintes de tension sont (voir la
CEI 60071-1):
– la tension de service;
– les surtensions temporaires;
– les surtensions à front lent;
– les surtensions à front rapide;
les surtensions à front lent dues à des manoeuvres ayant une importance particulière pour les
parafoudres protégeant des matériels de la gamme II.
D'une façon générale, une bonne protection des matériels et l'emploi de parafoudres de
tensions assignées élevées sont des exigences contradictoires. Le choix d'un parafoudre
convenable est donc un processus d'optimisation qui doit prendre en compte un grand
nombre de paramètres relatifs au réseau et aux matériels.
Les parafoudres à oxyde métallique sans éclateur sont particulièrement bien adaptés pour les
réseaux à neutre à la terre parce qu'ils offrent une meilleure protection contre les surtensions
à front lent. Dans ces réseaux, l'utilisation de parafoudres a tendance à se porter
essentiellement sur les parafoudres à oxyde métallique. Les parafoudres avec éclateurs
peuvent offrir des avantages dans quelques réseaux à neutre isolé ou mis à la terre par
bobine de compensation, pour lesquels les surtensions temporaires dues à un défaut à la
terre peuvent être de longue durée et lorsqu'un bas niveau de protection est demandé. Outre
le fait qu'il a été traditionnellement utilisé dans toutes les gammes de tensions, l'utilisation de
ce type de parafoudre peut se révéler adaptée aux réseaux de la gamme I, en particulier pour
les tensions les plus basses de la gamme.
1.4 Méthode générale pour le choix des parafoudres
La procédure itérative suivante, décrite dans l'organigramme de la figure 1, est recommandée
pour le choix des parafoudres:
– déterminer la tension de régime permanent du parafoudre en fonction de la tension de
service la plus élevée du réseau;
– déterminer la tension assignée du parafoudre en fonction des surtensions temporaires;
60099-5 © IEC:1996+A1:1999 – 11 –
For range I systems containing overhead lines, the main risk to equipment arises from
induced and direct lightning strokes to the connected overhead lines. In cable systems not
connected to overhead lines, overvoltages due to faults or switching operations are most
likely to occur. In rare cases, however, lightning induced overvoltages may also be generated.
In systems of range II, in addition to range I factors, switching overvoltages become
important, increasing with higher system voltages. Overvoltages may cause flashovers and
serious damage to the equipment and thereby jeopardize the supply of power to users. It is
essential to prevent this by the proper co-ordination of surge arresters with the insulation. It
is, therefore, recommended to use surge arresters if there are possibilities of lightning
overvoltages or high switching overvoltages which may be dangerous to the equipment.
These surge arresters should constitute a reliable part of the system. They are designed to
withstand the voltages and the resulting currents through them with a sufficiently high
reliability taking into account pollution and other site matters. In each system such voltage
stresses are (see IEC 60071-1):
– operating voltage;
– temporary overvoltages;
– slow-front overvoltages;
– fast-front overvoltages;
where the slow-front overvoltages due to switching are of particular importance for arresters
protecting range II equipment.
As a general principle, the best protection of equipment and high surge arrester rated
voltages are contradicting requirements. Thus the selection of an adequate arrester consti-
tutes an optimization process, which has to consider a great number of system and equipment
parameters.
Gapless metal-oxide surge arresters are of particular advantage for earthed neutral systems,
because they offer better protection against slow-front overvoltages. This arrester type is
today widely installed in these systems and the application of arresters for such systems
tends to concentrate on metal-oxide surge arresters. In some isolated or resonant earthed
neutral systems, where earth fault temporary overvoltages may have long durations, gapped
surge arresters may offer advantages, if protective levels are required to be low. While being
the surge arrester traditionally used in all voltage ranges, the consideration of gapped
arresters may be adequate for systems of range I, especially in the lower voltage range.
1.4 General procedure for the selection of surge arresters
The following iterative procedure, shown in the flow diagram of figure 1, is recommended for
the selection of surge arresters:
– determine the continuous operating voltage of the arrester with respect to the highest
system operating voltage;
– determine the rated voltage of the arrester with respect to the temporary overvoltages;
– 12 – 60099-5 © CEI:1996+A1:1999
Figure 1 – Organigramme pour le choix des parafoudres
60099-5 © IEC:1996+A1:1999 – 13 –
Figure 1 – Flow diagram for the selection of surge arresters
– 14 – 60099-5 © CEI:1996+A1:1999
– estimer l'amplitude et la probabilité des courants de décharge de foudre prévisibles à
travers le parafoudre, déterminer les contraintes liées à la décharge des lignes de
transport et sélectionner le courant nominal de décharge, la valeur du choc de courant de
grande amplitude et la classe de décharge de ligne du parafoudre;
NOTE Si des valeurs de courant de grande amplitude différentes des valeurs normalisées sont nécessaires
(voir la note du tableau 6 de la CEI 60099-4), ces valeurs doivent être choisies en fonction du courant de
décharge de foudre.
– sélectionner la classe de limiteur de pression du parafoudre en fonction du courant de
défaut prévisible;
– sélectionner un parafoudre adapté aux exigences formulées ci-dessus;
– déterminer les caractéristiques de protection aux chocs de manoeuvre et de foudre;
– placer le parafoudre aussi près que possible du matériel à protéger;
– déterminer la tension de tenue de coordination aux chocs de manoeuvre du matériel
protégé, en tenant compte des surtensions à front lent représentatives et de la
configuration du réseau;
– déterminer la tension de tenue de coordination aux chocs de foudre, en prenant en
considération:
• la surtension de foudre incidente représentative telle que définie par le comportement
vis-à-vis de la foudre de la ligne aérienne à laquelle est raccordé le parafoudre et le
taux de défaillance acceptable du matériel protégé;
• la configuration du poste;
• la distance entre le parafoudre et le matériel protégé;
– déterminer le niveau d'isolement assigné du matériel selon la CEI 60071-1;
– si l'on désire que le niveau d'isolement assigné du matériel soit moins élevé que celui
obtenu, il est recommandé d'étudier des solutions telles que le choix d'une tension de
régime permanent moins élevée, d'une tension assignée moins élevée, d'un courant
nominal de décharge plus élevé, d'une classe de décharge de ligne plus élevée, d'une
conception différente de parafoudre ou une réduction de la distance entre le parafoudre et
le matériel protégé.
NOTE Une tension de service permanent ou une tension assignée moins élevée peut diminuer la fiabilité en
service des parafoudres.
Cette procédure itérative est détaillée dans les sections 2, 3 et 4 de ce document.
1.5 Tenue à la pollution de l'enveloppe du parafoudre
Les dépôts de pollution sur l'enveloppe peuvent causer des amorçages ou une augmentation
de température des dispositifs de répartition de tension dans les parafoudres avec éclateurs
et une forte augmentation de température des varistances dans les parafoudres à oxyde
métallique. Afin de se prémunir contre les défaillances de parafoudres dans les zones
polluées, il faut choisir des parafoudres capables de supporter les conditions de pollution
locales. Bien que cela ne soit pas spécifié de manière explicite dans la CEI 60099-1 et la
CEI 60099-4, il convient que les parafoudres utilisés dans des conditions de service normales
résistent aux contraintes du niveau de pollution II (pollution moyenne) définies dans la
CEI 60071-2. Si l'endroit où le parafoudre est installé est soumis à un niveau de pollution plus
élevé, ceci risque de diminuer l'efficacité du parafoudre. Si l'on utilise des parafoudres de
conception inadéquate dans des zones fortement polluées (niveau III) ou très fortement
polluées (niveau IV), un lavage ou un graissage périodique peut se révéler efficace pour se
prémunir contre les effets mentionnés ci-dessus.
Lorsqu'on a l'intention d'effectuer un lavage sous tension, il est nécessaire de s'assurer que
les parafoudres ont été conçus pour de telles conditions de fonctionnement.
60099-5 © IEC:1996+A1:1999 – 15 –
– estimate the magnitude and probability of the expected lightning discharge currents
through the arrester, determine the transmission line discharge requirements and select
the nominal discharge current, the high current impulse value and the line discharge class
of the arrester;
NOTE If high current impulse values different from the standardized values are necessary (see IEC 60099-4,
table 6, note), these values should be selected according to the lightning discharge current.
– select the pressure relief class of the arrester with respect to the expected fault current;
– select a surge arrester that fulfils the above requirement;
– determine the lightning and switching impulse protection characteristics of the arrester;
– locate the arrester as close as possible to the apparatus to be protected;
– determine the co-ordination switching impulse withstand voltage of the protected equipment
taking into account the representative slow-front overvoltages and system layout;
– determine the co-ordination lightning impulse withstand voltage considering:
• the representative impinging lightning overvoltage surge as determined by the lightning
performance of the overhead line connected to the arrester and the acceptable failure
rate of the protected equipment;
• the substation layout;
• the distance between surge arrester and protected equipment;
– determine the rated insulation level of the equipment from IEC 60071-1;
– if a lower rated insulation level of the equipment is desired, then a lower continuous
operating voltage, a lower rated voltage, a higher nominal discharge current, a higher line
discharge class, a different arrester design or a reduced distance between arrester and
protected object should be investigated.
NOTE A lower continuous operating voltage or a lower rated voltage may reduce the service reliability of the
arresters.
Details of this iterative procedure are given in sections 2, 3 and 4 of this document.
1.5 Polluted housing arrester withstand
Pollution on the arrester housing may cause sparkover or temperature increase of grading
components in gapped arresters and high temperature increase of the varistors in metal-oxide
arresters. To prevent arrester failures in polluted areas, arresters able to withstand the relevant
polluted conditions have to be chosen. Although not explicitly specified in IEC 60099-1 and
IEC 60099-4, arresters used in normal operating conditions should withstand the medium
pollution stresses according to pollution level II of IEC 60071-2. If the arrester installation
area is subjected to a higher pollution, the surge arrester performance may be adversely
affected. If arresters of inadequate design are used in heavy (pollution level III) or very heavy
(pollution level IV) polluted areas, periodic cleaning or greasing may be effective in preventing
the events stated above.
When live washing of arresters is intended, arresters designed for such service conditions are
required.
– 16 – 60099-5 © CEI:1996+A1:1999
Section 2: Parafoudres à résistance variable avec éclateurs
selon la CEI 60099-1
2.1 Caractéristiques des parafoudres avec éclateurs
2.1.1 Généralités
Les caractéristiques fondamentales des parafoudres avec éclateurs série sont leur tension
assignée, leurs tensions d'amorçage, leurs courants nominaux de décharge et leurs tensions
résiduelles à ces courants.
La protection est caractérisée par les tensions d'amorçage au choc sur front et au choc de
foudre ainsi qu'aux chocs de manoeuvre lorsque cela est nécessaire; elle est aussi
caractérisée par les tensions résiduelles au courant nominal de décharge et éventuellement
aux courants de choc de manoeuvre. Pour une tension assignée donnée, il existe différents
types de parafoudres et, par conséquent, différents niveaux de protection.
D'autres caractéristiques des parafoudres sont à prendre en considération: tension de régime
permanent, classe de décharge de longue durée, classe de limiteur de pression, tenue sous
pollution, aptitude au lavage sous tension et propriétés mécaniques particulières.
2.1.2 Tension assignée
Valeur maximale admissible de la tension efficace à fréquence industrielle entre les bornes du
parafoudre, pour laquelle ce dernier a été conçu pour fonctionner correctement, suivant les
conditions de l'essai de fonctionnement. La tension assignée est utilisée comme un paramètre
de référence pour la spécification des caractéristiques de fonctionnement.
NOTE Certains parafoudres destinés aux réseaux de la gamme II sont conçus pour désamorcer à des tensions à
fréquence industrielle supérieures à la tension assignée. Cette tension est généralement appelée «tension de
désamorçage en surtension temporaire». La CEI 60099-1 ne spécifiant aucun essai susceptible de démontrer le
fonctionnement correct de tels parafoudres, il est recommandé que les modalités d'essai et d'utilisation fassent
l'objet d'un accord entre l'utilisateur et le fabricant.
Dans certains cas, par exemple pour l'essai de pollution selon la CEI 60099-3, il convient de
connaître la valeur maximale de la tension efficace à fréquence industrielle qui peut être
appliquée de manière permanente entre les bornes du parafoudre. Pour les parafoudres
destinés à protéger les matériels de la gamme I selon la CEI 60071-1, cette tension peut être
égale à la tension assignée du parafoudre. Elle lui est généralement inférieure dans le cas
des parafoudres de la gamme II. La CEI 60099-1 ne spécifiant aucun essai pour fixer la
valeur de cette tension, il convient de se procurer la valeur à utiliser auprès du fabricant.
2.1.3 Niveau de protection d'un parafoudre
Le niveau de protection aux chocs de foudre est la plus élevée des valeurs suivantes:
– tension d'amorçage au choc de foudre normal;
– tension résiduelle au courant nominal de décharge.
NOTE Lorsqu'on s'intéresse à la protection des matériels contre les surtensions à front rapide, on considère que
l'isolation immergée dans l'huile des transformateurs a une tenue supérieure d'au moins 15 % à sa tenue au choc
de foudre en onde pleine pour des surtensions de durée inférieure à 3 μs. Par conséquent, les tensions maximales
spécifiées dans la CEI 60099-1, tableau 8, pour l'amorçage au choc sur front sont supérieures de 15 % à celles
pour le choc de foudre normal.
D'autres types d'isolation, comme dans les transformateurs de mesure, les câbles ou les postes sous enveloppe
métallique et à isolation gazeuse, peuvent avoir des caractéristiques de tenue différentes, et la tension d'amorçage
au choc sur front peut alors nécessiter une attention particulière.
60099-5 © IEC:1996+A1:1999 – 17 –
Section 2: Non-linear resistor type gapped surge arresters according to
IEC 60099-1
2.1 Characteristic data of gapped surge arresters
2.1.1 General
Basic characteristics of surge arresters with series spark gaps are their rated voltage, their
sparkover voltages, their nominal discharge currents and their residual voltages at these
currents.
The protective performance is characterized by the sparkover voltages for front-of-wave,
lightning impulse and, when applicable, switching impulses; and is also characterized by the
residual voltages at nominal discharge current and, when applicable, at switching impulse
currents. For a given rated voltage, different types of arresters and, therefore, different
protection levels exist.
Additional characteristics of an arrester to be considered are continuous operating voltage,
long duration discharge class, pressure relief class, pollution withstand capability, live
washing capability and special mechanical properties.
2.1.2 Rated voltage
The maximum permissible r.m.s. value of the power frequency voltage between the arrester
terminals, at which it is designed to operate correctly as established in the operating duty test.
The rated voltage is used as a reference parameter for the specification of operating
characteristics.
NOTE Some types of arresters to be used in range II are designed to reseal at power frequency voltages higher
than the rated voltage. This voltage is generally called the "temporary overvoltage reseal voltage". Since
IEC 60099-1 does not specify tests to assure the correct operation of such arresters, test details and application
should be agreed between user and manufacturer.
In some cases, e.g. for the pollu
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
Loading comments...