Les tours parafoudre et les tours intercepteurs de foudre sont deux dispositifs typiques dans les systèmes électriques et les systèmes de protection contre la foudre des bâtiments. Bien que les deux servent à la protection contre la foudre, ils diffèrent fondamentalement par leur forme structurelle, leur mécanisme de fonctionnement et leurs scénarios applicables.
Physiquement, une tour parafoudre se caractérise par un ou plusieurs conducteurs métalliques érigés au-dessus de l'objet protégé. Ces conducteurs sont généralement posés le long de la ligne électrique et fixés à haute altitude par une haute tour de support. La structure de la tour elle-même ne sert généralement pas de point principal d'interception de la foudre ; sa fonction principale est de soutenir le conducteur du parafoudre, formant un bouclier aérien.
Une tour d’interception de foudre, quant à elle, apparaît comme un ensemble de composants métalliques saillants, indépendants ou fixés au sommet d’un bâtiment. Les formes courantes incluent les poteaux métalliques, les bandes, les filets ou les fils. Sa principale caractéristique structurelle est un ensemble de plusieurs pointes ou arêtes vives ; ces structures ponctuelles - ont un effet préférentiel sur la distorsion du champ électrique spatial. Contrairement aux pylônes qui transportent simplement des lignes aériennes, la tour d’interception de foudre elle-même est conçue pour intercepter directement les courants de foudre.
Au niveau du mécanisme de travail, le principe de fonctionnement d'une tour parafoudre dépend de sa hauteur d'installation et de l'angle de blindage calculé. Lorsqu'un leader sous le vent se développe vers le bas, le paratonnerre érigé au-dessus de la ligne ou de l'installation protégée, en raison de sa position plus élevée, fait que l'intensité du champ électrique environnant atteint d'abord la valeur critique pour le claquage de l'air, attirant ainsi le leader vers lui. Le courant de foudre est ensuite conduit vers le sol à travers la tour et le système de mise à la terre. Ce processus réalise essentiellement une « interception » grâce à la priorité spatiale, protégeant la zone située en dessous.
Le mécanisme de fonctionnement d’une tour parafoudre se concentre davantage sur l’utilisation de l’effet collecteur de la distorsion du champ électrique. La densité de charge près d'une pointe métallique est beaucoup plus élevée que sur une surface plane, ce qui permet à l'air près de la pointe de s'ioniser plus facilement et de former un leader orienté vers le haut-dans les mêmes conditions de champ électrique atmosphérique. Ce leader ascendant fusionne avec le leader de foudre descendant pour former un canal de décharge complet. Son efficacité n’est pas seulement liée à la hauteur mais aussi au nombre, à la répartition et à la géométrie des pointes.
En termes d'application, les systèmes de pylônes paratonnerres servent principalement à protéger les installations d'extension linéaire, généralement des lignes de transport à haute tension-. Il fournit un couloir de protection continu le long du tracé de la ligne, offrant une efficacité économique élevée et réduisant efficacement les accidents de déclenchement de ligne causés par la foudre. La plage de protection des dispositifs de protection contre la foudre peut être calculée à l'aide de la méthode de la sphère roulante ou de la méthode de la ligne brisée pour former une zone de protection en forme de bande-.
Les tours parafoudre sont plus souvent utilisées pour la protection clé de régions telles que des points ou des zones, telles que des tours de communication indépendantes, des zones de réservoirs de pétrole, des bâtiments historiques ou des installations importantes. En fonction de la zone, de l'importance et du risque de foudre de l'objet protégé, les tours parafoudre peuvent être disposées sous forme de tours simples, de tours multiples ou en réseau. Leur conception doit prendre en compte de manière globale le rayon de protection, la résistance de mise à la terre et l'isolation de l'objet protégé.
Une idée fausse très répandue concernant ces deux types d’appareils est qu’ils peuvent « éliminer » la foudre. En fait, aucun dispositif de protection contre la foudre ne peut empêcher les nuages d’orage de générer ou d’éliminer la foudre. Leur fonction principale est de fournir un chemin contrôlable à faible impédance-pour guider en toute sécurité l'énorme courant de foudre vers le sol, empêchant le courant de choisir au hasard un chemin qui pourrait endommager l'équipement ou mettre en danger la sécurité. Un autre point technique clé est que, quel que soit le type de tour utilisé, il doit être utilisé conjointement avec un système de mise à la terre diversifié à faible impédance pour décharger rapidement le courant et égaliser la tension, empêchant ainsi le retour de flamme potentiel à la terre.
Dans les applications d’ingénierie réelles, les deux ne s’excluent pas mutuellement. Par exemple, une sous-station peut utiliser des pylônes paratonnerres pour protéger les lignes aériennes à son extrémité entrante, tout en installant des tours parafoudre indépendantes autour des zones d'équipement importantes telles que les transformateurs et les postes de commutation au sein de la sous-station. Cette application combinée permet d'obtenir une couverture de protection complète depuis la ligne jusqu'à la zone de la sous-station. En termes de sélection des matériaux, l'acier galvanisé est largement utilisé en raison de sa résistance à la corrosion et de son économie, tandis que l'acier cuivré ou les alliages d'aluminium sont utilisés dans certains cas avec des exigences particulières en matière de résistance à la corrosion ou de conductivité.
La protection contre la foudre est un projet systématique. Comme il existe différents types de parafoudres, le choix de la technologie des pylônes paratonnerres et des pylônes parafoudres dépend en fin de compte des caractéristiques géométriques de l'objet protégé, de son niveau d'importance, de l'intensité de l'activité orageuse locale et des contraintes économiques. Comprendre leurs principes de fonctionnement respectifs et leurs limites applicables est fondamental pour une conception efficace de protection contre la foudre, dont l'objectif fondamental est de gérer les risques posés par ce phénomène de décharge à haute énergie-dans la nature par le biais de conseils plutôt que de confrontation.