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Les appareils de protection contre les surtensions sont des composants utilisés dans les systèmes de données et d’alimentation pour sécuriser le matériel. Ils sont affectés dans les circuits à faible puissance. Cependant, leur fonction est de prévenir la destruction ou la perturbation due à des surtensions transitoires.
Les SPD transforment les surtensions électriques ou des impulsions en agissant comme un parcours à faible résistance. Ainsi, les voltages transitoires sont transformés en courants et redirigés le long du sol. Cela permet de réduire l’assaut sur la ligne de transmission. Ces dispositifs sont connectés en parallèle aux circuits d’alimentation des charges qu’ils sont censés protéger. C’est la méthode de protection contre les tensions non équilibrées la plus largement utilisée et la plus efficace.
Les surtensions transitoires sont induites par l’opération d’allumage et d’extinction des charges électriques dans un bâtiment, ainsi que le couplage magnétique et inductif causé par la formation de champs magnétiques lorsque de grands courants circulent. Les décharges électriques statiques et les orages peuvent également provoquer des surtensions. Comme la foudre est une source importante de brouillage électromagnétique dans les systèmes électriques.
Il existe deux types de coups de foudre :
1.La voie de la foudre est directement connectée aux lignes de transmission d’énergie du réseau électrique.
2.Le couplage électromagnétique d’énergie dans les conducteurs du réseau électrique est causé par l’énergie radiante d’éclairs proches.
Le principe de fonctionnement des Appareils de Protection contre les Surtensions (SPD) est axé sur la protection des systèmes électriques contre les surtensions transitoires, également appelées surtensions. Le concept principal est de limiter ces pics de tension en déversant ou en limitant le courant de surtension. Voici comment cela fonctionne :
Varistor à oxyde métallique (MOV) : L’un des composants les plus courants dans un SPD est le varistor à oxyde métallique. Un varistor est un composant électronique dont la résistance varie avec le voltage appliqué, présentant une caractéristique de courant-voltage non linéaire, non ohmique. Lorsque le voltage est normal, le MOV a une très haute résistance, permettant au système électrique de fonctionner normalement. Cependant, lors d’un événement de surtension, la résistance du MOV diminue considérablement, devenant très faible. Ce changement permet au MOV d'”absorber” le voltage excessif puis d’agir comme un “parallèle” en déversant le courant excessif loin de la charge protégée et de le diriger en toute sécurité vers la terre.
Comment les SPD déversent le courant : 1. Lorsqu’un pic de tension survient, le SPD réagit rapidement, créant un parcours à faible impedance (faible résistance) vers la terre. 2. Ceci déroute le courant d’impulsion loin des charges critiques. 3. En déversant le courant, le SPD réduit également le voltage résultant subi par l’équipement connecté à un niveau plus sûr.
Autres composants des SPD : Les SPD peuvent également utiliser des Tubes à Décharge de Gaz (TDG), des Diodes à Avalanche de Silicium (DAS), ou des Diodes de Suppression de Voltage Transitoire (SVT), en fonction de la conception spécifique et des exigences de protection.
Résultat de l’action des SPD : En fonctionnant de cette manière, les SPD protègent les appareils électroniques sensibles des pics de tension causés par les coups de foudre, les surtensions d’alimentation et d’autres types de perturbations électriques. L’objectif est d’empêcher ces transitoires de causer des dommages ou des problèmes de fonctionnement, en prolongeant la durée de vie de l’équipement et en assurant sa fonctionnalité.
Sélection d’un SPD : La sélection appropriée d’un SPD est basée sur plusieurs facteurs, y compris l’emplacement dans le système électrique, les types de surtensions prévues et la vulnérabilité de l’équipement connecté. Les critères de sélection impliquent le Voltage de Fonctionnement Continu Maximal (VFCM) du SPD, le Courant de Décharge Nominal (Icn) et le Rang de Protection de Voltage (RVP), entre autres paramètres.
1. SPD de type 1
Les SPD de type 1 sont installés à l’entrée de service du système électrique d’un bâtiment. Leur principale fonction est de protéger contre les grandes surtensions, provenant généralement de sources externes, telles que des coups de foudre directs. Ils constituent la première ligne de défense et peuvent dissiper des impacts à haute énergie. En termes d’installation, les SPD de type 1 sont montés sur le côté de la ligne du tableau d’entrée principale de service, entre le poteau d’alimentation et l’endroit où le service électrique entre dans le bâtiment.
2. SPD de type 2
Les SPD de type 2 sont utilisés sur le tableau de distribution principal (ou sur les sous-tableaux de distribution) et sont conçus pour gérer les surtensions qui proviennent de l’intérieur du bâtiment, telles que celles causées par l’allumage et l’extinction de grands équipements. Ces SPD fournissent une protection aux circuits et appareils en aval et sont particulièrement importants pour la protection des équipements électroniques sensibles. Ils gèrent les surtensions que les SPD de type 1 peuvent ne pas entièrement dévier, capturant de plus petits surtensions répétitifs qui pourraient sinon endommager ou dégrader les appareils connectés au fil du temps.
3. SPD de type 3
Les SPD de type 3 sont installés à la pointe d’utilisation – proche des appareils qu’ils sont censés protéger, tels que les ordinateurs, les téléviseurs ou autres appareils électroniques. Ils sont généralement utilisés en conjonction avec les SPD de type 2 pour une stratégie de protection plus complète. Ils sont conçus pour supprimer l’énergie de surtension restante après que les SPD de type 2 aient fonctionné, traitant ainsi les surtensions qui pénètrent dans les pièces d’équipement individuels.
4. SPD de type combiné 1+2
Certains SPD combinent les caractéristiques des dispositifs de types 1 et 2. Ces SPD de type 1+2 peuvent protéger l’ensemble des installations électriques contre les coups de foudre en déchargeant le courant et sont adaptés pour les lieux à forte densité de coups de foudre.
1. Flux de protection élevé : Les SPD sont conçus pour gérer de grands courants de surtension, les déversant efficacement pour éviter les dommages au système électrique et aux appareils connectés.
2. Pression résiduelle extrêmement faible :Le voltage résiduel, ou voltage de passage, après que le SPD a agi est maintenu aussi faible que possible. Il s’agit du voltage que l’équipement va réellement subir pendant un événement de surtension, et le garder faible est essentiel pour la protection.
3. Temps de réponse rapide : Les SPD réagissent rapidement pour lutter contre les surtensions, souvent en quelques nanosecondes, ce qui est crucial pour protéger l’équipement contre le début rapide des pics de tension.
4. Technologie d’extinction d’arc : Les SPD modernes utilisent des technologies d’extinction d’arc avancées pour prévenir tout danger d’incendie qui pourrait potentiellement survenir à la suite d’événements de surtension.
5. Circuit de protection contre les températures élevées : Un circuit intégré qui surveille la température empêche la surchauffe des composants SPD, assurant la stabilité et évitant la fuite thermique ou les dommages.
6. Protection thermique intégrée : Les SPD ont souvent des fusibles thermiques ou des mécanismes similaires pour déconnecter le SPD du circuit en cas de surchauffe, offrant une couche supplémentaire de sécurité.
7. Voltage de fonctionnement continu maximal (VFCM) : Le plus haut voltage que le SPD peut endurer en continu sans dégradation ou panne, signifie la capacité du SPD à gérer les fluctuations de voltage normales.
8. Rang de protection de voltage (RVP) : Ce classement indique le plus haut voltage qui sera délivré aux équipements connectés pendant un événement de surtension après que le SPD a fonctionné.
Le domaine des ‘Dispositifs de protection contre les surtensions’ englobe un large spectre de types et d’applications adaptés aux besoins variés, allant de l’échelle domestique à l’échelle industrielle. Choisir le bon SPD nécessite une compréhension globale de la technologie sous-jacente, de ses applications et de la conformité aux normes de l’industrie.
Ces dispositifs sont utiles pour prévenir la perte ou l’endommagement de matériels sensibles, mais ils sont également essentiels pour la sécurité. La protection contre les surtensions est nécessaire pour tout commerce, bâtiment industriel ou public alimenté par des lignes aériennes, ce qui signifie que la grande majorité des bâtiments en ont besoin. De plus, nous avons besoin de dispositifs de protection contre les surtensions car il y a différents types de problèmes électriques tels que les coups de foudre, les pannes d’électricité, les dysfonctionnements du réseau.
Lorsqu’il s’agit de sécuriser un réseau électrique, il n’y a pas de solution universelle. Chaque configuration nécessite une analyse détaillée de ses mécanismes de ’causes de surtensions et de prévention’ et une compréhension approfondie de la manière dont le débat sur les ‘branches d’alimentation vs. dispositifs de protection contre les surtensions’ s’applique à leur situation spécifique.
Munis des connaissances sur les différents types de SPD, leurs applications et des pratiques de maintenance diligentes, on peut considérablement augmenter la résilience de leur infrastructure électrique face aux surtensions électriques imprévisibles et dommageables.
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