Dans le monde d’aujourd’hui alimenté par l’électricité, protéger les équipements sensibles contre les surtensions destructrices n’est pas seulement recommandé, c’est essentiel. Les dispositifs de protection contre les surtensions (SPDs) constituent la première ligne de défense contre ces surtensions transitoires causées par la foudre, le commutage des installations ou les changements de charge internes. Cependant, tous les SPDs ne sont pas égaux. Une question courante se pose, surtout avec l’émergence des applications en courant continu comme l’énergie solaire et le stockage d’énergie : Peut-on utiliser en toute sécurité un SPD AC sur un circuit en courant continu ?
La réponse courte est généralement non. Bien qu’ils puissent ressembler à des jumeaux, les SPDs AC et DC sont fondamentalement différents dans leur conception et leur fonctionnement. Utiliser le mauvais type peut conduire à une protection insuffisante, à l’échec des appareils et même à des conditions dangereuses comme le feu.
En son cœur, un SPD est conçu pour détecter les surtensions transitoires (sursauts) et diriger l’excédent de courant de manière sûre vers la terre, l’empêchant d’atteindre et de détériorer les équipements en aval. Ils utilisent généralement des composants tels que des varistors à oxyde de métal (MOVs) ou des tubes à décharge gazeuse (GDTs), qui agissent comme des interrupteurs à commande de tension – une haute impédance pendant le fonctionnement normal et une basse impédance pendant un événement de sursaut.
Le courant alternatif (AC), norme pour l’électricité domestique et commerciale, est caractérisé par sa forme d’onde sinusoïdale. La tension et le courant changent continuellement de direction, passant plusieurs fois par seconde à zéro volt (par exemple, 100 ou 120 fois par seconde pour des systèmes à 50 Hz ou 60 Hz).
Fonctionnement des SPD AC : Les SPD AC sont conçus spécifiquement pour ce type d’environnement. De manière cruciale, les points de passage à zéro de l’onde sinusoïdale du courant alternatif aident naturellement à éteindre les arcs électriques qui pourraient se former dans les composants des SPD (comme un GDT) après qu’un sursaut a été dévié. Les MOV utilisés dans les SPD AC sont dimensionnés en fonction de la tension efficace (RMS) du système AC.
Applications typiques : Protection des entrées d’énergie principale, des panneaux de distribution dans les bâtiments résidentiels et commerciaux, ainsi que des équipements industriels alimentés en courant alternatif.
Le courant continu (DC) s’écoule constamment dans une seule direction. Les niveaux de tension restent relativement stables, sans les points de passage à zéro trouvés dans le courant alternatif. Cela est courant dans les systèmes tels que :
Installations photovoltaïques (PV)
Systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS)
Infrastructure de recharge des véhicules électriques (VE) (côté courant continu)
Systèmes d’alimentation des télécommunications
Circuits de contrôle en courant continu industriels
La nature constante du courant continu pose un défi significatif pour la protection contre les surtensions :
Difficulté d’éteindre les arcs : Sans point de passage à zéro, un arc établi dans un SPD lors d’un événement de surtension peut ne pas s’éteindre de lui-même. La tension continue en courant continu peut maintenir l’arc, permettant au courant de s’écouler sans interruption à travers le SPD.
Conception des SPD DC : Les SPD DC doivent être spécifiquement conçus pour gérer cela. Ils nécessitent souvent des classements en tension plus élevés par rapport aux SPD AC pour la même tension nominale du système. Les GDT peuvent intégrer des caractéristiques spéciales d’éteignage des arcs, ou des conceptions hybrides combinant des MOV et des GDT peuvent être utilisées. Les MOV sont classés en fonction de la tension continue en courant continu (Tension de fonctionnement continue maximale – MCOV ou Uc).
| Caractéristique | SPD AC | SPD DC |
| Type de tension | Conçu pour le courant alternatif | Conçu pour le courant continu |
| Éteignage des arcs | Facilité par les points de passage à zéro de l’onde sinusoïdale AC | Difficile ; nécessite des caractéristiques de conception spécifiques |
| Classification des composants | Classé en fonction de la tension efficace (RMS) ou de pointe du système AC (MCOV) | Classé en fonction de la tension continue en courant continu (MCOV/Uc) |
| Gestion des formes d’onde | Gère les variations sinusoïdales | Gère la tension constante |
| Utilisation typique | Énergie principale, distribution AC dans les bâtiments | Installations photovoltaïques, systèmes de batteries, télécommunications en courant continu, circuits en courant continu des véhicules électriques |
| Risque de mode de défaillance | (Si le courant continu est appliqué) Risque d’arc soutenu, incendie | (Si le courant alternatif est appliqué) Clapet incorrect, échec potentiel |
Appliquer un SPD AC à un circuit en courant continu est dangereux pour plusieurs raisons clés :
Échec de l’éteignage des arcs : C’est le danger le plus critique. Si un sursaut provoque un arc à l’intérieur du SPD AC (en particulier un SPD à base de GDT ou lors d’un dysfonctionnement d’un MOV), la tension continue en courant continu peut empêcher l’arc de s’éteindre.
Surchauffe et risque d’incendie : L’arc soutenu permet un courant continu à travers le composant du SPD. Cela génère une chaleur considérable, conduisant à une surchauffe rapide, à un dysfonctionnement des composants (souvent une rupture catastrophique des MOV), à de la fumée et potentiellement à l’allumage d’un incendie.
Protection insuffisante : Même s’il ne rate pas de manière catastrophique immédiatement, la tension de claquage du SPD AC peut ne pas être appropriée pour le système en courant continu, ou elle peut se dégrader rapidement sous le stress continu du courant continu, laissant ainsi votre équipement précieux sans protection contre les futurs sursauts.
Dégradation des composants : Les MOV conçus pour le stress de tension en courant alternatif se comportent différemment sous un biais continu en courant continu et peuvent échouer prématurément.
En résumé : Utiliser un SPD AC sur un circuit en courant continu crée un risque de sécurité sérieux et offre une protection peu fiable.
Cela est moins courant et généralement non recommandé à moins que le SPD ne soit explicitement certifié et classé par le fabricant pour les deux utilisations en courant alternatif et en courant continu à des tensions systèmes spécifiques. Un SPD DC peut avoir des caractéristiques de claquage différentes ou des mécanismes de usure lorsqu’il est soumis à une onde sinusoïdale AC, ce qui peut potentiellement conduire à une protection insuffisante ou à une réduction de la durée de vie. Il est toujours nécessaire de suivre strictement la fiche technique du fabricant et les directives d’application.
Choisir le SPD correct est crucial pour une opération efficace et sûre :
Identifier le type de système : Le circuit est-il en courant alternatif (AC) ou en courant continu (DC) ? C’est la première et la distinction la plus importante.
Déterminer les tensions : Notez la tension nominale de fonctionnement (par exemple, 230Vac, 400Vac, 600Vdc, 1000Vdc) et la tension de fonctionnement continue maximale (MCOV / Uc) requise pour le SPD. La classification MCOV/Uc du SPD doit être supérieure à la tension de fonctionnement continue du système.
Prendre en compte l’application et l’emplacement : S’agit-il de l’entrée principale du service (nécessitant un Type 1 ou Type 2), d’un sous-tableau (Type 2) ou d’un équipement spécifique (Type 3) ? S’agit-il d’une application spécifique comme le photovoltaïque solaire (nécessitant des classifications spécifiques en courant continu et des normes comme IEC 61643-31 ou UL 1449 PV) ?
Vérifier les classifications de sursaut : Examinez les paramètres tels que le courant de décharge nominal (In), le courant de décharge maximal (Imax) ou le courant d’impulsion (Iimp pour le Type 1) pour vous assurer que le SPD peut gérer les niveaux de sursaut attendus pour son emplacement.
Vérifier le niveau de protection contre la tension (Up) : Cela indique la tension résiduelle laissée passer lors d’un sursaut. Un niveau de protection contre la tension plus bas signifie généralement une meilleure protection, mais il doit être coordonné avec la tension de résistance de l’équipement protégé.
Consulter les normes et les fiches techniques : Assurez-vous toujours que le SPD répond aux normes de sécurité pertinentes (par exemple, la série IEC 61643, UL 1449) et lisez attentivement la fiche technique du fabricant pour les classifications spécifiques et les contraintes d’application.
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