Comment fonctionne la protection contre les surtensions ?

Que se passe-t-il lorsqu'une surtension touche votre équipement ? Lorsqu'une surtension touche votre équipement, la haute tension momentanée peut entraîner une surcharge des circuits internes, endommager des composants, voire provoquer une panne irréversible. Comment fonctionne la protection contre les surtensions ? Les parasurtenseurs détectent les surtensions et les dissipent en toute sécurité vers la terre grâce à des composants spécialisés.

Comprendre les causes des pics de tension et les mécanismes de protection correspondants peut vous aider à prolonger efficacement la durée de vie de vos équipements et à éviter d'éventuelles pertes financières.

Quelles sont les causes des surtensions ?

Surges are transient voltage surges in electrical systems that can cause serious damage to electronic equipment. The main sources of surges can be categorized as external and internal:

Externe : principalement provoqué par chutes de foudre et pannes du réseau électrique.

Lorsqu'un coup de foudre frappe une installation électrique ou que le réseau subit des dommages au niveau des transformateurs ou des courts-circuits sur les lignes, les tensions ultra-élevées générées instantanément sont transmises par les lignes jusqu'aux équipements finaux.

Interne : comptabilisation de 60% – 80% pour tous les événements de surtension, fréquents dans les appareils à forte consommation (tels que les climatiseurs ou les réfrigérateurs), provoquent des pics et des creux de courant dus à ces variations soudaines, tout comme les surcharges de circuits, le vieillissement des câbles ou les mauvais contacts liés aux fluctuations de tension.

Les pics de tension peuvent entraîner de nombreux risques : dégradation des performances des équipements légers, perte de données ou surchauffe des composants, voire des dommages importants touchant directement le circuit imprimé, ce qui peut entraîner un risque d'incendie.

En raison du caractère soudain et imprévisible des surtensions, l'utilisation de dispositifs de protection contre les surtensions, un câblage électrique normalisé et une inspection régulière du système électrique constituent des mesures essentielles pour garantir la sécurité des équipements.

Comment fonctionnent les dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) ?

La fonction principale d'un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) est de protéger les équipements électriques en dérivant ou en limitant les surtensions vers la terre ou à un niveau de sécurité.

Son fonctionnement repose sur des composants non linéaires (par exemple, des varistances à oxyde métallique (MOV), des tubes à décharge gazeuse (GDT), des diodes de suppression des surtensions transitoires (TVS), etc.).

Ces composants adaptent dynamiquement leur impédance en fonction des variations de tension :

• À des tensions normales, le SPD se trouve dans un état de haute impédance (similaire à un circuit ouvert) et n'a aucun effet sur le système
• Lorsque la tension dépasse le seuil de sécurité (par exemple, en cas de foudre ou de surtension), l'impédance du SPD chute en quelques nanosecondes, formant un chemin conducteur qui achemine la majeure partie du courant transitoire vers la terre ou vers un circuit de sécurité, tout en limitant la surtension à une plage tolérable pour l'équipement
• Une fois la surtension passée, le SPD revient automatiquement à un état de haute impédance afin de maintenir une alimentation électrique normale du système.

Notions de base sur les dispositifs de protection contre les surtensions : principaux composants des SPD

• Varistance à oxyde métallique (MOV) : Réagit aux variations brusques de tension grâce à un matériau semi-conducteur céramique ; assure la conduction et le shuntage à haute tension ; largement utilisé pour la protection primaire des circuits basse tension.

• Tube à décharge gazeuse (GDT) : Grâce aux caractéristiques de décharge par ionisation dans un gaz inerte, il est capable de résister à des impacts d'énergie très élevée ; il est couramment utilisé dans la protection contre la foudre, au premier niveau de dérivation de courant.

• Diode de suppression des tensions transitoires (TVS) : vitesse de réponse extrêmement rapide (de l'ordre de la picoseconde), adaptée aux équipements électroniques de précision, pour une protection optimale.

Types de SPD

Les dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) sont indispensables pour protéger les installations électriques contre les surtensions. Il existe trois grands types de SPD, chacun étant conçu pour offrir un niveau de protection différent contre les surtensions.

SPD de type 1 : Défense contre la foudre

Les SPD de type 1 sont installés sur le tableau électrique principal d'un bâtiment afin de bloquer les coups de foudre directs (surtension de 10/350 μs) dont les courants de surtension peuvent atteindre 200 kA. Ils sont indispensables dans les zones exposées à la foudre et sont utilisés en association avec des paratonnerres externes pour évacuer l'énergie en toute sécurité.

SPD de type 2 : protection contre les surtensions au quotidien

Les disjoncteurs de type 2 sont installés dans des sous-tableaux ou des armoires afin de gérer les surtensions résiduelles dues à des coups de foudre indirects ou à des problèmes internes tels que le démarrage d'un moteur.

Pour les tableaux de distribution CA nécessitant une protection de type 2, le Série OMYT40 de parasurtenseurs CA de type 2 peut être examiné dans le cadre de la sélection du modèle après avoir vérifié la configuration des pôles et la tension du système.

Grâce à l'utilisation de varistances à oxyde métallique (MOV), ils limitent la tension à un niveau sûr et constituent la solution idéale pour les particuliers et les entreprises confrontés à des surtensions modérées.

SPD de type 3 : sécurité au niveau de l'appareil

Les dispositifs de protection de type 3 sont situés à proximité immédiate d'équipements électroniques (ordinateurs, appareils médicaux) et permettent de neutraliser les petits transitoires à haute fréquence qui parviennent à franchir les protections de type 1 et 2. Ils sont généralement intégrés à des multiprises afin d'assurer une protection contre la perte de données, les incendies et les dommages matériels.

Comment fonctionne la protection contre les surtensions dans les applications concrètes ?

Le dispositif de protection contre les surtensions (SPD), élément de protection essentiel des réseaux électriques modernes, permet de limiter efficacement les dommages causés aux équipements électriques par les surtensions transitoires (TOV) grâce à un mécanisme de décharge d'énergie à plusieurs niveaux et de limitation de tension.

Ces dispositifs fonctionnent en dérivant les surtensions vers la terre, garantissant ainsi la sécurité de nos appareils électroniques et électroménagers.

Usage résidentiel

À la maison, les SPD sont placés entre des appareils électroniques coûteux et un réseau électrique imprévisible. Un foyer américain moyen possède environ $15 000 d'appareils électroniques, allant des téléviseurs connectés et des consoles de jeux aux réfrigérateurs et aux systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation. Sans protection, une seule surtension peut rendre ces investissements inutilisables en quelques millisecondes.

Un parasurtenseur pour toute la maison, installé sur le tableau électrique, offre une protection complète à l'ensemble de votre installation électrique.

Contrairement aux bandes de protection installées au point d'utilisation, qui ne protègent que les appareils directement branchés, les SPD montés sur tableau protègent tous les appareils raccordés au réseau électrique de votre logement. Cette approche à plusieurs niveaux crée une véritable forteresse autour de vos équipements électroniques, ce qui peut vous faire économiser des milliers de dollars en frais de remplacement tout en prolongeant la durée de vie de vos appareils.

Commercial et industriel

Pour les entreprises, la protection contre les surtensions ne vise pas seulement à préserver le matériel, mais aussi à garantir le maintien des sources de revenus et la continuité des activités.

Selon une étude sectorielle réalisée par l'Electric Power Research Institute, les sites de production qui subissent un arrêt d'une heure seulement en raison d'équipements endommagés par une surtension pourraient subir des pertes supérieures à $100 000.

Les SPD industriels avancés utilisent une technologie sophistiquée spécialement calibrée pour les environnements à haut risque où aucune défaillance des équipements n'est tolérée. Ces systèmes robustes assurent une protection contre les menaces externes, telles que la foudre, ainsi que contre les surtensions internes générées par les cycles mécaniques intensifs des commutateurs.

Le retour sur investissement apparaît clairement lorsqu'on considère qu'un seul contrôleur de production protégé peut éviter des temps d'arrêt de la chaîne de production pouvant durer plusieurs jours, voire plusieurs semaines.

Surveillance et intégration de l'IoT

La multiplication des appareils connectés à l'Internet des objets (IoT) a créé de nouvelles vulnérabilités au sein de notre réseau électrique. Ces systèmes sensibles fonctionnent souvent avec des marges de puissance minimales, ce qui les rend particulièrement vulnérables à la moindre fluctuation de tension, alors que les appareils traditionnels peuvent y résister sans difficulté.

Les SPD intelligents modernes ont dépassé le stade de la protection passive pour devenir des acteurs actifs du système. Ils transmettent des mises à jour d'état en temps réel, anticipent les défaillances potentielles avant qu'elles ne se produisent et s'intègrent aux systèmes de gestion des bâtiments.

Certains modèles avancés sont même capables d'effectuer des autotests périodiques et d'alerter les équipes de maintenance lorsqu'ils doivent être remplacés, bien avant que la protection ne soit compromise.

Cette approche proactive fait de la protection contre les surtensions non plus une simple politique, mais un atout stratégique. Pour les installations critiques telles que les centres de données ou les hôpitaux, qui doivent fonctionner en continu, ces systèmes intelligents garantissent une protection fiable et vérifiable à tout moment.

La promesse est simple mais forte : pas de surprises, pas de pannes imprévues et aucun compromis en matière de protection.

Choisir le SPD adapté selon les différentes normes

Le choix d'un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) adapté doit être effectué en tenant compte de différentes normes.

1. UL 1449 (norme américaine)

La norme UL 1449 classe les SPD en types 1, 2 et 3, qui correspondent à différents scénarios :

• Type 1 : Installé aux entrées des bâtiments pour assurer une protection contre les courants de forme d'onde 10/350 μs résultant de coups de foudre directs (par exemple, aux entrées des tableaux électriques) ;
• Type 2 : Utilisé dans les tableaux électriques principaux pour assurer une protection contre les courants de forme d'onde de 8/20 μs résultant de coups de foudre indirects, avec un courant de décharge nominal (In) typique de 20 kA ;
• Type 3 : protection des appareils terminaux (par exemple, les prises de courant) avec un temps de réponse plus rapide, adaptée aux instruments de précision.

Paramètres clés

• VPR (indice de protection contre les surtensions) : par exemple, 330 V, indique que la tension de surtension est limitée à moins de 330 V.

2. CEI 61643 (norme internationale)

• Classe I : Résistance aux coups de foudre directs (forme d'onde 10/350 μs), Iimp ≥ 5 kA, applicable aux situations à haut risque telles que les centrales photovoltaïques¹⁷ ;
• Classe II : Résistance aux décharges de foudre induites (forme d'onde 8/20 μs), In ≥ 20 kA, pour les dérivations de bâtiment boîtes de dérivation;
• Classe III : protection fine (onde composite 1,2/50 μs + 8/20 μs), pour les terminaux tels que les équipements médicaux.

Principales différences

• Les normes CEI accordent davantage d'importance à la tension Up (tension résiduelle), et il est recommandé que la tension Up des équipements industriels soit inférieure à 1,5 kV ;
• Les courants d'essai UL et CEI sont différents (par exemple, la classe I de la CEI correspond au type 1 de l'UL, mais les exigences en matière de forme d'onde diffèrent considérablement).

3. BS 7671 (norme britannique)

• Bâtiments situés en milieu rural ou de grande hauteur : un dispositif de protection contre la foudre (SPD) de classe I (Iimp ≥ 25 kA) est requis pour résister à une probabilité élevée de foudre ;
• Bâtiments commerciaux urbains : l'exigence minimale est un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) de classe II (In ≥ 20 kA/phase).

Points à prendre en compte lors de la mise en œuvre

Coordination en cascade : Classe I pour les coffrets de distribution principaux, Classe II pour les coffrets de distribution secondaires et Classe III pour les terminaux.

Conclusion

À l'ère où nous dépendons des appareils électroniques, les surtensions sont devenues une menace invisible pour la sécurité des équipements. Il est plus judicieux de comprendre comment elles se forment et de prendre des mesures préventives plutôt que de devoir y remédier après coup.

En installant une protection adéquate contre les surtensions, en inspectant régulièrement votre installation électrique et en vous familiarisant avec les signes avant-coureurs d'une surtension, vous pouvez réduire efficacement le risque de dommages matériels.

Ces informations vous aideront à mieux protéger vos équipements électroniques contre les effets néfastes des surtensions.

OOHMAGE : le fournisseur complet de parasurtenseurs

Faire appel à des professionnels qualifiés lors de la planification d'une installation électrique peut vous aider à choisir les meilleurs équipements. S'associer à un fournisseur fiable peut faire toute la différence.

OOHMAGE s'impose comme une référence en matière d'équipements de sécurité électrique, proposant une gamme complète de sectionneurs, de disjoncteurs et de composants associés de haute qualité.

De interrupteurs de coupure à MCB disjoncteur miniature, OOHMAGE propose différents types de produits afin de répondre aux besoins de divers projets.

Foire aux questions

Les parasurtenseurs peuvent-ils protéger contre la foudre ?

Un parasurtenseur ne peut pas protéger entièrement les équipements contre les coups de foudre directs, mais il peut offrir une protection supplémentaire contre les dommages causés par les coups de foudre indirects.

Quand dois-je remplacer un parasurtenseur ?

Un parasurtenseur doit être remplacé si son circuit de protection est endommagé (par exemple, si la fonction d'arrêt automatique se déclenche ou si le voyant s'éteint).

Quelle est la différence entre une surtension et une coupure de courant ?

Une surtension est un pic bref de tension électrique, tandis qu'une coupure de courant correspond à une interruption totale de l'alimentation électrique. Ces deux phénomènes présentent des risques différents et nécessitent des mesures adaptées.

Comment choisir les SPD dans les zones côtières ?

Le choix de parafoudres résistants à la corrosion par brouillard salin (dotés d'un boîtier classé IP66 ou supérieur) peut prolonger la durée de vie du parafoudre jusqu'à 30% par rapport aux modèles standard.