Définie comme la variation très rapide, à court terme, d’une tension supérieure à 110 % de la tension nominale, une surtension est le plus souvent provoquée par la foudre, la commutation de lignes ou de condensateurs, ou la déconnexion de charges lourdes. Aussi appelées tensions transitoires, ces perturbations électriques aléatoires et de grande intensité ne durent que 1 à 10 microsecondes, comme l’illustre la figure 14. Ainsi, les pics de surtension ne sont pas à confondre avec des événements de plus longue durée comme les surtensions temporaires.
Regarder cette vidéo de l’Electrical Safety Foundation International (ESFI) sur la manière dont les dispositifs de protection contre les surtensions protègent les appareils électroniques dans votre foyer.
Les surtensions peuvent détruire les composants électroniques et entraîner des erreurs de traitement des données, des pertes de données, des interférences électromagnétiques et endommager l’équipement. Avant de blâmer votre compagnie d’électricité, sachez que près de 80 % des surtensions se produisent du côté client au niveau du compteur électrique. Lorsque des appareils électriques de grande puissance (ascenseurs, climatiseurs, réfrigérateurs, pompes, compresseurs, moteurs, etc.) sont mis en marche et arrêtés, ou fonctionnent par cycles, ils peuvent générer des surtensions internes.
Les appareils électroniques modernes étant constitués de microprocesseurs dépendant de signaux numériques, de légères distorsions sur les lignes d’alimentation ou de signaux suffisent à perturber la séquence sensible du signal. Toujours plus petits et plus puissants, les composants électroniques sont également devenus plus sensibles. En fait, la quasi-totalité des appareils électroniques intègre maintenant une forte densité de circuits dotés de micropuces contenant des milliers de transistors sur une seule puce. C’est pourquoi la protection contre les surtensions représente la technologie standard pour renforcer la fiabilité et le temps de fonctionnement des microprocesseurs.
La protection intégrée contre les surtensions est la méthode d’installation la plus efficace pour les panneaux de distribution et de commande, car elle offre un certain nombre d’avantages par rapport aux applications montées à l’extérieur. Ceci comprend :
1. Meilleures performances : intégrer un parasurtenseur dans l’équipement de distribution électrique réduit la longueur des câbles d’installation, ce qui améliore considérablement les performances grâce à des valeurs de passage beaucoup plus faibles.
2. Facilité d’installation : installé et testé en usine, le parasurtenseur fait gagner du temps et de l’argent au fournisseur de service spécifique, tout en réduisant les problèmes futurs pour l’ingénieur et le client.
3. Réduction de l’espace mural requis : l’intégration d’un parasurtenseur permet de gagner entre 60 et 90 cm d’espace mural requis pour un même équipement monté à l’extérieur.
4. Unique source des demandes de garantie : en cas de problème, le client peut écarter tout conflit potentiel entre les différents fabricants.
5. Réduction des coûts d’installation : suppression des frais de montage des parasurtenseurs par un sous-traitant.
Eaton propose une protection intégrée contre les surtensions qui s’intègre parfaitement dans un emplacement de disjoncteur à bâti FD existant. Le RSPF est l’unique parasurtenseur intégré dans le secteur de la surtension commerciale qui s’adapte au disjoncteur à bâti FD.
Les parasurtenseurs procurent simplement une ligne de défense contre les surtensions, qui sont de courts pics de tension élevés supérieurs à 110 % de la tension nominale.Souvent associées aux coups de foudre et au bruit de commutation du distributeur, les surtensions proviennent de l’installation elle-même dans 80% des cas. Elles sont dues à des commutations électriques ou à d’autres perturbations créées par divers appareils dans le bâtiment.Quelle que soit l’origine, la hausse de tension induite peut endommager les composants des systèmes électriques comme les ordinateurs, les réseaux et l’équipement de contrôle des processus.
Même si rien n’est détruit sur le coup, la contrainte accrue peut, avec le temps, provoquer la défaillance prématurée de composants coûteux. Il est important de noter que la protection contre les surtensions ne permet pas de maintenir votre équipement opérationnel pendant une panne, mais les surtensions dommageables sont beaucoup plus fréquentes que les pannes de courant. Un système d’alimentation de secours bien conçu doit toujours intégrer une approche en cascade de la protection contre les surtensions (c.-à-d., une approche à deux niveaux) fonctionnant conjointement avec une ASC.Le premier parasurtenseur (SPD en amont) atténue l’essentiel de l’énergie de surtension, tandis que la seconde unité (ASC) réduit toute énergie résiduelle à un niveau sans conséquence.
Une ASC offre une deuxième protection contre les surtensions, mais ne doit jamais être considérée comme le dispositif principal de protection. Elle régule aussi en permanence la tension d’entrée et fournit une batterie interne qui permet à l’équipement connecté de continuer à fonctionner même si l’alimentation électrique est coupée.Pour que vos appareils électroniques continuent de fonctionner même en cas de panne de courant, vous avez besoin d’une ASC et, souvent, d’un générateur de secours.
Homologation UL
Tout parasurtenseur (SPD) vendu dans le commerce doit être certifié par The Underwriters Laboratories (UL). Cette étiquette garantit une conformité de l’appareil aux strictes exigences de sécurité d’UL et sa fabrication par une entreprise certifiée UL. L’étiquette UL permet aux entrepreneurs et aux électriciens d’installer des parasurtenseurs sans craindre de déroger aux normes locales régissant les installations électriques ni d’avoir un impact sur les panneaux ou centres de distribution.
Type 1 ou Type 2
Les parasurtenseurs sont classés comme étant de type 1 ou type 2. La principale différence réside dans le fait que les appareils de type 1 sont installés avant l’appareil principal dans le tableau de répartition, tandis que les appareils de type 2 sont déployés après. Les SPD de type 1 sont reliés en permanence à tout point situé entre le secondaire du transformateur d’électricité et le disjoncteur principal du branchement. Ils peuvent aussi être installés n’importe où du côté charge du branchement ou sur le système électrique basse tension sans nécessiter de fusible ou de disjoncteur spécifique.
À l’inverse, les parasurtenseurs de type 2 sont reliés en permanence du côté charge du disjoncteur principal du branchement. Ils peuvent ou non nécessiter l’utilisation d’un fusible ou d’un disjoncteur spécifique.
Il est important de noter que les appareils de type 1 sont doublement homologués pour les applications de type 2, offrant ainsi les meilleures homologations disponibles pour le branchement.
TMFC
Également appelée « tension de seuil », la tension maximale de fonctionnement continu (TMFC) est la tension à laquelle la résistance de la varistance à oxyde métallique commence à baisser. La TMFC est légèrement supérieure à la tension du système afin que l’unité puisse fonctionner normalement sans dériver le courant vers la terre. En cas de surtension, la résistance de la varistance à oxyde métallique diminue rapidement et devient la voie de moindre résistance. La conduction commence lorsque la tension aux bornes de la varistance à oxyde métallique atteint la TMFC. À mesure que la tension augmente, la résistance de la varistance à oxyde métallique chute de façon spectaculaire, pour finalement frôler zéro. Tout dispositif de protection contre les surtensions transitoires correctement conçu déviera le courant transitoire à travers lui-même et loin des charges sensibles, en le répartissant uniformément entre les modes L-N et L-G de la varistance (par ex, 100 kA par mode = 200 kA par phase). Lorsque la tension appliquée revient à la normale, la résistance de la varistance augmente, et le circuit revient à son état initial.
Courant de court-circuit nominal
Le courant de court-circuit nominal (SCCR) est le courant de défaut symétrique le plus élevé à la tension nominale que l’équipement est censé supporter en toute sécurité (200 kA). Chaque système électrique dispose d’un courant de court-circuit. Il s’agit de la quantité de courant qui peut être fournie par le système au niveau du point d’installation dans une situation de court-circuit. Les courants de court-circuit typiques sont les suivants :
Courant de crête – Puissance nominale (kA)
Le courant de crête est le courant maximal indiqué qu’un appareil peut supporter sans subir de dommages irréversibles. La puissance nominale (kA) est une valeur qui peut être liée à l’espérance de vie du parasurtenseur. L’augmentation de la puissance nominale du parasurtenseur n’améliore pas de manière significative la performance de ce dernier. Prenons l’exemple de la bande de roulement d’un pneu. À mesure que l’on roule, la bande de roulement s’use jusqu’à ce que le pneu atteigne sa fin de vie. Les parasurtenseurs susceptibles d’être soumis à des niveaux de surtension plus élevés doivent être dimensionnés pour tolérer des puissances nominales plus élevées. La puissance nominale en kA est déterminée par le nombre de varistances à oxyde métallique dans le parasurtenseur. L’augmentation du nombre de varistances dans le parasurtenseur augmente le nombre de chemins potentiels vers la terre.
Au sein des sites de fabrication actuels, les défauts de mise à la terre peuvent faire des ravages sur l’équipement de production et de traitement, ce qui conduit de nombreuses organisations à installer un système de mise à la terre par impédance. Reliant le neutre du secondaire du transformateur et la terre, ces systèmes limitent efficacement le courant de défaut à 10 A max., ce qui permet au système de continuer à fonctionner normalement, même en cas de défaut à la terre.
Dans les systèmes électriques actuels où les mises à la terre sont multiples et les tensions variées, il peut s’avérer difficile de déterminer la bonne configuration de tension du parasurtenseur. Voici quelques directives à suivre pour définir les parasurtenseurs :
Standard (Date de révision en cours) |
Objet de la norme/commentaires |
| UL 1449 (1987) — Parasurtenseurs | 1. Test de sécurité (conçu avec des composants approuvés de manière sûre). 2. Tension nominale supprimée (tension de passage au moyen de l’onde test de type C1, norme IEEE C62.41). Les autres formes d’onde recommandées par l’IEEE, telles que l’onde de type C3 et B3, ne sont pas testées par UL. |
| UL 1449 (2e édition, 1996) | 1. Tests de sécurité supplémentaires. Test d’autres normes utilisées pour améliorer la sécurité des produits. 2. Test de protection contre les surtensions. Tension de passage testée avec un courant inférieur à celui de la 1re édition. Puissance de 10 kA (IEEE cat. C3) utilisée pour la première fois ; cependant, elle n’a été utilisée que pour voir si les produits restent sûrs en cas de défaillance. |
| UL 1449 (2e édition, 2007) | 1. Nouvelles exigences strictes en matière de sécurité. Des parasurtenseurs sont soumis à des surtensions prolongées en courant alternatif pour garantir des modes de défaillance sûrs. 2. L’étiquette UL modifie la formulation du courant de court-circuit nominal. 3. Nouveau test à 10, 100, |
| UL 1449 (3e édition, 2009) | 1. Les TVSS seront désormais appelés SPD (parasurtenseurs). 2. UL 1449 devient ANSI/UL 1449. 3. Ajout de quatre types de parasurtenseurs afin de couvrir les limiteurs de surtension, TVSS, multiprises parafoudres et différents composants des parasurtenseurs. |
| UL 1283 (1996) — Filtres anti-interférences électromagnétiques | Cette norme de sécurité couvre les filtres EMI reliés à des circuits de 600 V max. La norme UL 1283 est une norme de sécurité qui n’inclut pas les tests de performance tels que la perte d’insertion MIL-STD-220A ou les tests de tension de passage d’onde de catégorie B3. |
| UL 497, 497A, 497B | Norme de sécurité applicable aux protections de lignes téléphoniques principales, boucles de signaux isolées et protections contre les surtensions utilisées sur les lignes de communication/données. Aucun test de performance n’a été effectué sur des lignes de communication/données. |
| IEEE C62.41.1 (2002) | Guide IEEE sur les surtensions dans les circuits d’alimentation en courant alternatif basse tension. Ce guide décrit l’environnement des surtensions, des courants de surchage et des surtensions temporaires (TOV) dans les circuits d’alimentation en CA basse tension [jusqu’à 1 000 V en valeur efficace (RMS)]. |
| IEEE C62.41.2 (2002) | Pratiques recommandées par l’IEEE sur la caractérisation des surtensions dans les circuits d’alimentation en courant alternatif basse tension. Ce document définit les tests réalisés sur les parasurtenseurs. |
| IEEE C62.45 (2002) | Guide sur les tests de surtension réalisés sur de l’équipement à basse tension (ANSI). Ce document décrit la méthodologie utilisée pour tester les parasurtenseurs. |
| IEEE Emerald Book | Manuel de référence sur le fonctionnement des charges électroniques (comprend la mise à la terre, les exigences en matière d’alimentation, etc.). |
| NEMA LS-1 | Guide du comité technique de la NEMA relatif à la spécification des parasurtenseurs, y compris les paramètres physiques et de fonctionnement. |
| NECT | Articles 245, 680 et 800 du National Electrical Code. |
| NFPAT 780 | Recommandations du code de protection contre la foudre concernant l’utilisation des parasurtenseurs au niveau du branchement d’une installation. |
Les parasurtenseurs sont classés en fonction du « courant de surcharge » maximal de l’appareil, mesuré par phase. Basé sur les tests de forme d’onde de 8 x 20 microsecondes (norme IEEE), le courant de surcharge par phase (exprimé en kA/phase) est la quantité maximale de courant qui peut être dérivée (à travers chaque phase de l’appareil) sans défaillance.
La valeur nominale par phase est la capacité totale du courant de surchage relié à un conducteur de phase donné. Par exemple, dans un système en étoile, les modes L-N et L-G sont additionnés puisque le courant de surcharge peut circuler par l’un ou l’autre chemin parallèle. Si l’appareil n’a qu’un seul mode (par ex., L-G), la valeur nominale « par phase » est égale à la valeur nominale « par mode », car il n’y a pas de protection sur le mode L-N.
Remarque : Le mode N-G n’est pas inclus dans le calcul du courant de surcharge par phase.
Il s’agit des mêmes dispositifs, qui réduisent tous deux l’ampleur des tensions transitoires. La seule différence est que Underwriters Laboratories (UL) utilise le terme TVSS, tandis que la NEMA, l’IEC et l’IEEE désignent l’appareil comme un SPD.
Cependant, les SPD diffèrent des parafoudres, qui sont principalement utilisés le long des lignes de transmission et en amont du branchement d’une installation.
Les parasurtenseurs présentent les avantages suivants par rapport aux parafoudres :
Quel que soit le parasurtenseur que vous choisissez, les exigences d’installation et les inspections sont les facteurs les plus importants. Toutefois, il est également important de tenir compte de la tension de passage et de la capacité de surcharge.
La tension de passage est la quantité de courant qui n’est pas supprimée par le parasurtenseur et va passer à travers la charge. C’est une mesure de performance de la capacité d’un parasurtenseur à limiter une surtension définie. La norme IEEE C62.41 a défini des formes d’ondes de test spécifiques au niveau des branchements et des dérivations. Tout fabricant de parasurtenseurs doit être en mesure de fournir des tests de tension de passage respectant les principales formes d’onde. Les tensions nominales de passage publiées concernent uniquement l’appareil/le module et n’incluent pas la longueur du câble d’installation, qui dépend de l’électricien qui installe l’appareil.
D’autre part, la capacité de surcharge dépend de l’application spécifique et du niveau de protection requis. Il faut tenir compte de l’emplacement géographique de l’installation, de sa sensibilité aux surtensions transitoires et de l’importance de l’équipement connecté pour l’organisation.
La longueur des câbles d’installation (câblage) réduit la performance de tout parasurtenseur. La règle empirique suppose que chaque pouce de câble (~2,5 cm) ajoute entre 15 et 25 V de tension de passage. Les surtensions se produisant à des fréquences élevées, la longueur du câble entre la barre omnibus et le parasurtenseur crée une impédance dans le trajet de la surtension.
La tension de passage réelle dans le système se mesure au niveau de la barre omnibus et repose sur deux facteurs : la puissance nominale de l’appareil et la qualité de l’installation.
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