Parasurtenseurs (SPD) : comment ils fonctionnent

Les dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) aident à protéger les équipements électriques en limitant les surtensions transitoires qui peuvent endommager ou détruire des composants sensibles. Ils détournent les courants de surtension des charges critiques afin de prévenir les interruptions et les arrêts. Cet article donne un aperçu du fonctionnement des SPD pour protéger les systèmes de distribution électrique et les équipements connectés.

Sources et effets des surtensions  

Les surtensions, ou surtensions transitoires, peuvent provenir de sources naturelles et artificielles. Les coups de foudre sont une cause naturelle courante de surtensions. Les manœuvres de commutation, les fluctuations du réseau électrique et les perturbations EMI/RFI provenant d’équipements voisins sont des sources typiques de surtensions artificielles.  

Les surtensions introduisent de l'énergie qui peut surcharger les circuits et dégrader les équipements au fil du temps. Elles ont souvent une amplitude suffisamment élevée pour causer des dommages immédiats tels que des arcs au niveau des contacts, un percement de l'isolation et des défaillances de puces. Leurs effets ont tendance à être cumulatifs, réduisant la durée de vie globale par une détérioration progressive, même si aucun dommage catastrophique ne se produit immédiatement.

 Principes de fonctionnement du SPD

Les éléments de base d’un SPD comprennent :

•Éclateurs - Deux électrodes espacées qui créent un entrefer. En fonctionnement normal, l’entrefer empêche le passage du courant. Lorsque la tension augmente suffisamment pour ioniser l’entrefer, un amorçage se produit et redirige le courant de surtension vers la terre. Les éclateurs sont souvent utilisés pour le traitement des surtensions à haute énergie.

•Varistances - Résistances céramiques à oxyde métallique dont la résistance varie en fonction de la tension appliquée. À tension normale, la résistance est élevée. À mesure que la tension augmente, la résistance diminue sensiblement pour créer un chemin de faible impédance vers la terre. Les varistances sont efficaces mais peuvent se dégrader avec le temps sous l'exposition à l'énergie des surtensions.

•Diodes à avalanche - Diodes en silicium qui atteignent le claquage par avalanche à un seuil de tension déterminé, limitant efficacement la surtension et évacuant le courant excédentaire vers la terre. Elles offrent une réponse rapide mais une capacité de traitement de l’énergie limitée.

•Tubes à décharge gazeuse - Contiennent un gaz inerte qui s’ionise à un niveau de tension sélectionné pour rediriger les courants de surtension. Ils présentent une capacité de courant de surtension élevée mais une réponse plus lente que les varistances ou les diodes à avalanche.

Les composants sont disposés de manière à fournir un chemin de chaque phase vers la terre. Les SPD surveillent la tension sur ces chemins et s’activent lorsqu’une surtension dangereuse est détectée afin de détourner l’énergie de l’équipement connecté. Ils se réarment automatiquement dès que la tension revient à un niveau normal.

Classifications et applications des SPD

Les SPD sont classés selon leur capacité maximale de courant de surtension et leur niveau de protection de tension (VPL) pour s'adapter à différentes applications. Les SPD de type 1 sont installés aux entrées de service pour gérer les surtensions de haute énergie. Les SPD de type 2 sont souvent utilisés plus en aval pour protéger les équipements de distribution et les circuits dérivés critiques. Les SPD de type 3 protègent l'électronique sensible et présentent les valeurs de VPL et de courant de surtension les plus faibles.

Des SPD correctement sélectionnés et installés aident à protéger des systèmes électriques entiers et les charges connectées contre les effets destructeurs des surtensions et des transitoires du réseau. Ils améliorent la qualité et la fiabilité de l'alimentation tout en réduisant les coûts du cycle de vie grâce à une durée de vie maximisée des équipements et un temps d'arrêt minimisé. Les SPD doivent être soigneusement adaptés aux tensions de service et aux niveaux de surtension d'une application donnée pour garantir une protection optimale.