Cinq méthodes de protection des parasurtenseurs
Méthodes de protection contre les surtensions
1. Dispositifs de protection contre les surtensions (DPS) en parallèle connectés aux lignes électriques
En conditions normales, les varistances du parafoudre restent à haute impédance. En cas de foudre ou de surtensions transitoires dues à des manœuvres de commutation, le parafoudre réagit en quelques nanosecondes, faisant basculer les varistances à basse impédance et limitant ainsi rapidement la surtension à un niveau sûr. Si des surtensions prolongées surviennent, la varistance se dégrade et chauffe, déclenchant un mécanisme de coupure thermique pour prévenir les incendies et protéger les équipements.
2. Parafoudres à filtre en série, connectés en ligne aux circuits d'alimentation
Ces parafoudres fournissent une alimentation propre et sûre aux équipements électroniques sensibles. Les surtensions dues à la foudre transportent non seulement une énergie considérable, mais aussi des vitesses de montée de tension et de courant extrêmement rapides. Si les parafoudres parallèles peuvent atténuer l'amplitude des surtensions, ils ne peuvent pas en aplanir les fronts d'onde abrupts. Les parafoudres de type filtre série, connectés en série avec les circuits d'alimentation, utilisent des varistances (MOV1, MOV2) pour limiter les surtensions en quelques nanosecondes. De plus, un filtre LC réduit la vitesse de montée de la tension et du courant de la surtension d'un facteur proche de 1 000 et divise par cinq la tension résiduelle, protégeant ainsi les appareils sensibles.
3. Installation de varistances de limitation de tension entre les phases et les lignes pour limiter les surtensions.
Cette méthode est efficace pour l'éclairage, les ascenseurs, les climatiseurs et les moteurs, qui présentent une meilleure tenue aux surtensions. Cependant, elle l'est moins pour les appareils électroniques compacts modernes à forte intégration. Par exemple, dans les systèmes monophasés 220 V CA, des varistances sont généralement installées entre le neutre et la terre pour absorber les pics de surtension induits par la foudre. L'efficacité de la protection dépend entièrement du choix et de la fiabilité des varistances.
La tension de limitation est définie en fonction de la tension de crête du réseau (310 V), en tenant compte de :
- 20 % de fluctuations du réseau,
- Tolérance des composants de 10 %,
- 15 % de facteurs de fiabilité (vieillissement, humidité, chaleur).
Ainsi, les niveaux de limitation typiques se situent entre 470 V et 510 V. Les surtensions inférieures à 470 V ne sont pas affectées.
Alors que les équipements électriques standards (moteurs, éclairage, etc.) supportent une tension alternative de 1 500 V (2 500 V en crête), les composants électroniques modernes fonctionnent entre ±5 V et ±15 V, avec des tolérances maximales inférieures à 50 V. Les pics de tension à haute fréquence inférieurs à 470 V peuvent se propager via les capacités parasites des transformateurs et des alimentations, endommageant ainsi les circuits intégrés. De plus, en raison de la tension résiduelle des varistances et de l'inductance de leurs conducteurs, les fortes surtensions peuvent porter les seuils de limitation à 800 V–1 000 V, mettant davantage en danger les composants électroniques.
4. Amélioration de la protection grâce à des transformateurs à ultra-isolation (méthode d'isolation)
Un transformateur d'isolement blindé est inséré entre la source d'alimentation et la charge afin de bloquer les parasites haute fréquence tout en assurant une mise à la terre secondaire correcte. Les interférences en mode commun, relatives à la masse, se propagent par l'intermédiaire de la capacité inter-enroulements. Un blindage mis à la terre entre les enroulements primaire et secondaire dévie ces interférences, réduisant ainsi le bruit de sortie.
5. Méthode d'absorption
Les composants absorbants suppriment les surtensions en passant d'une impédance élevée à une impédance faible lorsque les tensions de seuil sont dépassées. Parmi les dispositifs courants, on trouve :
- Varistances – Capacité de traitement du courant limitée.
- Tubes à décharge gazeuse (GDT)– Réponse lente.
- Diodes TVS / Tubes à décharge à semi-conducteurs – Plus rapide, mais au détriment de l'absorption d'énergie.
