Comment choisir le bon dispositif de protection contre les surtensions monophasées ?

Comment choisir le bon dispositif de protection contre les surtensions monophasées ?

J'ai grillé deux machines à café et une commande numérique CNC à 3 800 $ avant d'admettre que je n'avais aucune idée de ce à quoi ressemblait une surtension.

Je choisis un parafoudre monophasé en vérifiant trois valeurs : le courant de surtension maximal (kA), le niveau de protection contre les surtensions (VPR) et le pouvoir de coupure en court-circuit (SCCR). En les adaptant à la taille de votre disjoncteur et à la sensibilité de la charge, le parafoudre aura une durée de vie supérieure à celle de l’équipement qu’il protège.

Continuez à lire si vous voulez connaître le même filtre de trois minutes que j'utilise, afin de ne plus jamais perdre de temps avec une fiche technique erronée.

Comprendre l'alimentation monophasée ?

Avant, je pensais que « monophasé » signifiait un seul fil, jusqu'à ce que je fasse sauter un fusible et que je voie deux fils plus la terre dans le tableau électrique.

Le courant monophasé, ou alimentation à deux fils de 230 V ou 120 V, alimente les habitations et les petits commerces. Un conducteur de phase, un conducteur neutre et une onde sinusoïdale répétitive fournissent toute l'énergie nécessaire pour l'éclairage, les ordinateurs portables et les tours.

Pourquoi la forme de la vague est importante

Dans un système 230 V, la tension sinusoïdale atteint une crête de 325 V. Une surtension se superpose à cette crête et peut atteindre 600 V en quelques microsecondes. Si votre parafoudre est dimensionné pour 275 V RMS, il se déclenchera prématurément et écrêtera la crête de la tension. Si vous optez pour un modèle 420 V, moins cher, la surtension sera directement appliquée à votre variateur de fréquence. J'ai toujours un oscilloscope de poche dans ma boîte à outils ; un simple coup d'œil à la tension écrêtée me permet de vérifier si j'ai choisi la bonne classe de tension.

Tableau 1 : Tensions monophasées courantes vs. classe de tension recommandée pour les parafoudres

Qu'est-ce qu'un système de protection contre les surtensions monophasé ?

J'ai expliqué à mon acheteur qu'un parasurtenseur n'était qu'une multiprise sophistiquée ; il m'a transmis la facture de réparation d'une découpeuse laser.

Un dispositif de protection contre les surtensions monophasé est un appareil compact qui se fixe à côté de votre tableau électrique. À l'intérieur, des varistances à oxyde métallique (MOV) ou des tubes à gaz dérivent le courant excédentaire vers la terre en moins de 25 nanosecondes, maintenant ainsi vos charges en dessous de leur tension de tenue.

Parties que vous pouvez voir

Ouvrez le boîtier en plastique et vous trouverez trois disques ressemblant à des pièces de monnaie. Ce sont les varistances. Un fusible thermique est placé à côté de chaque disque ; si la varistance surchauffe, le fusible saute et la LED verte s'éteint. Une fois, j'ai ouvert un appareil défectueux ; le filament du fusible avait disparu et la varistance était devenue noire. Ce contrôle visuel m'a évité de réinstaller un protecteur HS.

Tableau 2 : Parties internes et causes de leur destruction

Comment fonctionne un dispositif de protection contre les surtensions monophasé (SPD monophasé) ?

J'ai observé une surtension de 40 kA sur mon enregistreur ; la tension à la prise n'a augmenté que de 90 V au lieu de 1 200 V.

Le parafoudre est placé entre la phase et le neutre, et entre la phase et la terre. Lors d'une surtension, ses composants internes passent en état de faible impédance en quelques nanosecondes. Le courant de surtension traverse le parafoudre et non votre imprimante, et la tension de limitation reste inférieure au seuil de dommage de la charge sensible.

La courbe de serrage

Chaque varistance (MOV) possède une courbe caractéristique tension-courant. À 1 mA, la MOV commence à conduire ; à 1 kA, la tension est 50 % plus élevée. Je superpose cette courbe aux spécifications de tenue en tension de ma CNC. Si la CNC tombe en panne à 800 V et que la MOV atteint 820 V à 3 kA, je la remplace par une MOV de plus grande capacité ou j'ajoute un second étage. Je ne me fie jamais uniquement au catalogue ; je trace les deux courbes et j'analyse l'écart.

Principe de fonctionnement d'un protecteur de surtension monophasé ?

Avant, je pensais que l’expression « principe de fonctionnement » n’était que du baratin marketing, jusqu’à ce que je voie une étincelle jaillir à travers un bornier.

Le principe de fonctionnement repose sur un simple effondrement d'impédance. Sous tension normale, le parafoudre se comporte comme un circuit ouvert. Lors d'une surtension, les grains de la varistance se rompent, créant un court-circuit et dérivant l'énergie vers la terre. Une fois la surtension terminée, la varistance se réinitialise et attend la prochaine surtension.

Partage d'énergie à l'intérieur de l'unité

Une surtension de 20 kA n'affecte pas une seule varistance. L'appareil utilise trois varistances en parallèle, chaque disque consommant environ un tiers de son énergie. Si une varistance vieillit plus vite, sa résistance diminue, elle absorbe davantage de courant, chauffe et le fusible thermique la met hors service. Cette mise hors service progressive préserve les deux autres. Je vérifie toujours les dates de fabrication ; les varistances d'un même lot vieillissent au même rythme, mes kits de remplacement portent donc des dates de fabrication identiques.

Comment installer un parafoudre monophasé ?

Une fois, j'ai branché un parafoudre à l'envers ; la LED est restée verte, mais la protection a disparu comme par magie.

Coupez le disjoncteur principal. Raccordez le fil du dispositif de protection contre les surtensions (SPD) au côté charge du disjoncteur, le neutre à la borne neutre et la terre à la borne de terre. Les fils doivent avoir une longueur inférieure à 30 cm, torsadez-les ensemble et serrez-les à 2 Nm. Fermez le tableau, mettez l'appareil sous tension et vérifiez que la LED verte est allumée en continu.

Test de longueur de câble que j'effectue systématiquement.

J'utilise un générateur de signaux de 1 MHz et je fixe un fil de 10 cm entre les bornes du parafoudre. La chute de tension double lorsque j'ajoute 10 cm supplémentaires. Ce test me prouve que 30 cm constituent la limite absolue ; chaque centimètre supplémentaire augmente la tension de passage d'environ 40 V. Si le panneau est encombré, je fixe le parafoudre sur la porte et j'utilise une tresse de cuivre ; sa forme plate réduit l'inductance de moitié.

Application des parafoudres monophasés dans les petites entreprises ?

La boulangerie de mon client a perdu trois fours lors d'une seule tempête ; l'expert en assurances a mis ça sur le compte de la « malchance » jusqu'à ce que nous lui montrions le dispositif de protection contre les surtensions (SPD) fondu que nous avions installé le lendemain.

Les parafoudres monophasés protègent les caisses enregistreuses, les machines à expresso, les fraiseuses CNC et les systèmes de vidéosurveillance dans les petits commerces. Ils s'installent dans un rack 1U ou se fixent sur un rail DIN à côté du compteur. Un seul parafoudre de 20 kA assure le fonctionnement de toute la ligne de production pendant la saison des orages.

Astuce de regroupement de charges que j'utilise

Je répertorie tous les appareils de moins de 16 A et les étiquette comme « sensibles » ou « robustes ». Les charges sensibles, comme les automates programmables, partagent un parafoudre avec un régulateur de tension de 550 V. Les charges robustes, comme les résistances chauffantes, sont protégées par un second parafoudre avec un régulateur de tension de 650 V. Cette répartition permet de réduire les coûts, car le modèle 650 V est 30 % moins cher. Mon tableau Excel indique au client une économie de 210 $ et un délai de livraison plus court depuis notre usine de Wenzhou.

Règles d'installation à suivre ?

J'ai une fois fait des économies en utilisant des câbles de 50 cm parce que le rail DIN était plus esthétique ; l'inspecteur m'a obligé à les arracher.

Respectez ces quatre règles : longueur des câbles inférieure à 30 cm, utilisation de câbles en cuivre de 16 mm², installation d’un disjoncteur de 32 A en amont et montage du parafoudre après le compteur mais avant le disjoncteur différentiel. Respectez les normes locales : en Allemagne, utilisez la norme VDE 0100-443 ; au Royaume-Uni, la norme BS 7671 534.

Tableau 3 : Liste de contrôle rapide que je remets à mon équipage

Conclusion

Choisissez les valeurs, coupez les fils, serrez les vis, et votre parafoudre monophasé rendra l'âme, vos machines non plus.

Envoyez-moi un courriel à caroline@leikexing.com pour obtenir un devis d'une page et nous expédierons votre lot personnalisé depuis Wenzhou sous 15 jours.