Comment fonctionne le dispositif de protection contre les surtensions (DPS) ?
Un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) est précisément conçu pour protéger les systèmes et appareils électriques contre les incidents de surtension. Il y parvient en réduisant les tensions transitoires et en redirigeant les courants de surtension.
Les surtensions peuvent provenir de sources externes et internes. Les surtensions externes les plus puissantes sont souvent dues à la foudre, tandis que les surtensions internes, qui représentent 65 % de tous les transitoires, peuvent être produites par la commutation des charges électriques. Ces surtensions internes peuvent être causées par de nombreuses activités, telles que l'allumage et l'extinction de charges électriques, l'actionnement de relais ou de disjoncteurs, de systèmes de chauffage, de moteurs et d'équipements de bureau.
En l'absence d'un SPD efficace, les événements transitoires peuvent potentiellement endommager l'équipement électronique, entraînant des temps d'arrêt coûteux. Le rôle vital que jouent ces dispositifs dans la protection des systèmes électriques est incontesté. Mais quel est le principe de fonctionnement de ces dispositifs ? Quels sont les composants et les facteurs qui influencent principalement leur efficacité ?
Qu'entend-on par surtensions transitoires ?
Les surtensions transitoires sont des surtensions de courte durée de la puissance électrique dues à une libération soudaine d'énergie précédemment stockée ou d'énergie introduite par d'autres moyens. Ces surtensions peuvent être causées par des événements naturels ou d'origine humaine.
Qu'est-ce qui déclenche les surtensions transitoires ?
Les surtensions transitoires d'origine humaine sont généralement dues à la mise en marche et à l'arrêt des moteurs et des transformateurs, ainsi qu'à certains types d'éclairage. Traditionnellement, ces surtensions ne posaient pas de problème majeur dans les installations domestiques. Cependant, l'introduction de nouvelles technologies telles que le chargement des véhicules électriques, les pompes à chaleur air/sol et les machines à laver à vitesse contrôlée a rendu les surtensions transitoires de plus en plus probables dans les installations domestiques.
D'autre part, les surtensions transitoires naturelles sont le plus souvent causées par des coups de foudre indirects. Par exemple, un coup de foudre direct sur une ligne électrique ou téléphonique aérienne adjacente peut déclencher une surtension transitoire qui se propage le long de ces lignes, pouvant causer des dommages substantiels à l'installation électrique et à l'équipement associé.
Quel est le principe de fonctionnement d'un DOCUP ?
En termes simplifiés, chaque fois qu'une tension transitoire est présente sur le circuit protégé, le SPD freine cette tension transitoire et redirige le courant vers sa source ou la terre.
Pour que le SPD fonctionne efficacement, il doit comporter au moins un composant non linéaire qui alterne entre un état d'impédance élevé et un état d'impédance faible en fonction des conditions variables.
Sous des tensions de fonctionnement standard, les SPDs maintiennent un état de haute impédance, laissant le système non affecté. Cependant, lorsqu'une tension transitoire est détectée sur le circuit, le disjoncteur passe à l'état de conduction (ou basse impédance), redirigeant le courant de surtension vers sa source ou la terre. Ce processus permet de limiter ou de brider la tension à un niveau plus sûr. Une fois que le transitoire a été détourné avec succès, le SPD revient automatiquement à son état de haute impédance.
Catégories ou variétés de DOCUP
Les SPD se répartissent principalement en deux catégories : les composants de limitation de tension et les composants de commutation de tension. Les composants de limitation de tension subissent un changement d'impédance lorsque les tensions augmentent, ce qui entraîne le blocage ou la limitation de la tension transitoire. D'autre part, les composants de commutation de tension "s'activent" ou "s'allument" lorsqu'une tension de seuil spécifique est dépassée, et ils tombent rapidement à une faible impédance. Les systèmes actuels intègrent généralement les deux composants afin de maximiser leurs forces et de minimiser leurs faiblesses.
Les composants limitant la tension comprennent les varistances à oxyde métallique (MOV) et les diodes de suppression de tension transitoire (TVS). Inversement, les tubes à décharge (GDT) et les éclateurs sont des exemples de composants commutant la tension.
Classes ou types de DOCUP
DOCUP de type 1
Les SPD de type 1 sont particulièrement recommandés dans les bâtiments commerciaux et industriels équipés d'un système de protection contre la foudre ou d'une cage maillée.
Ces dispositifs protègent les installations électriques contre les coups de foudre directs. Ils peuvent évacuer le courant de retour de la foudre qui se propage du conducteur de terre aux conducteurs du réseau.
La caractéristique distinctive du SPD de type 1 est une onde de courant de 10/350 µs.
DOCUP de type 2
Les disjoncteurs de type 2 constituent le système de protection primaire de toutes les installations électriques à basse tension. Ils sont installés dans chaque tableau électrique, empêchant la propagation des surtensions dans les installations électriques et protégeant les charges.
Une caractéristique déterminante du DPS de type 2 est une onde de courant de 8/20 µs.
DOCUP de type 3
Les SPD de type 3 ont une capacité de décharge relativement faible. Ils doivent donc être installés en complément des SPD de type 2 et à proximité des charges sensibles.
Les SPD de type 3 se caractérisent par un mélange d'ondes de tension (1,2/50 μs) et d'ondes de courant (8/20 μs).
