Comment fonctionne un parafoudre à MOV ? Circuit et écrêtage

Un parafoudre à MOV fonctionne en parallèle car la varistance à oxyde métallique est un élément de dérivation non linéaire. À la tension normale du système électrique, elle ne laisse passer qu'un faible courant de fuite. Lorsqu'une transitoire augmente la tension au niveau du nœud protégé, le courant du MOV augmente fortement. Ce courant circulant à travers l'impédance finie de la source de surtension et du chemin d'alimentation modifie la tension du nœud, tandis que le MOV limite la tension à ses bornes et à celles de la charge connectée en parallèle.

La charge protégée et le MOV partagent la même tension à leur point de connexion commun. Il n'y a pas de “ paradoxe de circuit parallèle ”. L'erreur consiste à traiter l'alimentation comme une source de tension idéale avec une impédance nulle, ou à traiter le MOV comme une résistance fixe. Aucun de ces modèles ne représente un test de surtension ou une installation réelle.

Une distinction supplémentaire est importante : la tension déclarée pour le MOV ou pour le dispositif de protection contre les surtensions (SPD) SPD est mesurée à des bornes et dans des conditions de test spécifiées. L'équipement peut subir une tension supplémentaire causée par l'inductance des conducteurs de connexion du SPD et par la disposition physique entre le SPD et l'équipement.

Le circuit de protection contre les surtensions à MOV correct

Un modèle de circuit utile contient cinq éléments :

1. une source transitoire ;
2. l'impédance de la source et du chemin d'alimentation ;
3. le nœud de connexion protégé ;
4. une varistance (MOV) ou un SPD basé sur une MOV connecté entre les conducteurs concernés ;
5. la charge protégée connectée à ce nœud.

En fonctionnement normal, la branche de la MOV présente une impédance élevée et ne transporte pas de courant de charge. Lors d'une surtension, sa caractéristique tension-courant non linéaire permet à un courant important de circuler à travers la branche de protection. Le courant retourne par un autre conducteur — tel que le neutre, une autre phase ou le conducteur de protection — en fonction du mode de protection du SPD et du chemin de la surtension.

C'est pourquoi l'affirmation “ le SPD envoie toute surtension à la terre ” n'est pas une explication complète. Une MOV en mode phase-neutre conduit entre la phase et le neutre. Un mode phase-phase conduit entre les phases. Un mode phase-PE implique le chemin du conducteur de protection. Le circuit complet et les modes de protection déterminent où le courant circule.

L'idée directrice est la simultanéité, et non la séquence :

• le transitoire tente d'élever la tension du nœud ;
• le courant du MOV augmente à mesure que cette tension s'élève ;
• le courant de surtension traversant l'impédance de la source et du chemin produit une différence de potentiel le long de ce chemin ;
• la caractéristique non linéaire du MOV et le réseau source se stabilisent à un point de fonctionnement pour cet instant de la forme d'onde ;
• la charge au même nœud voit la tension limitée résultante, sous réserve des effets de connexion et de séparation.

CEI 61643-11:2025, appliqué conjointement avec les exigences communes dans IEC 61643-01:2024, décrit les SPD AC basse tension comme contenant au moins un composant non linéaire destiné à limiter les tensions de surtension et à dériver les courants de surtension. IEC 61643-332:2024 traite de la théorie de fonctionnement, de la sélection et des principes d'application des MOV.

Pourquoi un diagramme de source idéale donne une réponse erronée

Suppose an ideal voltage source forces exactly 1,000 V across a load and an MOV, with zero impedance anywhere in the source or conductors. Connecting a shunt MOV cannot reduce that imposed voltage. It would draw unlimited current in an idealized model, which is physically impossible.

Les sources transitoires réelles ne sont pas idéales. Les générateurs d'ondes de choc ont des caractéristiques de source définies. Les transformateurs du réseau, les conducteurs, les jeux de barres, les connexions et le chemin de couplage de la surtension contribuent à la résistance, à l'inductance, à la capacité et aux effets de propagation d'onde. Ces propriétés limitent le courant présumé et influencent la tension au point de connexion du SPD.

Le MOV n'est pas non plus un interrupteur qui passe d'une “ résistance infinie ” à une faible résistance fixe. Son courant dépend fortement et continuellement de la tension. À des fins conceptuelles :

iMOV(t) = f[vMOV(t)]

La fonction est hautement non linéaire. Une faible augmentation de la tension dans la zone de conduction peut produire une forte augmentation du courant du MOV. La grandeur de protection pertinente est donc une tension de limitation/résiduelle mesurée ou déclarée dans des conditions de courant et de forme d'onde spécifiées, et non une valeur de résistance dynamique universelle.

IEEE C62.33-2016 couvre les méthodes d'essai et les valeurs de performance pour les composants de protection contre les surtensions à varistance (MOV), y compris les valeurs nominales de courant de choc 8/20 et la tension de limitation. IEEE C62.42.2-2022 couvre les caractéristiques, les valeurs nominales et des exemples d'application des MOV. Ces cadres renforcent une règle importante : une valeur de tension MOV n'est significative qu'avec ses conditions de mesure ou d'essai.

Cinq grandeurs de tension et de courant à ne pas confondre

De nombreuses explications incorrectes sur les MOV utilisent un seul terme — “ tension de choc ” — pour plusieurs grandeurs différentes. Séparez-les avant d'effectuer tout calcul ou toute déclaration de protection.

Quantité	Ce qu'il représente	Ce qu'elle peut vous indiquer	Ce qu'elle ne peut pas vous indiquer seule
Tension d'impulsion en circuit ouvert	Tension produite par la source de surtension définie avec sa sortie ouverte	Une caractéristique de la source d'essai ou de l'environnement de surtension supposé	La tension qui subsistera après qu'un SPD a conduit
Courant de surtension de court-circuit présumé	Courant que la source de surtension définie peut délivrer dans un court-circuit	Une autre caractéristique de la source	Le courant exact traversant une MOV installée particulière
Tension de limitation du composant	Tension aux bornes d'une varistance (MOV) à un courant d'impulsion et une forme d'onde spécifiés	Comportement de la varistance (MOV) lors de l'essai de composant indiqué	Protection complète du SPD ou des bornes de l'équipement dans chaque configuration
Tension résiduelle du SPD, Up ou VPR	Quantité de protection d'un dispositif complet selon son cadre et son essai applicables	Limitation de tension testée ou déclarée aux bornes du SPD ou mode de protection	Tension supplémentaire introduite par les raccordements sur site et la séparation
Tension aux bornes de l'équipement	Transitoire apparaissant réellement aux bornes de l'équipement protégé	La valeur pertinente pour la contrainte d'isolation de l'équipement	Elle ne peut être déduite d'une seule référence de catalogue sans contexte d'installation

Les deux premiers décrivent la source. Les deux suivants décrivent le composant ou le SPD complet dans le cadre d'essais définis. Le dernier décrit le résultat de l'installation.

Up et VPR appartiennent à des cadres différents

Dans la documentation orientée IEC, En haut est le niveau de protection en tension déclaré du SPD. Dans la documentation orientée UL, indice de protection de tension (VPR) est une valeur nominale normalisée. Bien que les deux aident à évaluer la limitation de tension, ils ne doivent pas être considérés comme des étiquettes numériquement interchangeables, détachées de leurs méthodes d'essai respectives.

UL Solutions identifie le VPR, la tension de régime permanent maximale (MCOV), le courant nominal de décharge (In) et le courant de court-circuit nominal (SCCR) comme des caractéristiques importantes des SPD. Le guide Uc et Up des SPD explique plus en détail la distinction entre la tension de régime permanent et le niveau de protection.

Pourquoi 6 kV/3 kA n'est pas une “ règle des 2 ohms ” universelle”

Un générateur d'ondes combinées peut être décrit par une tension en circuit ouvert et un courant de court-circuit présumé. Diviser 6 kV par 3 kA donne un rapport de 2 ohms pour cette condition de source définie. Ceci est utile pour comprendre le générateur, et non pour attribuer une impédance haute fréquence universelle de 2 ohms à chaque installation résidentielle, commerciale ou industrielle.

Il ne protège pas contre : pas prouver que :

• chaque service de bâtiment a 2 ohms d'impédance de surtension ;
• le courant de défaut disponible à 60 Hz peut être converti en une impédance de surtension à l'aide d'un multiplicateur ;
• un bâtiment proche d'un transformateur a nécessairement une protection contre les surtensions inefficace ;
• la résistance de contact du disjoncteur devrait déterminer si un SPD est installé côté ligne ou côté charge ;
• un ingénieur de terrain peut prédire la tension aux bornes de l'équipement avec une résistance MOV fixe et un simple diviseur de tension DC.

L'environnement de surtension, le chemin de couplage, la forme d'onde, la géométrie de l'installation et les caractéristiques complètes du SPD ont tous leur importance. La sélection du produit doit utiliser les valeurs nominales déclarées applicables et les instructions d'installation, et non un “ budget d'impédance ” inventé.”

L'impédance avant le nœud et l'inductance dans les conducteurs du SPD jouent des rôles opposés

Deux effets sont souvent mélangés.

L'impédance de la source et du chemin d'alimentation influence la surtension incidente

L'impédance entre la source transitoire et le nœud protégé limite le courant de surtension présumé et affecte la tension du nœud lorsque la MOV conduit. C'est en partie la raison pour laquelle un dispositif en dérivation peut limiter la tension produite par une source réelle et finie.

Cela ne fait pas de “ plus d'impédance en amont ” un objectif d'installation général. L'ajout d'une impédance arbitraire peut affecter le fonctionnement normal, la performance en cas de défaut, la compatibilité électromagnétique et la coordination des protections. Le réseau source est une donnée du problème de surtension, et non une règle de réglage sur site pour choisir l'emplacement du disjoncteur.

L'inductance de connexion du SPD s'ajoute à la tension côté équipement

Les conducteurs reliant les conducteurs de distribution au SPD transportent un courant de surtension variant rapidement. Leur inductance produit une tension transitoire supplémentaire. Une relation conceptuelle utile est :

ΔuL ≈ Lloop × di/dt

où Lloop est l'inductance effective du chemin de connexion complet du courant de surtension et di/dt est le taux de variation du courant. Il ne s'agit pas d'un calculateur de champ : le cheminement des conducteurs, la géométrie de la boucle, le couplage mutuel, les coudes, les bornes, la forme d'onde et le partage du courant affectent le résultat.

La conséquence pratique est fiable : une longueur de connexion et une surface de boucle excessives peuvent augmenter la tension apparaissant au-delà de la valeur aux bornes testée du SPD. La norme NEMA guide d'installation des SPD câblés explique que l'inductance des conducteurs de connexion s'ajoute à la tension de l'élément de suppression et dégrade les performances résiduelles. UL Solutions conseille également de maintenir les conducteurs du SPD aussi courts que possible et d'éviter les coudes à 90 degrés prononcés dans la mesure du possible.

Pour les dispositions des bornes, la protection de secours, le cheminement des conducteurs et les limites de mise en service, utilisez le guide de câblage SPD dédié et les instructions exactes du fabricant.

Un modèle à deux nœuds permet d'éviter l'erreur de conception la plus courante

Le point de connexion du SPD et les bornes de l'équipement ne doivent pas être automatiquement traités comme un nœud idéal.

Nœud A : point de connexion du SPD

Au nœud A, le SPD limite la tension en fonction de ses éléments non linéaires, de sa construction interne, de son mode de protection et de la surtension appliquée. Les données Up, VPR ou de tension résiduelle décrivent les performances aux bornes de l'appareil et dans les conditions d'essai définies.

Nœud B : bornes de l'équipement protégé

Le nœud B peut être séparé du nœud A par des conducteurs, des jeux de barres, des filtres, des interrupteurs, des transformateurs ou d'autres éléments du réseau. Lors d'un transitoire rapide, ceux-ci ne sont pas électriquement invisibles. La tension aux bornes de l'équipement peut différer de la tension aux bornes du SPD en raison des chutes inductives, du couplage, de l'oscillation, de la propagation de l'onde et d'un autre chemin d'entrée de surtension tel qu'un câble de signal.

Cela donne une relation conceptuelle plus sûre :

tension aux bornes de l'équipement = tension limitée par le SPD + effets dépendants de l'installation

Le signe et la forme d'onde de chaque contribution ne peuvent être réduits à une simple addition arithmétique universelle. L'équation est un rappel de conception : une bonne valeur de catalogue de SPD ne compense pas une mauvaise géométrie de connexion ou un chemin d'entrée parallèle non protégé.

Pourquoi un SPD à base de MOV peut encore échouer à protéger l'équipement

Si l'équipement protégé est endommagé, la bonne question n'est pas simplement “ L'impédance de ligne était-elle suffisante ? ”. Vérifiez la chaîne de protection complète.

Vérifier	Pourquoi c’est important	Vérifier par rapport à
Tension nominale en régime permanent	Une valeur Uc ou MCOV inadaptée peut solliciter ou déconnecter le SPD lors d'une tension normale ou d'une surtension temporaire	Tension du système, schéma de liaison à la terre, fiche technique du produit
Modes de protection et topologie	Le SPD doit fournir un chemin pour les modes de surtension susceptibles de solliciter l'équipement	Schéma unifilaire, schéma TN/TT/IT, configuration du fabricant
Up ou VPR	Le niveau de protection déclaré doit prendre en charge l'objectif de coordination de l'isolement de l'équipement	Cadre applicable, données de tenue de l'équipement, étude de conception
Longueur de raccordement et surface de boucle	L'inductance des conducteurs peut ajouter de la tension lors d'une montée rapide du courant	Instructions d'installation et disposition du tableau
Protection contre les courts-circuits et protection de secours	La déconnexion interne ou externe doit être coordonnée avec la condition de défaut disponible	SCCR ou déclaration de court-circuit IEC applicable, instructions pour fusible/disjoncteur de secours
État de la protection	Un module thermiquement déconnecté ou défaillant peut ne plus assurer son mode de protection prévu	Fenêtre d'état, contact distant, registres de maintenance
Chemins d'entrée multiples	Les chemins d'alimentation, de données, de commande, d'antenne et de liaison équipotentielle peuvent introduire différentes surtensions	Architecture complète du système
Sévérité des surtensions et coordination	Aucun SPD ne garantit une tension aux bornes nulle ou une protection contre tous les événements	Évaluation des risques, type de SPD, plan de coordination, tenue du matériel

Le vieillissement des MOV et leur comportement en fin de vie sont distincts du mécanisme de circuit expliqué ici. Pour cette décision, utilisez le guide de durée de vie des SPD industriels et de vieillissement des MOV. Pour la structure du matériau ZnO du MOV et la physique des composants, voir Explication du MOV ZnO.

Liste de contrôle de vérification technique

Avant d'accepter une conception de SPD basée sur des MOV, vérifiez :

• la tension nominale et la tension maximale de service exactes sur chaque mode de protection ;
• le schéma de liaison à la terre et les conducteurs disponibles au point d'installation ;
• Uc ou MCOV et comportement en cas de surtension temporaire ;
• Type de SPD et cadre d'essai applicable ;
• Up ou VPR par mode de protection lorsqu'il est fourni ;
• In, Imax, Iimp, ou autres déclarations de courant de décharge pertinentes ;
• SCCR ou la déclaration de tenue au court-circuit/courant applicable selon la norme IEC, ainsi que la protection de secours requise ;
• le chemin de connexion le plus court possible, conforme aux recommandations du fabricant et avec une surface de boucle limitée ;
• les exigences de tenue aux chocs et de coordination de l'isolement de l'équipement ;
• chaque chemin d'alimentation, de signal, de communication et de liaison équipotentielle entrant dans la zone protégée ;
• indication d'état, signalisation à distance, inspection et procédure de remplacement.

Les guide de fiche technique SPD fournit une évaluation complète des caractéristiques nominales. Lorsque les entrées du système sont connues, comparez les valeurs disponibles des parafoudres VIOX par tension, topologie, type, niveau de protection, déclaration du courant de décharge et exigences de protection de secours plutôt que par la taille de la MOV ou un chiffre unique en kA.

Foire Aux Questions

Si la MOV et la charge sont en parallèle, voient-elles la même tension ?

Oui, lorsqu'elles partagent le même nœud de connexion idéal. La MOV protège en modifiant le courant tiré d'une source de surtension non idéale, ce qui modifie la tension établie à ce nœud. Dans une installation réelle, l'équipement peut constituer un second nœud électrique car les conducteurs et la disposition présentent une impédance lors d'un transitoire rapide.

Une MOV absorbe-t-elle la tension de surtension ?

Non. La tension n'est pas absorbée. La MOV conduit le courant de surtension et dissipe une partie de l'énergie tout en limitant la tension aux bornes. La distribution de l'énergie et du courant dépend de la source, de la forme d'onde, de la caractéristique de la MOV, des autres éléments de protection et du chemin du circuit.

Une varistance (MOV) est-elle un court-circuit lors d'une surtension ?

Pas un court-circuit idéal. Elle devient beaucoup plus conductrice, mais conserve une caractéristique tension-courant non linéaire et une tension résiduelle ou de limitation significative. Cette tension dépend du courant d'impulsion, de la forme d'onde, de la température, de la conception du composant et des conditions d'essai.

Puis-je calculer la protection avec une résistance de MOV fixe ?

Pas de manière fiable. Un diviseur à résistance fixe peut illustrer pourquoi l'impédance de la source est importante, mais il ne peut pas prédire le comportement transitoire non linéaire d'une MOV ni la tension au niveau de l'équipement installé. Utilisez les courbes du fabricant, les caractéristiques déclarées du SPD, les données d'essai applicables et un modèle tenant compte de l'installation.

Une onde combinée de 6 kV/3 kA est-elle identique à un véritable coup de foudre ?

Non. Il s'agit d'une condition de source normalisée utilisée pour des essais ou des évaluations définis. Elle ne reproduit pas chaque événement de foudre direct ou indirect, transitoire de commutation, chemin de couplage ou installation de bâtiment.

Un câble de SPD plus court modifie-t-il la tension de limitation propre à la MOV ?

Cela ne modifie pas la caractéristique du matériau de la MOV elle-même. Cela réduit la tension inductive supplémentaire associée au chemin de connexion externe, ce qui peut abaisser la tension effective présentée à l'installation protégée.

Références techniques

• IEC 61643-01:2024 — Exigences générales et méthodes d'essai pour les SPD basse tension
• IEC 61643-11:2025 — SPD connectés aux systèmes d'alimentation basse tension AC
• IEC 61643-332:2024 — Principes de sélection et d'application pour les MOV
• IEEE C62.33-2016 — Méthodes d'essai et valeurs de performance pour les composants de protection contre les surtensions à MOV
• IEEE C62.42.2-2022 — Application des composants de protection contre les surtensions à MOV
• UL Solutions — Protection contre les surtensions
• NEMA Surge Protection Institute — Installation correcte d'un SPD câblé

Cet article explique le comportement des MOV/SPD basse tension ; il ne s'agit pas d'une procédure d'installation sous tension ou d'essai sur site. La sélection finale du produit et son installation doivent respecter la documentation exacte du produit, les règles applicables, l'étude du système et l'examen par un ingénieur qualifié.