Guide de coordination et de mise en cascade des SPD : 4 étapes de vérification

Une séquence Type 1–Type 2–Type 3 ne constitue pas automatiquement un système de protection contre les surtensions coordonné. Les étiquettes identifient les types d'essais et les rôles d'application probables ; elles ne prouvent pas que le dispositif en amont soulagera le dispositif en aval, que la tension installée restera inférieure à l'objectif de tenue de l'équipement, ou que les dispositifs peuvent être placés ensemble sans découplage supplémentaire.

Considérez la coordination comme quatre étapes de vérification distinctes :

1. Coordination en tension : la tension efficace à chaque nœud protégé doit rester dans les limites de l'objectif de coordination de l'isolement de l'équipement.
2. Coordination en énergie : le dispositif de protection contre les surtensions (SPD) en aval ne doit pas être en surcharge avant que l'étage en amont ne supporte la contrainte qui lui est destinée.
3. Distance et découplage : les conducteurs entre les étages doivent être évalués à la fois comme une impédance de découplage possible et comme un chemin pouvant créer une nouvelle exposition aux surtensions.
4. Coordination des défauts et de la protection de secours : chaque SPD doit être compatible avec les conditions de court-circuit présumé et son agencement requis de fusibles, de disjoncteur ou de sectionneur interne.

Si une porte manque de preuves concernant les dispositifs exacts et l'installation, la cascade n'est pas encore vérifiée.

La cascade est une disposition ; la coordination est une déclaration de performance

“Le terme ” cascade » décrit généralement plusieurs étages de protection placés depuis l'alimentation entrante vers les équipements sensibles. Un concept courant consiste en un étage amont capable de supporter le courant de foudre, un étage intermédiaire au niveau de la distribution et une protection supplémentaire à proximité de la charge.

“La ” coordination » pose une question plus complexe : comment ces étages interagiront-ils sous la surtension concernée ?

Le SPD amont doit gérer la contrainte élevée assignée à sa limite. Le SPD aval doit limiter la perturbation résiduelle sans recevoir plus de courant ou d'énergie que ce que sa conception permet. L'équipement protégé doit voir une tension compatible avec sa tenue aux chocs. Tout cela doit se produire via des conducteurs réels présentant une résistance, une inductance, un couplage et une séparation finie.

IEC 61643-12:2020 couvre les principes de sélection, de fonctionnement, d'emplacement et de coordination des SPD connectés aux systèmes électriques AC basse tension. IEC 62305-4:2024 traite des mesures de protection contre les surtensions au niveau du système pour les systèmes électriques et électroniques à l'intérieur des structures, y compris les concepts de zones de protection contre la foudre et le comportement des tensions induites.

Le guide dédié à SPD de type 1, type 2 et type 3 explique ce que chaque classification établit. Cet article commence une fois ces classifications sélectionnées et pose la question de savoir si la combinaison proposée fonctionne comme un système unique.

Définir le système comme des nœuds protégés

Ne commencez pas par une liste d'achats. Dessinez l'installation comme une séquence de nœuds électriques et de limites de protection.

Nœud	Limite typique	Ce qu'il faut savoir	Question de coordination
Un	Arrivée de service ou distribution principale	Environnement de surtension, contexte de protection contre la foudre, schéma de liaison à la terre et source, capacité du SPD amont	Cet étage peut-il supporter la contrainte assignée à la limite d'arrivée ?
B	Sous-distribution, centre de contrôle moteur ou alimentation de tableau de commande	Cheminement de câble depuis A, surtensions générées localement ou couplées, caractéristiques nominales du SPD aval	L'étage B est-il soulagé par l'étage A, et l'étage B est-il toujours nécessaire pour l'objectif de tension ?
C	Entrée d'équipement ou zone protégée finale	Tension de tenue aux chocs de l'équipement, cheminement de câble depuis B, autres chemins d'entrée de puissance/données, caractéristiques finales du SPD	La protection installée maintient-elle la contrainte réelle aux bornes de l'équipement dans les limites de l'objectif de conception ?

Ce modèle de nœud évite deux erreurs courantes. Premièrement, deux dispositifs installés dans des tableaux différents ne constituent pas automatiquement des étages de protection distincts s'ils ne contrôlent pas des limites électriques différentes. Deuxièmement, l'équipement n'est pas toujours au même nœud de tension transitoire que le SPD le plus proche. Les conducteurs de raccordement, les jeux de barres, la séparation des câbles, les lignes de signal et les chemins de liaison équipotentielle peuvent créer une tension supplémentaire entre eux.

Pour décider où à quel étage appartient, utilisez le guide de placement des SPD séparé. L'étude de coordination commence une fois que les nœuds candidats sont définis.

Entrées requises avant la vérification d'une cascade

Collectez les éléments suivants avant de comparer les produits :

• normes d'installation et de système applicables ;
• limite d'application AC, DC, photovoltaïque ou ligne de signal ;
• schéma unifilaire et schéma de liaison à la terre ;
• système de protection contre la foudre et limites de zone de protection contre la foudre, le cas échéant ;
• tension nominale et tension maximale en régime permanent sur chaque mode de protection proposé ;
• objectif de tenue aux chocs ou de coordination de l'isolement de l'équipement à chaque nœud protégé ;
• Type de SPD ou classe d'essai et les grandeurs d'essai déclarées pour chaque étage ;
• niveau de protection en tension En haut, tension limite mesurée, ou applicable VPR données dans le cadre pertinent ;
• Jeimp, En, Imax, ou autres déclarations de courant de décharge applicables à l'étage ;
• longueur de câble, cheminement des conducteurs, géométrie de boucle et séparation entre les SPD et l'équipement ;
• courant de court-circuit présumé à chaque point de raccordement du SPD ;
• fusible de protection ou disjoncteur requis et le SCCR, Isccr, ou toute autre déclaration de court-circuit ;
• les tableaux de coordination du fabricant, les combinaisons testées ou les instructions d'application pour la paire amont/aval exacte.

Ces entrées ne sont pas interchangeables. Un grand Imax ne prouve pas une faible tension de protection installée. Une faible valeur de catalogue En haut ne prouve pas que le SPD de dernier étage résiste à l'énergie qu'il reçoit. Un câble court ne prouve pas la coordination énergétique. Chaque élément ferme une porte différente.

Porte 1 : Vérifier la coordination de tension à chaque nœud

Le but de la cascade n'est pas de produire des chiffres progressivement plus petits sur trois fiches techniques. Il s'agit de maintenir la tension apparaissant au niveau de l'équipement protégé dans un objectif défini de coordination de l'isolement.

Une vérification conceptuelle utile est :

tension de protection installée au niveau de l'équipement < objectif de tenue aux impulsions de l'équipement

Le côté gauche n'est pas toujours égal à la valeur imprimée sur le SPD En haut. Il peut inclure :

• la tension résiduelle ou de limitation du SPD pour le mode de protection et l'impulsion concernés ;
• la tension inductive dans les conducteurs transportant le courant de surtension vers et depuis le SPD ;
• les différences de tension entre le point de connexion du SPD et les bornes de l'équipement ;
• le couplage provenant de conducteurs voisins ou d'autres services ;
• les effets d'oscillation ou de propagation d'onde sur les longueurs plus importantes ;
• contrainte entrant par un chemin de signal, de données, d'antenne, de commande ou de liaison équipotentielle non coordonné.

La relation dépend de l'installation. N'ajoutez pas de pourcentages arbitraires et n'utilisez pas de facteur “ volts par mètre ” universel. Utilisez la méthode d'installation applicable, les instructions du fabricant et le modèle d'ingénierie du projet.

De même, n'ajoutez pas les En haut valeurs des SPD en amont et en aval. Il ne s'agit pas de chutes de tension en série. Chaque valeur décrit un appareil ou un mode de protection dans des conditions d'essai définies. La cascade doit être évaluée au nœud où l'équipement est raccordé.

Pour la différence entre la tension nominale en régime permanent et le niveau de protection, voir le guide Uc et Up des SPD. La sélection finale doit utiliser les valeurs exactes spécifiques au mode provenant de la fiche technique du SPD.

Preuve de seuil de tension

Marquez la porte 1 comme validée uniquement lorsque le dossier de conception identifie :

• l'objectif de tenue de l'équipement ;
• les modes de surtension pertinents aux bornes de l'équipement ;
• la déclaration du niveau de protection du SPD applicable ;
• les effets de connexion et de séparation installés ;
• la marge ou la méthode de coordination requise selon la norme ou la règle de conception applicable.

Si la tenue de l'équipement est inconnue, une valeur inférieure En haut est utile sur le plan directionnel mais ne permet pas de finaliser la vérification.

Porte 2 : Vérifier la coordination énergétique entre les étages

Le SPD aval est généralement conçu pour subir des contraintes moins sévères que l'étage amont. Il ne doit pas réagir de manière à supporter une part destructrice de la surtension avant que l'étage amont n'accomplisse sa fonction prévue.

La coordination énergétique dépend du comportement complet tension-courant-temps des dispositifs et du réseau qui les relie. Les facteurs pertinents incluent :

• le comportement de commutation de tension ou de limitation de tension ;
• la tension résiduelle dynamique sous l'impulsion applicable ;
• le comportement de réponse et de commutation ;
• la forme d'onde du courant et la charge ;
• la tenue en énergie de l'étage aval ;
• impédance du conducteur entre les étages ;
• caractéristiques de la source et partage du courant ;
• coordination interne au sein des dispositifs combinés.

C'est pourquoi la mention “ Type 1 en amont, Type 2 en aval ” ne constitue pas une preuve suffisante. Les technologies utilisées dans les dispositifs de Type 1 peuvent se comporter différemment, et des dispositifs en aval portant des étiquettes similaires peuvent présenter des caractéristiques différentes.

Le guide technique de protection contre les surtensions de Phoenix Contact stipule que les SPD de Type 2 doivent être coordonnés avec les SPD de Type 1 en amont et qu'il n'existe aucune condition de coordination généralement applicable à toutes les technologies de Type 1. DEHN définit la coordination énergétique comme une interaction sélective entre des éléments de protection en cascade et avertit qu'un SPD en aval peut être détruit si l'étage en amont le soulage trop tard ou insuffisamment.

Les formes de preuves les plus solides

Utilisez la hiérarchie suivante :

1. un tableau de coordination du fabricant nommant les modèles exacts en amont et en aval ;
2. un rapport de système ou d'application testé couvrant la combinaison proposée et les conditions d'installation pertinentes ;
3. un assemblage combiné de Type 1+2 ou de Type 2+3 approuvé par le fabricant avec une coordination interne déclarée ;
4. une étude d'ingénierie ou un test au niveau du système utilisant des modèles d'appareils et des conditions d'impulsion appropriés.

“ Même marque ” ne constitue pas une preuve en soi. Un tableau de coordination peut ne couvrir que des familles de produits, des calibres, des modes de protection, des dispositions de conducteurs ou des distances minimales spécifiques. Inversement, une combinaison de marques mixtes n'est pas automatiquement impossible, mais elle nécessite des preuves qui ne peuvent être déduites par la simple comparaison des étiquettes de Type et des valeurs en kA des catalogues.

Règle d'arrêt de la porte énergétique

Si la paire d'appareils exacte n'est pas couverte par des données de coordination testées et qu'aucune vérification technique compétente n'est disponible, enregistrez la Porte 2 comme preuve manquante. N'estimez pas le partage d'énergie à partir de Imax ratios ou supposer que le dispositif avec la valeur kA la plus élevée conduira toujours en premier.

Porte 3 : Comprendre les deux rôles de la distance

La distance apparaît dans les directives de protection contre les surtensions pour deux raisons différentes. Les mélanger crée des règles contradictoires.

Rôle A : l'impédance entre les étages peut assurer un découplage

Les conducteurs entre un SPD en amont et un en aval présentent une impédance lors d'une impulsion rapide. Dans certains agencements coordonnés, cette impédance aide à créer la différence de tension nécessaire pour que les étages amont et aval commutent ou répondent de manière sélective.

Des directives plus anciennes ou spécifiques à un produit peuvent donc prescrire une longueur de conducteur minimale entre des dispositifs particuliers. Un fabricant peut plutôt spécifier un élément de découplage lorsque le cheminement de conducteur disponible est trop court.

Cette exigence appartient à la paire de SPD exacte. ABB, par exemple, a publié des tableaux de coordination par famille de produits avec des distances minimales différentes pour diverses combinaisons de Type 1/Type 2 et Type 2/Type 2. Ces distances constituent une preuve pour les combinaisons ABB listées, et non des règles d'espacement universelles pour tous les SPD.

Les produits coordonnés modernes peuvent être installés les uns à côté des autres lorsque leur comportement interne et la combinaison testée ne nécessitent pas de longueur de découplage. “ Aucune distance minimale requise ” est également une déclaration propre à une paire de modèles, et non une propriété générale de tous les agencements de Type 1+Type 2.

Rôle B : une longue ligne en aval peut créer un nouveau besoin de protection

Un long câble entre un SPD de distribution et l'équipement peut exposer le nœud distant à une tension induite, une oscillation, un couplage ou une autre voie d'entrée de surtension. Les règles d'installation et les guides d'application du fabricant peuvent donc exiger un autre SPD près de l'équipement ou à une nouvelle limite de zone lorsque la séparation dépasse une condition spécifiée.

La valeur de 10 m, fréquemment citée, apparaît dans des contextes d'application et des normes spécifiques, mais elle ne doit pas être transformée en l'une de ces fausses règles :

• “ Deux SPD sont coordonnés dès lors qu'ils sont distants de 10 m. ”
• “ Tout équipement situé à plus de 10 m nécessite toujours le même SPD supplémentaire. ”

Une règle concerne l'interaction entre les étages de protection; l'autre concerne l'exposition à la tension au niveau d'un nœud protégé distant. Appliquez la norme exacte, l'adoption nationale, la configuration du système et les instructions du fabricant.

Feuille de calcul de distance-gate

Pour chaque paire de nœuds, enregistrez :

Vérifier	Preuves requises	Condition de réussite
Séparation inter-étages	Longueur et géométrie réelles du conducteur acheminé	Correspond aux instructions de coordination de la paire exacte ou à la conception de découplage approuvée
Exposition du nœud distant	Cheminement des câbles, environnement de couplage, limite de zone et emplacement de l'équipement	Une protection supplémentaire est fournie lorsque la méthode de conception applicable l'exige
Chemin de connexion du SPD	Boucle de courant de foudre complète vers chaque SPD	Le cheminement est conforme aux instructions du fabricant concernant la longueur maximale et la disposition
Autres services	Chemins d'alimentation, de données, de commande, d'antenne et de liaison équipotentielle	Chaque chemin d'entrée conducteur est coordonné au niveau de la même limite de protection

Le dédié guide de câblage SPD couvre la mise en œuvre des chemins de connexion. Cette page utilise ces chemins uniquement comme entrées de coordination.

Porte 4 : Maintenir la coordination de l'énergie de surtension séparée de la coordination des défauts

Un SPD peut conduire un courant de surtension pendant des microsecondes et devenir tout de même un défaut à fréquence industrielle si un composant interne ou un sectionneur tombe en panne. Le système doit donc coordonner le SPD avec la condition de court-circuit présumé et sa protection de secours requise.

Cette vérification est liée à la coordination énergétique entre SPD, sans pour autant être identique.

Problème de coordination	Perturbation considérée	Preuve
Coordination énergétique entre SPD	Impulsion de foudre ou de manœuvre	Tableau de cascade exact, paire testée, rapport d'application ou étude de système
Coordination du niveau de protection des SPD	Tension transitoire au nœud protégé	En haut ou données de tension limite, tenue des équipements, effets de l'installation
Coordination entre le SPD et la protection de secours	Condition de court-circuit à fréquence industrielle ou de courant de suite après le fonctionnement/la défaillance du SPD	Tableau des fusibles/disjoncteurs de secours du fabricant, SCCR, Isccr, Ifi, étude du courant de défaut le cas échéant
Sélectivité des dispositifs de protection en amont	Continuité de service lors d'un défaut	Étude de coordination des dispositifs de protection selon le cadre applicable

N'utilisez pas un tableau de coordination énergétique de SPD comme autorisation pour choisir un disjoncteur de secours quelconque. N'utilisez pas un tableau de filiation ou de sélectivité de disjoncteurs comme preuve que deux SPD partagent correctement l'énergie d'impulsion.

La porte 4 n'est validée que si chaque SPD installé dispose d'un dispositif de court-circuit et de déconnexion accepté à son propre point de raccordement. Si un fusible ou un disjoncteur de secours externe est requis, utilisez le dispositif et la plage de calibre autorisés par le fabricant plutôt qu'une règle générique de dimensionnement du courant.

Feuille de calcul de coordination à quatre portes

Remplissez une ligne pour chaque étage de SPD et l'équipement qu'il protège.

Champ	Étage A : arrivée	Étage B : distribution	Étage C : équipement
Fabricant et modèle exact du SPD
Norme produit et type/classe d'essai
Modes de protection
UC/Limite de MCOV et TOV
En haut/Déclaration de tension limite par mode
Applicable Jeimp, En, Imaxou Uoc
Équipement protégé et objectif de tenue
Chemin de raccordement installé
Distance par rapport à l'étage amont/aval
Preuve de coordination spécifique à la paire
Condition de court-circuit présumé
Protection de secours requise
Résultat de la porte et preuves non résolues

Ensuite, émettre un résultat pour la cascade complète :

• Réussite : les quatre portes sont prises en charge pour chaque étage et mode de protection.
• Conditionnel : l'architecture est plausible, mais des preuves nommées ou un calcul d'ingénierie restent à fournir.
• Échec : un étage peut dépasser l'objectif de tension, provoquer une surcharge d'un SPD en aval, enfreindre les instructions d'espacement/découplage, ou manquer d'une protection contre les défauts acceptable.

Un champ de coordination fabricant vide n'est pas un détail administratif. Il s'agit d'une donnée technique non résolue.

Exemple conceptuel traité : du tableau principal à l'armoire API

Considérons une installation industrielle avec :

• un SPD d'arrivée au tableau de distribution principal ;
• un second SPD sur un tableau de distribution aval ;
• un SPD final au niveau d'une armoire d'automate programmable industriel (API) ;
• des câbles d'alimentation et de données entrant dans l'armoire.

L'examen correct ne commence pas par l'attribution de valeurs en kA arbitraires aux trois étages.

1. Définissez d'abord le nœud C. Enregistrez la tenue aux impulsions de l'entrée d'alimentation de l'automate et la tenue des ports de communication connectés. Identifiez chaque chemin d'entrée conducteur.
2. Vérifiez le SPD final. Confirmez ses modes de protection, sa tension nominale, ses données de tension limite, son cycle de décharge et la tension ajoutée par son chemin de connexion.
3. Examinez le trajet de B vers C. Déterminez si la longueur et le cheminement créent une nouvelle limite de protection ou un risque de tension induite. Confirmez si le SPD final est requis selon la méthode de conception applicable.
4. Vérifiez la coordination énergétique entre l'étage B et l'étage C. Obtenez un tableau ou un rapport d'essai couvrant la paire exacte et la séparation installée. Si les appareils proviennent de fabricants différents, demandez une preuve de compatibilité explicite ou effectuez une étude appropriée.
5. Répéter pour l'étape A à l'étape B. L'étage d'arrivée peut utiliser une technologie de protection différente, son interaction avec le SPD de distribution nécessite donc une preuve distincte.
6. Fermer la porte 4 au niveau de chaque tableau. Le courant de court-circuit présumé et les exigences de protection de secours peuvent différer en A, B et C.
7. Coordonner les lignes de données. La protection de la ligne d'alimentation seule ne peut pas contrôler la tension apparaissant entre un port d'alimentation d'un automate et un port de communication non protégé.

L'exemple n'est complet que lorsque la tenue de l'équipement, le chemin de tension installé, la compatibilité des paires et la preuve de protection contre les défauts sont documentés. Les étiquettes de type d'appareil seules laissent ces quatre questions sans réponse.

SPD combinés et cascades de marques mixtes

Un dispositif de type 1+2 élimine-t-il le besoin d'un SPD de type 2 en aval ?

Pas automatiquement. Un dispositif combiné prouve que l'assemblage répond aux exigences de test de type 1 et de type 2 déclarées. La nécessité d'un étage supplémentaire dépend de l'objectif de tension au nœud protégé, du cheminement des câbles, de l'emplacement de l'équipement, des autres chemins de surtension et des directives d'application du dispositif combiné.

Les SPD de type 1 et de type 2 peuvent-ils être installés côte à côte ?

Oui, lorsque la combinaison exacte est conçue et documentée pour une installation adjacente. Si les instructions de coordination prescrivent une séparation des conducteurs ou un élément de découplage, une installation côte à côte sans cette disposition n'est pas vérifiée.

Des SPD de fabricants différents peuvent-ils être installés en cascade ?

Uniquement avec une preuve de compatibilité adéquate. Faire correspondre UC, En haut, le type et les valeurs en kA ne reproduit pas l'interaction dynamique des dispositifs. Demandez une combinaison testée, des données d'application mutuellement acceptées ou une étude d'ingénierie.

Liste de contrôle RFQ pour un ensemble de SPD coordonnés

Lors d'une demande de solution coordonnée, veuillez fournir :

• le schéma unifilaire complet et le schéma de liaison à la terre ;
• les tensions du système électrique et les tolérances de fonctionnement ;
• les informations relatives à la protection contre la foudre et aux limites de zones ;
• les longueurs de câbles et le cheminement entre les étages de protection ;
• les objectifs de tenue aux impulsions des équipements ;
• les modes de protection requis à chaque nœud ;
• le courant de court-circuit présumé à chaque point de raccordement ;
• numéros de modèle amont et aval proposés ;
• protection de secours et méthode d'isolement requises ;
• toutes les interfaces de puissance, de signal, de données et de commande traversant chaque limite.

Demande en retour :

• fiches techniques exactes des produits et instructions d'installation ;
• tableau de coordination énergétique spécifique à la paire ou preuve d'essai ;
• exigences de séparation ou de découplage autorisées ;
• données de protection contre les surtensions spécifiques au mode ;
• déclarations de court-circuit et de protection de secours ;
• portée des dispositifs combinés lorsqu'un Type 1+2 ou Type 2+3 est proposé ;
• confirmation écrite pour les combinaisons de familles ou de marques mixtes.

Une fois les exigences du système définies, comparez le Gamme de parafoudres VIOX et soumettez la feuille de calcul des nœuds à [email protected] pour la documentation au niveau du modèle. La similarité de la famille de produits ne remplace pas une preuve de coordination exacte.

Règle de coordination finale

Une cascade de SPD défendable ne signifie pas “ un kA élevé au tableau principal, un kA plus faible en aval ”. Il s'agit d'un système documenté dans lequel :

• chaque étage possède une limite de protection définie ;
• la tension installée demeure compatible avec l'objectif de tenue de l'équipement ;
• les dispositifs amont et aval sont coordonnés en énergie pour les impulsions concernées ;
• la distance, le cheminement des conducteurs et les autres entrées de service sont inclus ;
• chaque SPD dispose d'une protection contre les courts-circuits et d'une protection de secours acceptables ;
• la preuve de compatibilité s'applique aux dispositifs et à l'agencement exacts.

Si l'une de ces affirmations ne peut être démontrée, traitez la cascade comme conditionnelle et non coordonnée.

Références techniques

• IEC 61643-12:2020 — Principes de choix et d'application des SPD basse tension AC
• IEC 62305-4:2024 — Systèmes électriques et électroniques dans les structures
• 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
• Phoenix Contact — Principes de base de la protection contre la foudre et les surtensions
• DEHN — Terminologie de coordination énergétique et guide d'application
• ABB — Principe de coordination pour les parafoudres
• Schneider Electric — Coordination des parafoudres

Cet article fournit un cadre de sélection de système et de justification, et ne remplace pas une étude de protection de projet, les instructions produit ou les règles d'installation applicables. L'installation et les travaux sous tension doivent être effectués conformément à la procédure de sécurité électrique approuvée sur site par du personnel qualifié.