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Un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) limite les surtensions transitoires en dérivant le courant de foudre via un chemin de protection contrôlé. La plupart des SPD basse tension restent dans un état de veille à haute impédance pendant le fonctionnement normal et deviennent conducteurs lors d'une surtension, réduisant ainsi la contrainte de tension atteignant les équipements en aval.
Un SPD ne fait pas disparaître une surtension et ne remplace pas un disjoncteur, une mise à la terre et une liaison équipotentielle correctes, ou un système de protection externe contre la foudre. Il constitue une couche coordonnée au sein d'un système électrique de protection.
Si vous évaluez des produits plutôt que d'étudier le principe de fonctionnement, consultez la gamme de parafoudres VIOX pour les applications AC, DC et photovoltaïques.
Que signifie SPD dans les systèmes électriques ?
SPD signifie Surge Protective Device (dispositif de protection contre les surtensions). C'est le terme utilisé dans les normes électriques, les spécifications techniques, les nomenclatures de tableaux et les fiches techniques des produits. “ Parasurtenseur ” est une expression courante plus large, tandis que SPD est le terme technique plus précis pour un appareil conçu pour limiter les surtensions transitoires et conduire le courant de surtension.
Le mot transitoire est important. Un SPD réagit aux perturbations de tension de courte durée. Il n'est pas conçu pour réguler une alimentation qui reste continuellement trop élevée ou trop basse.
Pour les lecteurs qui ont seulement besoin de l'acronyme et de la terminologie, voir Forme complète de DPS en électricité.
Que fait un SPD — et que ne fait-il pas ?
La manière la plus simple de comprendre un SPD est de distinguer sa fonction des fonctions de protection adjacentes.
| Fonction de protection | Ce qu'il traite | Ce qu'il ne remplace pas |
|---|---|---|
| Parafoudre | Surtension transitoire de courte durée et courant de choc associé | Disjoncteur, mise à la terre, liaison équipotentielle, régulation de tension ou protection complète contre la foudre |
| Disjoncteur ou fusible | Surcharge prolongée et défauts de court-circuit | Limitation de tension transitoire |
| Système de mise à la terre et de liaison équipotentielle | Potentiel de référence, chemin de courant de défaut et liaison équipotentielle | Dispositif limitant la tension transitoire aux bornes de l'équipement |
| Régulateur de tension ou protecteur de tension automatique | Surtension, sous-tension ou variation de tension de plus longue durée, selon le dispositif | Dérivation rapide des courants de foudre |
| Système de protection externe contre la foudre | Interception et conduction du courant de foudre direct à l'extérieur ou à travers la structure | Coordination interne des surtensions pénétrant dans les circuits de puissance et de signalisation |
Un SPD peut contribuer à la protection contre la foudre en limitant les surtensions conduites et induites, mais un SPD ne constitue pas à lui seul un système complet de protection contre la foudre. De même, un disjoncteur peut fournir la protection de secours requise pour un SPD, mais les deux dispositifs remplissent des fonctions différentes.
Comment fonctionne un DPS ?
La plupart des SPD basse tension sont connectés en parallèle avec le circuit qu'ils protègent. Sous une tension normale, les éléments limiteurs de surtension restent non conducteurs ou présentent une impédance très élevée. Lorsque la tension augmente rapidement au-dessus du seuil de fonctionnement du dispositif, ces éléments changent d'état et fournissent un chemin à plus faible impédance pour le courant de surtension.
La séquence de fonctionnement peut être simplifiée en cinq étapes :
- Fonctionnement normal : La tension du système reste dans la plage de fonctionnement continu du SPD, de sorte que le chemin de protection reste en veille.
- Début du transitoire : L'influence de la foudre, une commutation, l'élimination d'un défaut ou une autre perturbation produit une montée rapide de tension.
- Le SPD change d'impédance : Un composant limiteur ou commutateur de tension devient conducteur.
- Le courant de surtension suit le chemin de protection : Le courant est dévié entre les conducteurs définis par la configuration du SPD, réduisant ainsi la contrainte de tension sur les équipements en aval.
- Le SPD se rétablit ou se déconnecte : Après l'événement, un SPD en état de marche revient en veille. Si un élément de protection a atteint un état dangereux, un sectionneur interne peut l'isoler et modifier l'indication d'état.
Cette réponse est souvent décrite comme serrage, mais chaque SPD n'utilise pas la même technologie interne ou le même mode de réponse.
Technologies courantes de limitation de surtension
| Technologie | Comportement typique | Usage courant | Limite importante. |
|---|---|---|---|
| Varistance à oxyde métallique (MOV) | Devient de plus en plus conducteur à mesure que la tension augmente | SPD pour réseaux de puissance AC et DC | La contrainte de surtension accumulée peut dégrader l'élément ; par conséquent, la déconnexion thermique et l'indication d'état sont importantes |
| Éclateur à gaz (GDT) | Passe à un état de décharge conductrice après l'amorçage | Protection de l'alimentation, des télécommunications et des signaux | Le comportement du courant de suite et la coordination dépendent de la conception |
| Diode de suppression de tension transitoire (TVS) | Fournit un écrêtage rapide par effet d'avalanche | Électronique sensible et circuits de signal basse tension | Concerne généralement des circuits à plus faible énergie que les SPD d'alimentation principale |
La combinaison correcte de composants dépend du système, du mode de protection, de la capacité énergétique, de l'exigence de tension résiduelle et de la norme produit applicable. La technologie des composants seule ne constitue pas une méthode de sélection complète.
Où va le courant de surtension ?
Il est courant de dire qu'un SPD “ envoie la surtension à la terre ”, mais cette description est incomplète. Un SPD limite la tension entre les conducteurs connectés à ses modes de protection. Selon le système électrique et la topologie du SPD, ces modes peuvent inclure :
- phase à neutre (L–N)
- phase à conducteur de protection (L–PE)
- neutre à conducteur de protection (N–PE)
- phase à phase (L–L)
- DC positif à DC négatif (DC+–DC−)
- un conducteur DC à conducteur de protection
Le courant de surtension suit le chemin de protection et de liaison équipotentielle disponible. C'est pourquoi la disposition de la mise à la terre, le mode de protection, le cheminement des conducteurs et la topologie du SPD affectent tous les performances réelles. Un SPD techniquement performant peut néanmoins offrir une protection médiocre si son chemin de connexion ajoute une impédance excessive lors d'une surtension rapide.
Quelles sont les causes des surtensions transitoires ?
Une surtension transitoire est une élévation de tension rapide et de courte durée au-dessus du niveau de fonctionnement normal. Elle peut pénétrer par un circuit de puissance, une chaîne photovoltaïque, un câble de communication, une ligne de capteur ou tout autre chemin conducteur.
| Source | Mécanisme typique | Systèmes couramment exposés |
|---|---|---|
| Influence de la foudre | Couplage direct, tension induite ou courant de choc conduit | Alimentations secteur, lignes d'alimentation extérieures, champs PV, lignes de télécommunication et de signalisation |
| Commutation du réseau et de la distribution | Commutation de transformateur, commutation de banc de condensateurs, élimination de défaut ou reconfiguration de réseau | Distribution principale et tableaux divisionnaires |
| Commutation de charges inductives | Coupure rapide du courant dans les moteurs, bobines de contacteur, solénoïdes ou autres charges inductives | Tableaux de commande industriels et systèmes d'automatisation |
| Commutation électronique de puissance | Fronts de commutation rapides et interactions entre convertisseurs, variateurs, onduleurs, systèmes UPS et chargeurs | Systèmes industriels, énergies renouvelables, recharge de VE et infrastructure de données |
Ces sources ne créent pas de formes d'onde ou de niveaux d'énergie identiques. Le choix du SPD dépend donc de l'emplacement d'installation du dispositif et de l'environnement de surtension auquel il est censé répondre.
SPD de type 1, type 2 et type 3 : une brève orientation
Les types de SPD décrivent les rôles de protection testés selon une norme applicable. Ils ne doivent pas être considérés comme de simples niveaux de qualité.
| Type de DPS | Rôle de protection générale | Contexte d'installation courant | Valeurs nominales couramment examinées |
|---|---|---|---|
| Type 1 | Gère la charge de courant de foudre là où un courant de foudre partiel peut être attendu | Entrée de service ou limite de protection contre la foudre | Iimp et la forme d'onde de test associée, ainsi que la coordination de la tension et du court-circuit |
| Type 2 | Fournit une protection au niveau de la distribution contre les effets résiduels de la foudre et les surtensions de manœuvre | Tableaux de distribution principaux ou secondaires et armoires de commande | In, Imax, Up, Uc/MCOV et exigences de coordination |
| Type 3 | Assure une protection fine en aval ou au niveau de l'équipement | À proximité des équipements sensibles, coordonné avec les SPD en amont | Performance d'onde combinée, niveau de protection et conditions d'installation |
| Type 1+2 | Combine les fonctions testées de Type 1 et de Type 2 dans un seul produit | Points de distribution principaux nécessitant les deux fonctions | Iimp ainsi que les caractéristiques nominales de Type 2 pertinentes |
Les désignations de type IEC et UL doivent être interprétées selon leurs propres normes et marquages de produit ; il ne s'agit pas d'une table de conversion universelle biunivoque. Pour une comparaison détaillée de l'emplacement, de la forme d'onde et de la coordination, voir Parafoudre de Type 1 vs Type 2 vs Type 3.
Quelles sont les caractéristiques nominales importantes pour un SPD ?
L'étiquette frontale peut afficher plusieurs valeurs de tension et de courant. Chacune répond à une question d'ingénierie différente.
| Caractéristique nominale ou élément | Question à laquelle elle répond |
|---|---|
| Uc / MCOV (Tension maximale de régime permanent) | Le SPD peut-il rester connecté en permanence à la tension réelle du système et à la configuration de mise à la terre ? |
| Up / VPR | Quelle tension résiduelle ou tension de passage est associée aux conditions d'essai définies ? La terminologie dépend de la norme applicable. |
| En | Pour quel courant de décharge nominal le SPD a-t-il été testé ? |
| Imax | Quelle valeur maximale de courant de décharge de type 2 est déclarée selon la méthode d'essai applicable ? |
| Jeimp | Le SPD est-il conçu et testé pour une tenue au courant de foudre de Type 1 ? |
| Coordination en court-circuit | L'installation du SPD est-elle adaptée au courant de court-circuit disponible et à la protection de secours requise ? |
| Mode de protection et topologie | Quelles paires de conducteurs sont protégées, et la configuration correspond-elle au système de mise à la terre ? |
| Indication d'état | Comment le personnel de maintenance peut-il identifier un module déconnecté ou en fin de vie ? |
Une valeur en kA plus élevée n'est pas automatiquement un meilleur choix. Un SPD avec une capacité de courant impressionnante peut tout de même être inadapté si sa tension de fonctionnement en régime permanent, son niveau de protection, sa topologie, sa coordination en cas de court-circuit ou son chemin d'installation sont incorrects.
Utilisation Comment lire une fiche technique de parafoudre pour le flux de travail de spécification complet. Les guides dédiés sur Uc et Up et In par rapport à Imax expliquez ces paires de valeurs nominales plus en détail.
Les SPD AC, DC, PV et de signalisation ne sont pas interchangeables
“ SPD ” décrit une fonction de protection, et non un produit universel. Le comportement en tension, le système d'isolation, les conditions de défaut, les modes de protection et le cadre d'essai varient selon les applications.
| Application | Question principale avant la sélection | Ressource VIOX suivante |
|---|---|---|
| Distribution basse tension CA | Quelle est la tension du système, le schéma de liaison à la terre, le point d'installation et le type de SPD requis ? | Gamme de produits SPD VIOX |
| PV DC circuits | Quelle est la tension PV maximale, la topologie DC, l'exposition à la foudre et l'emplacement de l'onduleur/boîtier de jonction ? | Comment choisir un SPD pour un système d'énergie solaire |
| EV, battery, and industrial DC systems | Quelle classe de tension DC, quel environnement de défaut, quel agencement d'isolation et quelle limite d'équipement s'appliquent ? | Guide des parafoudres CC |
| Lignes de télécommunication, de données et de commande | Quelle tension de signal, quelle interface, quelle bande passante, quel blindage et quel schéma de mise à la terre doivent être préservés ? | Guide de sélection des parafoudres pour signaux |
Utiliser un SPD AC sur un circuit DC PV simplement parce que les deux produits affichent une valeur en kA similaire ne constitue pas une substitution valide. Les exigences de tension et d'essai spécifiques à l'application doivent être vérifiées à partir de la fiche technique et de la norme applicable.
Où installer un SPD ?
Les SPD peuvent être installés à l'entrée de service, dans le tableau de distribution principal, le tableau divisionnaire, le coffret de commande, à la limite de l'équipement, au niveau du boîtier de jonction photovoltaïque ou de l'interface de l'onduleur, ou encore au point d'entrée du signal. L'emplacement correct dépend de l'exposition, de l'architecture du système électrique, du cheminement des câbles, de la sensibilité de l'équipement et de la coordination avec les protections en amont et en aval.
L'installation fait partie intégrante de la performance du SPD. Les conducteurs de raccordement doivent suivre le schéma du fabricant et être acheminés de manière à minimiser la longueur inutile, les boucles et l'impédance commune. Les fusibles de secours ou les disjoncteurs, lorsqu'ils sont requis, doivent respecter les instructions du produit et les conditions de courant de défaut disponibles.
Pour la stratégie de placement, utilisez Où installer les SPD dans un panneau électrique. Pour la question distincte du raccordement du disjoncteur et de la protection de secours, voir Un SPD peut-il être raccordé à un disjoncteur existant ?.
Comment passer de “ Qu'est-ce qu'un SPD ? ” à la bonne décision technique
Une fois le principe de fonctionnement compris, utilisez la question qui correspond à votre prochaine tâche :
| Votre prochaine question | Utilisez cette page |
|---|---|
| Quel type doit être installé à chaque étage de protection ? | Parafoudre de Type 1 vs Type 2 vs Type 3 |
| Comment interpréter l'étiquette et la fiche technique ? | Comment lire une fiche technique de parafoudre |
| En quoi un SPD diffère-t-il d'un parafoudre ? | SPD vs parafoudre |
| Où le SPD doit-il être placé dans un système de tableau électrique ? | Où installer les SPD |
| Quelles erreurs peuvent compromettre l'installation ? | Erreurs d'installation de SPD et correctifs |
| Quelles familles de produits AC, DC ou PV sont disponibles ? | Dispositifs de protection contre les surtensions VIOX |
La prochaine étape correcte n'est pas de choisir le courant nominal le plus élevé. Il s'agit de définir le système électrique, le point d'installation, l'exposition, l'équipement protégé, la norme applicable et les modes de protection requis avant de comparer les caractéristiques des produits.