En fonction de ces origines, elles vont différer dans leurs amplitudes, leurs énergies, leurs formes ou leurs taux d’occurrence.
Alors que les phénomènes de foudre et de surtensions industrielles sont connus depuis de nombreuses années, les perturbations «ESD» ou «IEMN» sont beaucoup plus spécifiques et dépendent de mutations technologiques récentes. (Utilisation massive des semi-conducteurs pour l’un et armement thermonucléaire pour l’autre).
Effets indirects
Les effets indirects dans le domaine électrique sont de 3 types :
Impact sur les lignes aériennes Celles-ci étant très exposées, elles peuvent être frappées directement par la foudre, ce qui causera premièrement une destruction totale ou partielle des câbles, et ensuite une onde de tension importante qui se propagera naturellement le long des conducteurs jusqu’aux équipements raccordés à la ligne. L’importance de l’agression sera, bien sûr, fonction de la distance entre l’équipement et l’impact.
Remontée du potentiel de terre L’écoulement du courant de foudre dans le sol crée des élévations des potentiels de terre qui sont fonction de l’intensité du courant et de l’impédance de la terre locale. En cas d’installation pouvant être connectée à des terres différentes (exemple : liaison inter-bâtiments), des différences de potentiel très importantes apparaîtront lors d’un tel phénomène et les équipements connectés aux réseaux sollicités seront, soit détruits, soit fortement perturbés.
Rayonnement électromagnétique L’éclair peut être assimilé à une antenne de plusieurs kilomètres de hauteur parcourue par un courant impulsionnel de plusieurs dizaines de kilo-ampères, donc qui rayonne des champs électromagnétiques intenses (plusieurs kV/m à plus d’un kilomètre). Ceux-ci vont induire des tensions et des courants élevés sur les lignes proches ou sur les équipements en fonction de la proximité et des caractéristiques de la liaison.
Illustration 1 : Exemple de surtension (Schneider Electric)
Cette surtension est définit par :
• Le temps de montée tf (en μs).
• La pente S (en kV/μs).
La surtension va perturber les équipements et produire un rayonnement électromagnétique.
La durée de la surtension (T) cause un pic énergétique dans les circuits électriques qui est susceptible de détruire les équipements.
Illustration 2 : Principales caractéristiques d’une surtension (Schneider Electric)
Surtension Atmosphérique:
C'est-à-dire due à la foudre, l'énergie y est très importante. Elle est suffisante pour détruire des composants électroniques, voire vaporiser des conducteurs.
Source SCHNEIDER
Surtensions Industrielles
Ou surtensions de manoeuvre : phénomènes engendrés par la mise en route ou l’interruption de puissances électriques. Les causes de surtensions industrielles sont :
Démarrage de moteurs/transformateurs
Starters d’éclairage
Commutation de réseaux d’alimentation
«Rebond» d’interrupteur dans circuit inductif
Fonctionnement du fusible ou du disjoncteur
Chute de lignes...
Ces phénomènes très fréquents vont générer des surtensions transitoires de plusieurs kV avec des temps de montée de l’ordre de la microseconde qui vont perturber les équipements de réseaux sur lesquels le système perturbateur est connecté.
Surtensions Électrostatiques (ESD) L’être humain est assimilable électriquement à une capacité de 100 à 300 picofarads : en se déplaçant sur une moquette synthétique par ex., il peut se «charger» jusqu’à 15 kV et, en touchant un élément conducteur, se décharger en quelques nanosecondes avec un courant d’une dizaine d’ampères. Tous les circuits intégrés (CMOS,...) sont très sensibles à ce type de perturbation. La réduction de cette perturbation est généralement réalisée par le blindage et la mise à la masse.
Le phénomène IEMN (Impulsion électromagnétique nucléaire) L’explosion nucléaire exo-atmosphérique en haute altitude provoque un champ électromagnétique intense (jusqu’à 50 kV/m en 10 ns) qui rayonne sur une zone au sol pouvant atteindre 1200 km de rayon. Au sol, ce champ va induire des surtensions transitoires très élevées sur les lignes d’énergie, de transmission et sur les antennes... et donc détruire les équipements terminaux (circuits d’alimentation, terminaux informatiques, équipements téléphoniques...). L’augmentation du champ peut atteindre plusieurs kV/ns. Bien qu’il soit difficile d’éliminer toutes les surtensions induites par une impulsion électromagnétique, il existe des moyens pour les réduire en «durcissant» le système à protéger. Malgré l’amplitude du phénomène, des solutions de protections peuvent être adoptées telles que le blindage, le filtrage/protection surtension adaptés au phénomène IEMN.
Source SCHNEIDER
Comment fonctionne un parasurtenseur ?
Le parasurtenseur agit comme une soupape :
• Fermée (haute impédance), lorsque la tension est normale (U=Un).
• Ouverte (conducteur), en cas de surtension.
Le parasurtenseur agit comme une soupape :
• Fermée (haute impédance), lorsque la tension est normale (U=Un).
• Ouverte (conducteur), en cas de surtension.
Que se passe-t-il lorsque la tension du secteur dépasse la "Tension permanente maximale" (Uc du parasurtenseur) ?
Le courant lié à la surtension est dérivé directement vers la terre. Il fait ainsi chuter la surtension à une valeur non destructive pour l’installation électrique câblée en parallèle avec le parasurtenseur.
Après un certain nombre de chocs dépendant de leur intensité, un varistance pourra rester en court-circuit et devra être remplacée. L’information est généralement donnée par un indicateur mécanique.
Sur installation photovoltaïque
Circuits très basse tension
iPRC Protection pour ligne téléphonique analogique. Le parafoudre iPRC câblé en montage série à l’entrée de l’installation privée protège les téléphones, PABX, modems (y compris ADSL), etc. Egalement compatible avec les lignes téléphoniques standard.
iPRI Protection pour deux lignes courant faible sans potentiel commun ou quatre lignes avec potentiel de référence commun : le iPRI protège les entrées “capteur” d’appareils de mesure, d’automates, les entrées alimentation courant continu jusqu’à 53 V, courant alternatif jusqu’à 37 V. Le courant appelé ne doit pas dépasser 300 mA. Parasurtenseur 4 voies PRI en protection d’entrées d’automate
Parasurtenseur 4 voies PRI en protection d'entrées d'automate.
Contacteurs et filtres pour atténuation de surtensions de commutation
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