Protection contre les surtensions Jacques Cuvillier IUT de Nantes Novembre 2000

Différentes surtensions une élévation modérée (qq%) mais prolongée une élévation considérable mais brève (des microsecondes), due à un événement transitoire

Caractéristique essentielle V t La surtension brève est avant tout caractérisée par son niveau d'énergie que l'on obtient, en intégrant la tension, le courant, la durée. Elle peut être apériodique ou oscillante

Classification Surtensions très brèves : des ns (mJ, mJ) Surtensions "rapides" < ms (mJ à J) Surtensions "énergétiques" >0.1ms 1J à quelques centaines de Joules

Ondes normalisées : Onde de tension 0.2/50ms Onde de courant 8/20 ms V 0.9Vmax 0.9 Imax Imax I Vmax 0.5 Imax 0.3 Imax 0.5 Vmax 1.2ms 50ms 8ms 20ms t Onde de tension 0.2/50ms Onde de courant 8/20 ms

Usage des ondes normalisées : Elles permettent de définir des tests et de rendre leurs résultats comparables Elles s’appliquent aux essais en régime transitoire, pour les perturbations depuis les faibles niveaux (décharges électrostatiques), jusqu’aux chocs électriques simulant les effets de la foudre

Dispositifs d’écrêtage Selon la puissance souhaitée et le niveau de tension, il peut s'agir : D'éclateurs (réseaux de distribution) de tubes à décharge de gaz de résistances variables avec la tension telles les varistances (VDR) ; de diodes zener rapides

Les éclateurs Ils concernent les réseaux de distribution d'électricité. En cas de surtension, un amorçage se fait dans l'air entre des pointes dont l'écartement détermine la tension d'amorçage.

Les tubes à décharge de gaz Ce sont les parafoudres qui concernent la protection primaire des lignes de transmission de données (téléphone, liaisons informatiques) et la distribution d'énergie basse et très basse tension.

Les tubes à décharge de gaz modèle capable d'écouler 5000A lors d'une impulsion normalisée 8/20ms. Dimensions approximatives : longueur 6 mm, diamètre 8mm.

Les tubes à décharge de gaz Caractéristiques : robustes, fort pouvoir d'écoulement, tension d'amorçage dépend de : - température, - présence de rayons ionisants, - forme de l'impulsion, temps de montée. tension de désamorçage assez faible

Les varistances Disque de céramique (oxyde de zinc semi-conducteur) Une métallisation sur chaque face permet la soudure des connexions.

Les varistances Economiques faciles à implanter traitent les impulsions de quelques joules à quelques centaines de Joules. sont bien adaptées au traitement des perturbations d'origine industrielle sur les réseaux de distribution d'électricité. A surveiller (vieillissement)

Principales caractéristiques des VDR Tension de service maximale permanente Tension d'écrêtage pour un courant donné Energie (en joules) qu'elle peut écouler (sur la base d'une onde normalisée 8/20 ms).

Diodes de protection Temps de réponse être très rapide. Energie écoulée limitée. Elles permettent en particulier de traiter les transitoires très rapides dues aux décharges électrostatiques On les voit donc comme composants complémentaires aux parafoudres

Diodes de protection Bien adaptées à la protection des lignes de transport d'information Mais : Attention à la capacité de jonction Nécessite un câblage soigné pour profiter des performances

Ecrêter n'est pas filtrer V t Atténuation par écrêtage Atténuation par filtrage

Les montages écrêteurs Comme pour les filtres, on distingue : la protection en mode différentiel la protection en mode commun.

Les montages écrêteurs Les impédances qui figurent dans le montage - résistances ou inductances - ne sont pas toujours utilisées. Elles permettent de limiter le courant de décharge

Le plus important C ’est le chemin de l ’écoulement des charges Il les écoule vers la terre Il assure la protection (PE) Il permet les liaisons d ’équipotentialité Il est affecté plus ou moins sérieusement lors de l ’entrée en fonction des écrêteurs.

Montages combinés On trouve : Des filtres de traversée de blindage incluant inductance(s) et condensateur(s) Des condensateurs associés à des perles de ferrite Des modules de filtrage associés à des limiteurs de tension et éventuellement des fusibles … ...