Présentation
RÉSUMÉ
Les équipements de la maison sont de plus en plus sensibles aux surtensions. Des parafoudres installés sur le tableau d'entrée de l'installation permettent de dériver le plus rapidement possible à la terre les surtensions dangereuses. Toutefois, les surtensions peuvent aussi se propager par les lignes téléphoniques, les câbles coaxiaux, les circuits de données ou, même, par le circuit de terre. Cet article présente des informations sur les réseaux basse tension utiles pour la sélection des parafoudres permettant de protéger chacune des voies d'entrée de l'installation.
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Alain ROUSSEAU : Ingénieur de l’École centrale de Lyon - DEA de Génie électrique - Directeur technique - Assistance Protection System SAS
INTRODUCTION
Les matériels électriques utilisés tant dans les applications domestiques que dans les applications industrielles sont de plus en plus sensibles aux surtensions, en raison de l’utilisation massive de composants électroniques. Les ampoules d’éclairage à incandescence, le moteur de la machine à laver ont une tenue intrinsèque contre les surtensions assez élevée et, pendant longtemps, leur protection contre les surtensions n’était donc pas un problème majeur.
De nos jours, les alarmes, ordinateurs, télévisions et même le programmateur de la machine à laver utilisent des composants électroniques, ce qui augmente leur fragilité vis‐à‐vis des surtensions. L’usage croissant de prises protégées (prises de courant avec parafoudre incorporé), que l’on peut trouver aussi bien dans les magasins de bricolage que dans les catalogues de vente par correspondance, témoigne bien de l’évolution rapide de la protection contre les surtensions et de sa pénétration dans le milieu domestique.
Néanmoins, les parafoudres ne se résument pas à ces prises protégées qui, en général, ne consistent qu’en une barrière secondaire contre les surtensions. Il faut installer d’abord des parafoudres dans le tableau d’entrée de l’installation afin de dériver le plus rapidement possible à la terre les surtensions dangereuses. Les parafoudres qui sont en aval de ce premier parafoudre (installés en tableau ou dans les prises de courant) ne servent alors qu’à stabiliser le potentiel en des points sensibles du réseau et à dériver à la terre la faible partie de la surtension qui n’a pas été entièrement éliminée par le parafoudre installé en amont. Les parafoudres et leur mode d’installation seront présentés dans l’article Parafoudres basse tension- Description. Installation. Il est, en effet, fondamental de bien choisir le ou les parafoudres nécessaires et aussi de les installer convenablement.
Cependant, les surtensions peuvent se propager jusqu’à l’appareil considéré, non seulement par les lignes d’énergie, mais aussi par les lignes téléphoniques (fax, répondeurs...), les câbles coaxiaux (antennes de télévision...), les circuits de données (prises RS232 des ordinateurs) ou, même, par le circuit de terre (cas d’un bâtiment protégé par un paratonnerre, par exemple). Les informations sur les réseaux basse tension utiles pour la sélection des parafoudres sont présentées dans le présent article.
Idéalement, chacune des voies d’entrée pour les surtensions doit être protégée et une grande quantité de types de parafoudres existent donc sur le marché, en plus des parafoudres pour lignes d’énergie. La description de ces différents types de parafoudres fait l’objet de l’article Parafoudres basse tension- Description. Installation.
Parallèlement, les composants utilisés dans les parafoudres ont évolué dans le sens d’une toujours plus grande fiabilité, d’une augmentation permanente de tenue en énergie et d’une amélioration du niveau de protection. Ces composants sont présentés dans le présent article.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1997 par Alain ROUSSEAU
- Version courante de mai 2017 par Alain ROUSSEAU
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Réseaux basse tension2. Composants
On définit deux types de composants non linéaires utilisés dans les parafoudres : les composants limiteurs et les composants commutateurs.
Dans le premier cas, la caractéristique courant-tension varie de façon continue. Un exemple typique est celui des varistances (figure 3). Le paramètre à prendre en compte est le courant de foudre injecté et la réponse du composant à cette contrainte. Dès que la surtension est passée, le courant du réseau ne passe plus dans le composant.
Dans le second cas, le paramètre à prendre en compte est la surtension de foudre. Face à cette contrainte, la caractéristique du parafoudre varie brusquement. Un exemple typique est celui de l’éclateur (figure 3). Après passage de la surtension, il y a circulation du courant du réseau (appelé courant de suite) qui ne s’arrêtera qu’en fonction de certaines conditions du réseau et des caractéristiques de l’éclateur.
Comme on peut le constater, ces deux types de composants ont des comportements très différents et ne sont pas caractérisés par les mêmes paramètres. Ils vont donc être présentés séparément dans la suite. Il est toutefois important de préciser que certains composants solides (à base de silicium) sont du type limiteur alors que d’autres sont du type commutateur.
2.1 Varistances
Ce sont les composants de base de type limiteur. Il existe un petit nombre de matériaux [carbure de silicium (SiC), oxyde de zinc (ZnO)...] qui possèdent une caractéristique courant-tension non linéaire, propre à exercer une fonction de protection. Celle‐ci est donnée par la relation :
avec :
- u :
- tension aux bornes de la varistance
- i :
- intensité du courant qui la parcourt
...
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