Dans cet article sont présentés les critères de choix des composants de protection ainsi que les différents types de composants :
les composants semi-conducteurs [diodes et thyristors qui assurent les protections dites fines (faibles temps de réponse et tension résiduelle)] ;
les varistances céramiques, très utilisées en électronique et en électrotechnique ;
les éclateurs à gaz, protections brutales contre de fortes perturbations et, à ce titre, rarement employées seules ;
enfin les thermistances, bien qu’un peu à part dans ce domaine, mais souvent employées en protection contre des perturbations de longue durée et de faible niveau, contre lesquelles les composants précédents sont sans effet ; de plus en association avec un tel composant, elles permettent de fiabiliser la protection.
Les mécanismes électriques et physiques responsables du comportement non linéaire de ces composants sont expliqués pour une bonne compréhension de la protection. Les conditions générales d’emploi de ces composants sont précisées face aux différentes perturbations données dans la partie théorique.
Les différents moyens et leur durée de vie sont évalués face à ces perturbations, ce qui conduit à un tableau général de comparaison des composants.
Enfin sont indiquées les associations possibles de composants, qui améliorent grandement la protection : dans une telle association, chaque composant protège contre une gamme d’énergie et (ou) une gamme de temps de montée particulières.
Nota :
Pour de plus amples renseignements, le lecteur se reportera à l’article D 5 170 de ce traité, intitulé « Protection contre les perturbations. Origine des perturbations », et qui passe en revue les différents types de perturbations rencontrés.
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En présence d’une perturbation électrique, l’élément de protection (ou suppresseur) idéal doit limiter sans délai la tension à un niveau inférieur à la tension maximale admissible par le circuit protégé. Par ailleurs, il doit consommer une énergie minimale en régime permanent et une énergie maximale lors de la perturbation.
Les protections de circuit peuvent être placées soit en série, soit en parallèle avec le circuit considéré.
Les protections en série regroupent trois classes de dispositifs :
les fusibles, les interrupteurs et les commutateurs, qui réagissent de manière lente et peu sensible ;
les filtres, qui agissent dans un domaine de fréquence donné et ne peuvent protéger contre des perturbations très variées ; on notera toutefois qu’un filtre, considéré comme un élément série, est le plus souvent constitué d’un ensemble de composants simples dont certains (condensateurs, par exemple) sont en parallèle sur la ligne filtrée.
En fait ne seront considérés comme protection que les filtres pouvant dériver de l’énergie vers la terre (référence de terre, masse électrique du châssis ou de la carte). La représentation en est donnée sur la figure 23 ;
les thermistances protègent contre les surintensités lentes, elles peuvent être considérées comme des fusibles autoréarmables et présentent un grand intérêt en association avec des composants de protection plus rapides dont le mode de défaut est le court-circuit.
Les deux premiers types de composants ne feront pas l’objet de cet article, leur action n’étant pas assez efficace contre les perturbations considérées ; nous présenterons, par contre, de manière succincte, les différents types de thermistances.
Les protections en parallèle sont plus rapides : elles regroupent deux types d’éléments :
les éléments non linéaires, dont la caractéristique électrique I (V ) peut être décrite par la loi empirique :
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Composants semi-conducteurs
