Présentation
Auteur(s)
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Michel GRACIET : Docteur ès sciences physiques - Ingénieur au Laboratoire central de recherches de Thomson-CSF
-
Joseph PINEL : Docteur ès sciences physiques - Chef de service des Technologies Avancées Thomson-CSF DCSCentre électronique Toulouse
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Lire l’articleINTRODUCTION
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)] ;
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les varistances céramiques, très utilisées en électronique et en électrotechnique ;
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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.
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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Éclateurs à gaz4. Thermistances
Ce type de résistances non linéaires ne fait pas partie des composants de protection à proprement parler. Toutefois, dans certaines applications, elles en jouent le rôle ; par ailleurs leur association avec ces composants permet d’améliorer la protection dans des domaines de faible puissance (< 1 kW).
Les thermistances sont des composants électroniques dont la résistance R varie exponentiellement avec la température T. Elles sont classées en deux types :
-
celles dont la résistance décroît avec la température : ce sont les résistances à coefficient de température négatif (CTN) ;
-
celles dont la résistance croît avec la température : ce sont les résistances à coefficient de température positif (CTP).
Le coefficient de température s’exprime par :
Ces deux types de composants ne se trouvaient jusqu’à présent que sous la forme de céramiques, de même mode de fabrication que les varistances à oxyde de zinc. Depuis les années 1995, les CTP sont aussi commercialisées sous forme de mélange polymère- métal avec la même caractéristique électrique.
4.1 CTN
Leur formulation chimique est
(proche du spinelle Mn3O4) où M est un mélange de métaux de transition (Ni, Co, Cu ...) choisi en fonction des propriétés requises.
La nature de l’effet CTN réside en un mécanisme de hopping entre les sites Mn3+ et Mn4+, décrit par la loi :
avec :
- C :
- constante
- B (en K) :
- indice de sensibilité thermique qui varie de 2 000 à 5 000 K
hopping,...
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