Les surtensions sont des tueurs silencieux dans les systèmes électriques modernes. De l'électronique résidentielle à l'automatisation industrielle et aux centrales solaires, même une seule surtension transitoire peut entraîner des temps d'arrêt, des réparations coûteuses ou une panne d'équipement. La solution ? Dispositifs de protection contre les surtensions (SPD).
Dans ce guide, nous détaillerons les différents types de dispositifs de protection contre les surtensions, expliquerons leur fonctionnement et comparerons leurs applications. À la fin, vous saurez exactement quels types de SPD conviennent à votre système, qu'il s'agisse d'une maison, d'un centre de données ou d'une installation photovoltaïque.
A Dispositif de protection contre les surtensions (SPD) est un composant de sécurité installé dans un système électrique pour limiter les surtensions transitoires causées par la foudre, les événements de commutation ou les perturbations des services publics. Il fonctionne en détournant l'énergie de pointe en toute sécurité vers la terre, protégeant ainsi les équipements connectés.
Considérez un SPD comme une soupape de surpression : il n'empêche pas la surtension de se produire, mais il éloigne l'excès d'énergie des composants électroniques sensibles.
Les SPD s'appuient sur des composants tels que des varistances à oxyde métallique (MOV), des tubes à décharge gazeuse (GDT) et des éclateurs. Lorsque la tension dépasse un seuil de sécurité (Uc), le SPD passe en mode conduction, limitant la surtension à une tension résiduelle inférieure (Up).
Paramètres clés à comprendre :
Uc (tension de fonctionnement continue maximale) : la tension normale que le SPD peut gérer.
Haut (niveau de protection contre la tension) : tension de serrage que les appareils en aval “ verront ”.”
In/Imax (courant de décharge nominal et maximum) : la quantité de courant de surtension que l'appareil peut absorber.
Iimp (courant d'impulsion) : spécifique au type 1, représentant les formes d’onde des coups de foudre.
Comprendre les types de SPD est la clé pour concevoir une protection contre les surtensions en couches. Des normes internationales telles que CEI 61643-11 (CA), CEI 61643-31 (CC/PV), et UL 1449 (Amérique du Nord) définissez différentes classes en fonction des formes d'onde de test, de la capacité énergétique et de l'emplacement d'installation.
Ci-dessous, nous détaillons les différents types de dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) que vous rencontrerez, avec leurs rôles techniques et leurs conseils d'application.
Définition: Conçu pour décharger un courant de foudre partiel. Testé avec la forme d'onde d'impulsion de 10/350 µs (Iimp) représentant un coup de foudre direct.
Point d'installation : Entrée de service, généralement en amont du tableau de distribution principal. Souvent utilisé dans les bâtiments équipés d'un système de protection contre la foudre (LPS) externe.
Paramètres clés :
Iimp (Impulse Current) : capacité nominale du courant de foudre.
Uc (Tension de Fonctionnement Continue Maximale) : garantit aucun dommage pendant le fonctionnement normal.
Up (Voltage Protection Level) : tension résiduelle vue par les circuits en aval.
Technologie utilisée : Éclateurs, MOV robustes ou conceptions hybrides.
Cas d'utilisation :
Installations industrielles, tours de télécommunications, hôpitaux.
Bâtiments de grande hauteur dans les régions à forte densité d'éclairs.
Exemple: Une usine équipée de paratonnerres sur le toit nécessitera des SPD de type 1 au niveau de l'alimentation principale.
Définition: Gère les surtensions de commutation et les effets indirects de la foudre. Testé avec une forme d'onde de courant de 8/20 µs (In, Imax).
Point d'installation : Tableaux de distribution principaux ou secondaires à l'intérieur de l'installation.
Paramètres clés :
In (courant de décharge nominal) : endurance sous plusieurs surtensions.
Imax (Maximum Discharge Current) : capacité de surtension maximale.
Vers le haut : doit être coordonné avec le type 1 en amont et le type 3 en aval.
Technologie utilisée : Modules basés sur MOV, souvent enfichables pour un remplacement facile.
Cas d'utilisation :
Maisons d'habitation, immeubles de bureaux, magasins de détail.
Protection standard dans les zones à risque de surtension modéré.
Exemple: Un petit bureau sans LPS externe utiliserait généralement des SPD de type 2 dans la carte principale.
Vous voulez une ventilation détaillée? Lisez notre guide complet : Qu'est-ce qu'un dispositif de protection contre les surtensions de type 2 ?
Définition: Protection fine pour les équipements terminaux. Testé avec onde combinée (tension 1,2/50 µs + courant 8/20 µs).
Point d'installation : Au plus près de l'appareil protégé (prise de courant, entrée de l'appareil).
Paramètres clés :
Up : niveau de serrage très bas pour protéger les charges sensibles.
Doit être utilisé en coordination avec le type 2 en amont.
Technologie utilisée : MOV combinés avec des filtres pour une atténuation supplémentaire.
Cas d'utilisation :
Ordinateurs, pilotes de LED, électronique médicale et systèmes de contrôle.
Exemple: Un appareil d'IRM hospitalier nécessite un SPD de type 3 à proximité de l'appareil, fonctionnant avec le type 2 en amont.
Apprenez-en davantage dans notre article dédié : Qu'est-ce qu'un parasurtenseur de type 3 ?
Définition: Une seule unité SPD testée pour les formes d'onde de classe I (10/350 µs) et de classe II (8/20 µs).
Avantage: Protège contre la foudre directe ainsi que contre les surtensions de commutation dans un seul appareil.
Point d'installation : Entrée de service lorsque l'espace ou le budget limite plusieurs appareils.
Cas d'utilisation :
Les bâtiments commerciaux ou résidentiels de taille moyenne nécessitent des solutions compactes.
Sites où la coordination entre les types 1 et 2 séparés est difficile.
Exemple: Le tableau principal d’un centre commercial peut installer un SPD T1+T2 pour simplifier la protection.
Définition: Les appareils hybrides sont testés pour leurs performances de classe II et de classe III.
Avantage: Fournit une protection au niveau de la distribution et des terminaux.
Point d'installation : Sous-panneaux à proximité de charges sensibles, notamment si le parcours des câbles dépasse 10 m.
Cas d'utilisation :
Centres de données, salles de serveurs, armoires de contrôle industrielles.
Exemple: Une ligne d'automatisation d'usine avec de longs câbles vers les automates peut utiliser un SPD T2+T3 à proximité des panneaux API.
Définition (UL 1449) : Assemblages de composants non destinés à être des appareils autonomes mais intégrés à des équipements OEM.
Sous-catégories :
Assemblages de composants de type 4 (CA) : pièces SPD préemballées pour les fabricants.
Composants de type 5 : MOV bruts ou GDT.
Point d'installation : À l’intérieur d’appareils, d’alimentations ou de panneaux sur mesure.
Cas d'utilisation :
OEM concevant des équipements protégés contre les surtensions.
Équipement industriel spécialisé sur le marché nord-américain.
Exemple: Un fabricant d'onduleurs intègre des assemblages SPD de type 4 dans ses produits.
Définition: Dispositifs de protection contre les surtensions conçus pour les circuits photovoltaïques et DC.
Normes d'essai : La CEI 61643-31 spécifie les exigences pour les applications CC.
Point d'installation : Boîtiers de combinaison de panneaux photovoltaïques, onduleurs et tableaux de distribution CC.
Paramètres clés :
Ucpv : tension PV continue nominale (600 V, 1 000 V, 1 500 V).
In / Imax : gestion des surintensités côté DC.
Temps de réponse : doit être suffisamment rapide pour les onduleurs à semi-conducteurs.
Cas d'utilisation :
Fermes solaires à grande échelle, systèmes photovoltaïques sur les toits, installations de stockage par batteries.
Exemple: Un parc solaire de 1 500 VDC aura besoin SPD PV T1+T2 aux boîtes de combinaison et aux entrées de l'onduleur.
Conseil de pro pour les lecteurs : Utilisez toujours un système SPD coordonné. Type 1 à l’entrée, Type 2 au niveau des sous-panneaux et Type 3 à proximité des charges critiques. Pour le PV, ajoutez des SPD CC de type 2 ou T1+T2 comme spécifié par la norme CEI 61643-31.
Si vous souhaitez en savoir plus, consultez notre blog dédié à ce sujet ici :
Différence entre les SPD de type 1, de type 2 et de type 3
Voici une comparaison rapide pour vous aider à choisir le bon type de SPD :
| Attribut | SPD de type 1 | Parafoudre de type 2 | SPD de type 3 |
|---|---|---|---|
| Norme testée | CEI 61643-11 Classe I (10/350 µs) + double certification UL Type 1/2 | CEI 61643-11 Classe II (8/20 µs) + UL Type 2 | CEI 61643-11 Classe III (onde combinée) + UL Type 3 |
| Emplacement typique | Entrée de service / Standard Général | Tableaux de distribution/sous-panneaux intérieurs | À moins de 1 m des charges critiques (ordinateurs, pilotes, équipement médical) |
| Fonction principale | Gérer le courant de foudre direct ; protéger l'entrée du bâtiment | Gérez les surtensions modulaires dues aux commutations, aux arcs de défaut, etc. | Supprime l'énergie résiduelle pour les appareils électroniques sensibles. |
| Focus sur les paramètres | Haute impédance ; Uc ≥ tension du système ; Coordination vers le haut | En Imax, Up en cascade avec SPD amont/aval | Ultra-bas ; serrage précis pour protéger les charges sensibles |
| Remarque sur l'installation | Nécessite un câblage important (≥16 mm²) ; peut être installé sans OCPD en amont ; doit être coordonné avec le type 2 | Nécessite une protection contre les surintensités en amont ; câblage ≥6 mm² | Très proche de la charge ; complément au Type 2 amont |
| Cas d'utilisation | Bâtiments avec LPS, structures hautes et zones à fort éclairement | La plupart des maisons, des installations commerciales et des sous-panneaux industriels | Clusters PC, racks PLC, systèmes LED/médicaux |
SPD de type 1 gérer les coups de foudre directs à haute énergie (10/350 µs).
SPD de type 2 atténuent les surtensions de commutation et les frappes indirectes (8/20 µs).
SPD de type 3 protéger les équipements sensibles au dernier kilomètre (forme d’onde combinée).
Une installation correcte est tout aussi essentielle que la sélection des bons types de dispositifs de protection contre les surtensions (SPD). Un câblage inapproprié ou une mauvaise coordination peut compromettre les niveaux de protection, même si le SPD lui-même répond aux normes CEI ou UL. Basées sur les normes CEI 61643-11, CEI 61643-31, UL 1449 et les directives d'ingénierie de notre entreprise, voici les principales bonnes pratiques :
Gardez tous les câbles de connexion SPD aussi courts et droits que possible, idéalement ≤ 0,5 m (comme recommandé dans notre manuel technique).
Les câbles longs introduisent une augmentation de tension inductive, ce qui augmente la tension résiduelle (Up) vue par l'équipement protégé.
Utiliser des conducteurs dimensionnés selon le type de SPD :
SPD de type 1 : cuivre minimum 16 mm² (courant de foudre à haute énergie, Iimp).
SPD de type 2 : minimum 6 mm² de cuivre.
SPD de type 3 : suivez les données du fabricant, généralement des sections transversales plus petites en raison d'un courant plus faible.
Utilisez toujours des conducteurs en cuivre à faible impédance et évitez les coudes brusques.
Tous les SPD doivent être connectés à la même barre de terre principale ou au même système de liaison équipotentielle.
La liaison garantit que l'énergie de surtension est évacuée en toute sécurité vers la terre, évitant ainsi les différences de potentiel dangereuses entre les circuits.
Hiérarchie du niveau de protection de tension (haut) : les SPD en amont (type 1) doivent toujours avoir un niveau de protection plus élevé que les SPD en aval (type 2/3).
Règle de distance : si le câble entre les SPD et les charges protégées est plus long que 10 m, installez un SPD en aval supplémentaire (par exemple, type 3) pour une meilleure protection.
Coordination parallèle : pour une protection à plusieurs niveaux (Type 1 + Type 2 + Type 3), assurez-vous d'une distribution d'énergie appropriée afin qu'aucun appareil ne soit surchargé.
Utilisez toujours des fusibles ou des disjoncteurs dédiés pour protéger le SPD lui-même.
Notre manuel spécifie les valeurs nominales des fusibles de secours en fonction du modèle SPD et de Imax/Iimp.
La norme UL 1449 exige également une protection appropriée contre les surintensités pour empêcher la surchauffe ou la défaillance du SPD lors d'événements extrêmes.
Conseil de pro : Vérifiez toujours le respect des CEI 61643-11 (SPD CA), CEI 61643-31 (SPD PV/CC), ou UL 1449 (Amérique du Nord) selon votre région. Une installation et une coordination correctes maximisent la durée de vie du SPD et garantissent la sécurité de l'ensemble du système électrique.
Les types de dispositifs de protection contre les surtensions ne sont pas interchangeables : chacun joue un rôle unique dans la défense des systèmes électriques.
Tapez 1 protège contre les coups de foudre directs.
Tapez 2 est le cheval de bataille des tableaux de distribution.
Tapez 3 protège vos appareils électroniques les plus sensibles.
Combinaisons et SPD PV/DC couvrent les applications spécialisées et renouvelables.
En comprenant les types de SPD, leurs normes et leurs règles d'installation, vous pouvez concevoir une défense à plusieurs niveaux qui garantit la sécurité, minimise les temps d'arrêt et protège les investissements.
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