La protection contre les surtensions est fondamentale pour la sécurité et la disponibilité des systèmes électriques modernes. Choisir le bon Dispositif de protection contre les surtensions (SPD) commence par comprendre comment les systèmes AC et DC se comportent différemment en cas de transitoires, en particulier l'extinction de l'arc (passage par zéro AC vs DC sans passage par zéro) et la conception des composants (MOV bidirectionnels vs unidirectionnels). Ce guide explique la différence entre le SPD AC et le SPD DC, cartographie les normes CEI/UL qui s'appliquent et montre comment sélectionner un SPD qui répond à vos besoins d'application et de conformité.
Les surtensions transitoires, également appelées surtensions, sont des pics de tension de courte durée qui peuvent endommager ou détruire des équipements électroniques sensibles. Ces surtensions peuvent être provoquées par des éclairs, des opérations de commutation de réseau, des commutations de charges importantes ou des démarrages d'équipements inductifs. Les dispositifs SPD, également appelés suppresseurs de surtension ou parafoudres, sont conçus pour détecter et détourner ces pointes avant qu'elles n'atteignent l'équipement protégé.
Mais toutes les surtensions – ou SPD – ne sont pas égales. Les systèmes AC (courant alternatif) et DC (courant continu) présentent des comportements électriques très différents et, en tant que tels, nécessitent des approches distinctes en matière de protection contre les surtensions. Par CEI 61643-11/-31, un SPD limite les surtensions et détourne le courant de surtension en quelques nanosecondes, protégeant ainsi les équipements en aval.
Protection contre les surtensions CA est conçu pour les systèmes électriques où la tension change périodiquement de direction, généralement à 50 Hz ou 60 Hz. Ces systèmes sont largement utilisés dans les résidences, les bâtiments commerciaux, les usines et les réseaux d’automatisation industrielle. Selon CEI 61643-11, les SPD CA sont classés en type 1, type 2 et type 3, chacun étant destiné à un point d'installation différent au sein du système de distribution.
Fonctionne sous des tensions de réseau courantes telles que 115 V, 230 V, 400 V et jusqu'à 690 V CA.
Fonctionnement bidirectionnel pour gérer la commutation de polarité des ondes sinusoïdales CA.
Extinction de l'arc grâce aux passages par zéro naturels de la forme d'onde CA, ce qui rend la déconnexion plus sûre et plus efficace.
MOV (varistances à oxyde métallique) couramment utilisés pour absorber l'énergie de surtension ; dans les SPD de type 1, les MOV sont souvent combinés avec des GDT (Gas Discharge Tubes) ou des chambres à arc pour résister aux impulsions de foudre à haute énergie (formes d'onde 10/350 µs).
Une coordination avec une protection amont (MCB ou fusible) est requise ; La meilleure pratique consiste à maintenir la longueur du câble SPD aussi courte que possible, idéalement <0,5 m, afin de minimiser la tension résiduelle.
Types SPD pour les applications CA
SPD de type 1 – Installé à l’entrée de service; résiste aux courants de foudre continus (Iimp 10/350 µs).
Parafoudre de type 2 – Installé aux tableaux de distribution ; protège contre les surtensions de commutation et la foudre indirecte (In/Imax 8/20 µs).
SPD de type 3 – Installé à proximité d’équipements sensibles ; offre une protection fine contre les surtensions résiduelles.
Applications typiques
Plaques d'entrée de service principales (Type 1)
Tableaux de distribution du bâtiment (Type 2)
Panneaux de commande en milieu industriel (Type 2)
Protection au point d'utilisation ou au niveau de la prise pour les appareils sensibles alimentés en courant alternatif (type 3)
Exemple de Produit Britec AC SPD Gamme
BR-50GR (Type 1): Conçu pour Uc 275/320/440 V, avec Iimp jusqu'à 25 kA (10/350 µs) ; idéal pour la protection contre la foudre des entrées de service dans les systèmes TN/TT.
BR-12,5M (hybride de type 1+2): Gère à la fois les impulsions de foudre et les surtensions de commutation, ce qui le rend adapté aux installations industrielles.
BR-40 et BR-30FU (Type 2): évalué pour Uc 275 V, avec In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs) ; le BR-30FU intègre un fusible de secours, simplifiant l'installation et améliorant la sécurité.
BR-230/BR275-6 (Type 3): Conçu pour la protection des équipements terminaux, à faible tension résiduelle (Up ≤ 1,5 kV).
Protection contre les surtensions CC est conçu pour les systèmes à courant continu, où l'électricité circule dans une seule direction sans passage à zéro naturel. Contrairement aux systèmes AC qui bénéficient d'inversions périodiques de tension, les systèmes DC présentent un défi technique unique : les arcs ne s'éteignent pas automatiquement. Cela signifie que les SPD CC nécessitent des mécanismes d'extinction d'arc, de déconnexion thermique et de déclenchement mécanique plus robustes pour garantir la sécurité et éviter l'emballement thermique.
Tensions nominales: Généralement conçu pour 500 Vdc à 1 500 Vdc, couvrant les panneaux solaires photovoltaïques, les systèmes de stockage par batterie (BESS) et les réseaux de charge rapide DC.
Sélection MOV unidirectionnelle: Pour s'adapter à la polarité CC, les SPD CC utilisent des MOV unidirectionnels, garantissant un blocage correct des surtensions pour un flux de courant unidirectionnel.
Suppression des arcs: Étant donné que le courant continu n'a pas de passage à zéro, les SPD CC intègrent des déconnexions thermiques à action rapide, des tubes à décharge à gaz (GDT) ou des chambres à arc pour couper en toute sécurité les courants de défaut.
Gestion des surtensions élevées: Conçus pour absorber les surtensions à haute énergie avec des valeurs In/Imax allant jusqu'à 20-40 kA (8/20 µs) et des dispositifs de type 1+2 conçus pour les impulsions de foudre Iimp.
Conformité et certification:
Doit être conforme à la norme CEI 61643-31 (pour les SPD PV DC) ou UL1449 (pour les systèmes DC en Amérique du Nord, jusqu'à 1 500 Vdc).
En fonction du projet ou des exigences régionales, les produits peuvent porter des certifications TÜV, CB ou UL supplémentaires pour la conformité au réseau et les audits de sécurité.
Générateurs solaires photovoltaïques (protection de chaîne ou de boîtier de combinaison, généralement 1 000 Vdc ou 1 500 Vdc).
Systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) pour les solutions à l'échelle du réseau ou des micro-réseaux.
Bornes de recharge pour véhicules électriques (VE), en particulier la recharge rapide en courant continu.
Tours de télécommunications et systèmes d'énergies renouvelables (convertisseurs d'éoliennes, réseaux hybrides DC).
Tension nominale : Uc = 1 000 Vcc
Courant de décharge nominal : In = 20 kA
Courant de décharge maximal : Imax = 40 kA (8/20 µs)
Niveau de protection de tension : Jusqu'à ≤ 3,8 kV
Caractéristiques : Sectionneur thermique + signalisation à distance pour une surveillance en temps réel.
Tension nominale : Uc = 1 500 Vcc
Courant de décharge nominal : In = 20 kA
Courant de décharge maximum : Imax = 40 kA
Niveau de protection de tension : Jusqu'à ≤ 4,5 kV
Caractéristiques : Conception de chambre à arc + coupure thermique, garantissant un fonctionnement fiable dans les centrales photovoltaïques et les infrastructures EV.
Bien que les SPD CA et les SPD CC se ressemblent à première vue, leurs principes de conception, leurs normes et leurs exigences d'application sont très différents. Le tableau ci-dessous résume les principales différences entre le SPD AC et le SPD DC :
| Paramètre | SPD CA | SPD CC |
|---|---|---|
| Plage de tension | 115 V – 690 V AC (réseaux communs) Exemple : BR-40 (Uc 275 V, In 20 kA) | 500 V – 1 500 V CC (PV, EV, BESS) Exemple : BRPV3-1500 (Uc 1 500 V CC, In 20 kA) |
| Gestion de la polarité | Fonctionnement bidirectionnel (commutation de polarité d'onde sinusoïdale AC) | Sélection MOV unidirectionnelle pour la stabilité de la polarité CC |
| Extinction d'arc | Le passage à zéro naturel facilite l'interruption de l'arc. Les SPD de type 1 utilisent souvent MOV + GDT/chambre à arc pour des impulsions de 10/350 µs. | Pas de passage à zéro → nécessite un déconnecteur thermique rapide, une chambre à arc ou un GDT |
| Temps de réponse | Les SPD basés sur MOV répondent généralement en <25 ns (en fonction de l'appareil) | Même principe – basé sur MOV, <25 ns (en fonction du périphérique) |
| Type de forme d'onde | Sinusoïdal (50/60 Hz) | Tension continue constante |
| Formes d'onde de test de surtension | 8/20 µs (commutation), 10/350 µs (courant de foudre, Type 1) | Standardisé comme AC (8/20 µs, 10/350 µs) ; différence clé = extinction de l'arc |
| Gestion de l'énergie | La valeur nominale par pôle dépend de la conception (vérifier la fiche technique : In/Imax/Iimp) Exemple : BR-30FU (En 20 kA, Imax 40 kA) | La valeur nominale par pôle dépend de la conception (In/Imax/Iimp) Exemple : BRPV3-1000 (In 20 kA, Imax 40 kA) |
| Normes | CEI 61643-11 (SPD CA), UL 1449 (Amérique du Nord) | CEI 61643-31 (SPD CC, PV), UL 1449 (Amérique du Nord, PV ≤ 1 500 V CC) |
| Applications | Maisons, bureaux, panneaux de contrôle industriels, tableaux de distribution de bâtiments | Panneaux solaires photovoltaïques, stockage sur batterie, recharge de véhicules électriques, télécommunications, éoliennes |
Le courant alternatif inverse périodiquement la direction (onde sinusoïdale), permettant ainsi des points de passage à zéro naturels. Le courant continu circule continuellement dans une seule direction (forme d’onde plate), ce qui rend l’extinction de l’arc beaucoup plus difficile.
Implication:
Les SPD AC bénéficient du passage par zéro pour l'interruption de l'arc, tandis que les SPD DC nécessitent des mécanismes de suppression d'arc plus robustes en raison des caractéristiques de la forme d'onde.
Besoins en matière de temps de réponse :
Les SPD DC nécessitent généralement des temps de réponse plus rapides (≤ 25 ns) pour se protéger contre les transitoires rapides.
Technologie utilisée : Les dispositifs SPD CA et CC utilisent généralement des MOV (varistors à oxyde métallique), des déconnexions thermiques et parfois des GDT (tubes à décharge à gaz). Pour comprendre le fonctionnement de ces composants à l'intérieur d'un dispositif de protection contre les surtensions, consultez notre guide détaillé sur comment fonctionne un SPD.
Exemple:
DC SPD FLY1-40PV gère jusqu'à 40 kA ; AC SPD USP2 va jusqu'à 120 kA, selon le modèle.
Tolérance environnementale :
Les SPD CC prennent généralement en charge des plages de température et une humidité relative plus larges en raison des applications extérieures.
Pourquoi c'est important :
Une suppression inadéquate de l'arc dans les parafoudres CC peut entraîner un emballement thermique et un incendie.
Exemple:
La classe de protection contre les surtensions doit être vérifiée via des étiquettes SPD certifiées TUV pour la conformité au réseau.
La sélection du bon dispositif de protection contre les surtensions (SPD) ne concerne pas seulement la tension nominale, elle implique également la position d'installation, la coordination de la protection et la conformité aux normes internationales. Voici les facteurs clés à considérer :
Systèmes CA (IEC 61643-11 / UL 1449)
230/400 V (réseaux TN/TT) : Choisir Uc 275 V modèles.
Exemple : Britec BR-40/30FU – SPD type 2, Uc 275 V, In 20 kA, Imax 40 kA, avec fusible intégré pour protection de secours.
Systèmes PV DC (IEC 61643-31 / UL 1449 ≤1 500 Vdc)
Baies 600 VCC, 1 000 VCC ou 1 500 VCC : sélectionnez la valeur nominale CC Uc correspondante.
Exemple: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) ou BRPV3-1500 (Uc 1500 Vcc) – SPD DC de type 1+2 pour boîtiers de combinaison PV et onduleurs.
Conseil: Vérifiez toujours que l'Uc (tension de fonctionnement continue) du SPD est ≥ 1,2 × tension nominale du système pour éviter un vieillissement prématuré.
Type 1 (courant de foudre 10/350 µs)
Installé à l'entrée de service/distribution principale.
Gère les courants de foudre directs.
Exemple: BR-12,5M Type 1+2 SPD, Iimp 12,5 kA.
Type 2 (surtensions de commutation 8/20 µs)
Installé sur les tableaux de distribution au sol.
Protège contre les surtensions de commutation et les courants de foudre résiduels.
Exemple: SPD BR-40/30FU Type 2 (avec sectionneur intégré).
Type 3 (point d'utilisation)
Installé à proximité des équipements sensibles (ordinateurs, serveurs, dispositifs médicaux).
Protège contre les surtensions résiduelles non bloquées par les SPD en amont.
Règle d'ingénierie: Si la longueur du câble entre deux niveaux de protection est >10 m, installez des SPD supplémentaires aux deux extrémités pour assurer la coordination.
Les SPD doivent être coordonnés avec les fusibles MCB/RCB/de secours en amont.
Certains modèles, comme Britec BR-40/30FU, intègrent des sectionneurs thermiques et une protection de secours, réduisant ainsi l'espace et les coûts.
SPD CA: CEI 61643-11, UL 1449
SPD PV CC: CEI 61643-31, UL 1449 (≤1500 Vcc)
Assurez-vous toujours que le SPD porte les certifications de test CE, UL ou CEI appropriées, en particulier pour les projets internationaux.
Choisir le bon SPD signifie faire correspondre la tension, sélectionner le bon type par niveau d'installation, garantir une bonne coordination et se conformer aux normes CEI/UL.
Avec Portefeuille Britec (BR-12.5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), vous pouvez couvrir les applications solaires résidentielles, commerciales, industrielles et photovoltaïques avec une protection contre les surtensions certifiée et haute performance.
Les dispositifs de protection contre les surtensions CA et CC peuvent se ressembler, mais ils servent des systèmes fondamentalement différents. Les SPD AC sont optimisés pour les applications à onde sinusoïdale dans les bâtiments et les réseaux. Les SPD CC sont conçus pour les formes d'onde de tension plates dans les infrastructures CC renouvelables et haute tension.
Choisir le bon SPD est essentiel pour protéger l’équipement et maintenir le respect des normes de sécurité.
Pour assurer une protection optimale :
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