Types de dispositifs de protection contre les surtensions industrielles et stratégies de protection graduées
31/10/2025
Cet article présentera systématiquement les types, les méthodes de classification et comment construire un système de protection gradué efficace pour parafoudres industriels (SPD).
Classification par principe technique et capacité de décharge
Il s'agit de la méthode de classification de base des SPD, qui détermine directement leurs scénarios d'application et leurs niveaux de protection, et est généralement basée sur des normes internationales telles que la CEI 61643.
Capacité de décharge : Capable de résister et de libérer des coups de foudre directs ou un courant de foudre partiel (simulant une forme d'onde de 10/350 µs) ; les courants de test peuvent généralement atteindre des dizaines de kiloampères.
Scénarios d'application : Principalement installé à l’entrée de l’armoire de distribution principale (MDB) du bâtiment comme dispositif de protection primaire pour libérer le courant de foudre des lignes externes (par exemple, les lignes électriques).
Type 2 (Type 2/T2) : Limiteur de tension
Principe technique : Le composant principal est une varistance (MOV). Sous tension normale, le MOV présente une résistance élevée ; lorsqu'une surtension se produit, sa résistance chute brusquement, contournant le courant et maintenant la tension à un niveau sûr.
Capacité de décharge : Dispositifs de protection contre les surtensions de type 2 Utilisé pour décharger les coups de foudre induits et les surtensions opérationnelles (simulant une forme d'onde de 8/20 µs), avec une capacité de décharge allant généralement de plusieurs milliers à des dizaines de milliers d'ampères.
Scénarios d'application : installé en aval de l'armoire de distribution principale dans l'armoire de distribution (panneau de distribution, SDB) ou avant l'armoire de commande des équipements importants, servant de protection secondaire pour assurer la protection de la plupart des équipements électriques.
Type 3 (Type 3/T3) : Protection avancée
Principe technique : utilise généralement des MOV, des tubes à décharge à gaz ou des diodes TVS plus fins, ce qui entraîne une réponse extrêmement rapide et une tension résiduelle plus faible (niveau de protection).
Capacité de décharge : La capacité de décharge est relativement petite, principalement utilisée pour supprimer davantage la surtension résiduelle.
Scénarios d'application : Dispositifs de protection contre les surtensions de type 3 installé très près de l'équipement protégé, comme dans la prise ou le tableau de prises de l'équipement, pour une protection fine. Il doit généralement être utilisé conjointement avec un SPD de type 2 et ne peut pas être installé seul.
Vitesse combinée (Type 1+2) : Solution intégrée
Principe technique : Cet appareil intègre un éclateur de type 1 et une varistance de type 2, offrant les avantages d'une capacité de décharge élevée et d'un faible niveau de protection.
Scénarios d'application : Dispositifs combinés de protection contre les surtensions SPD (Type 1+2) adapté aux applications avec un espace limité ou nécessitant une conception simplifiée. Il peut être installé directement dans l'armoire de distribution principale à l'entrée du bâtiment, offrant une protection combinée du premier et du deuxième niveau.
Classification étendue des dispositifs de protection contre les surtensions industrielles
En plus des types de technologies de base, les SPD industriels peuvent également être classés selon d'autres dimensions.
Classification par type de source d'alimentation
Alimentation CA SPD : utilisé pour protéger les systèmes d'alimentation CA, tels que les réseaux électriques industriels 380 V/220 V.
Alimentation CC SPD : utilisé pour protéger les systèmes d'alimentation CC, tels que les systèmes de production d'énergie photovoltaïque, les entraînements de moteur CC et les alimentations des stations de base de communication.
SPD d'alimentation CA VS SPD d'alimentation CC
Fonctionnalité
SPD d'alimentation CA
SPD d'alimentation CC
Demande principale
Panneaux électriques principaux, sous-panneaux, circuits de dérivation dans les maisons, les bureaux et les installations industrielles.
Panneaux solaires photovoltaïques, systèmes de stockage par batterie, stations de recharge pour véhicules électriques, télécommunications, automobile, marine et transports publics.
Tension du système
Suit les tensions CA standard (par exemple, 120 V, 230 V, 400 V, 480 V).
Très variable (par exemple, 12 V, 24 V, 48 V pour les batteries ; 600 V à 1 500 V pour les chaînes solaires).
Comportement actuel
Courant alternatif. La tension passe par zéro 100 ou 120 fois par seconde. Cela aide éteindre un arc électrique.
Courant continu. La tension est constante et ne dépasse pas zéro. Cela fait arc beaucoup plus soutenu et dangereux.
Défi de conception clé
Gestion des surtensions transitoires. Le passage par zéro du courant alternatif aide naturellement à interrompre le courant de suivi.
Suppression des arcs. Le principal défi consiste à éteindre en toute sécurité le “ courant de suivi ” de la source CC après un événement de surtension sans que le SPD ne prenne feu.
Technologie et composants internes
Utilise principalement Varistors à oxyde métallique (MOV) et parfois des tubes à décharge gazeuse (GDT). Les conceptions sont relativement simples.
Utilise plus robuste MOV avec chambres/remplisseurs spéciaux d'extinction d'arc. Un recours plus important à GDT spécialement conçu pour le courant continu, qui peut gérer en toute sécurité la tension continue continue sans fuite.
Tension nominale (Uc)
Conçu pour un fonctionnement continu à des tensions AC RMS standard (par exemple, 275 V, 320 V, 440 V).
Conçu pour un fonctionnement continu à la tension spécifique du système CC (par exemple, 1 000 V CC, 1 500 V CC).
Déconnexion et sécurité
Comprend souvent des sectionneurs thermiques pour faire tomber en toute sécurité un MOV qui a été dégradé par de nombreuses surtensions.
Critique et plus robuste. Nécessite des mécanismes de défaillance avancés pour déconnecter physiquement le SPD de la source CC de manière sécurisée, car un arc CC soutenu constitue un risque d'incendie majeur.
Normes de certification
UL 1449 (Amérique du Nord), CEI 61643-11 (International).
UL 1449 (pour les applications CC spécifiques), CEI 61643-11, UL 497B et normes spécifiques aux systèmes photovoltaïques comme CEI 62548.
Classification par type de signal
Les environnements industriels contiennent non seulement des lignes électriques mais également de nombreuses lignes de signaux et de contrôle. Les SPD de signal sont spécialement conçus pour protéger ces lignes basse tension, telles que :
● SPD réseau/Ethernet
● SPD du port série RS-232/485/422
● SPD E/S analogique/numérique
● Câble coaxial SPD (utilisé pour la vidéosurveillance, les antennes, etc.)
Classification par structure de montage
Dispositifs de protection contre les surtensions enfichables
Il ressemble à un adaptateur et se branche directement sur une prise murale. Il est principalement utilisé pour protéger un seul appareil et appartient au type 3.
Dispositifs de protection contre les surtensions modulaires
La conception modulaire standard lui permet d'être monté sur un rail DIN dans une armoire de distribution, tout comme un disjoncteur. Il s'agit de la forme la plus courante dans les applications industrielles, facilitant l'installation, le remplacement et la surveillance de l'état (via des contacts de signalisation à distance). Les types 1 et 2 sont pour la plupart de ce type.
Dispositifs de protection contre les surtensions de type boîte
Les modules SPD, les fusibles ou les disjoncteurs sont intégrés dans un seul boîtier de protection, couramment utilisé dans les boîtiers d'équipement extérieur ou sur le terrain.
Comment créer un système de protection à plusieurs niveaux (par étapes) ?
Un seul SPD ne peut pas fournir une protection parfaite, une stratégie de protection à plusieurs niveaux (ou par étapes) est donc nécessaire.
Principe de protection à plusieurs niveaux
Le concept de base de la protection graduée est “ la décharge étape par étape et le serrage couche par couche ”.”
Niveau 1 (Type 1/Type 1+2) : Au niveau de la ligne d'arrivée principale, il absorbe et décharge la grande majorité de l'énergie de surtension massive, limitant les surtensions de plusieurs kilovolts à un niveau inférieur (par exemple, 1 500-2 500 V).
Niveau 2 (Type 2) : Au niveau du panneau de distribution, il décharge davantage les surtensions résiduelles qui ont pénétré le niveau 1 et fixe la tension à un niveau plus sûr (par exemple, 1 000-1 500 V).
Niveau 3 (Type 3) : à l'avant de l'équipement, il assure la suppression finale des surtensions résiduelles mineures, offrant la tension résiduelle la plus basse possible (généralement inférieure à 1 000 V), garantissant la sécurité absolue des ports des équipements de précision.
Une certaine distance de ligne (généralement recommandée supérieure à 10 mètres) doit être maintenue entre chaque niveau de SPD afin d'utiliser l'impédance de ligne pour la coordination de l'énergie. Si la distance est insuffisante, des composants de découplage (tels que des inductances de découplage dédiées ou des fusibles/disjoncteurs appropriés) sont nécessaires pour garantir que chaque niveau de SPD fonctionne dans une séquence coordonnée.
Exemple de configuration Spd dans des scénarios industriels typiques
Scénario : Centre de contrôle de ligne de production automatisée
Salle de distribution principale (MDB) : installez des SPD de type 1+2 pour protéger l'entrée d'alimentation électrique de l'ensemble du bâtiment.
Armoire de commande de ligne de production (SDB) : installez des SPD de type 2 pour protéger l'alimentation électrique des unités de contrôle principales telles que les automates et les convertisseurs de fréquence.
Avant du module d'E/S API : installez des SPD de signal sur les lignes de signal de commande (par exemple, 24 V CC).
Poste de travail d'ingénieur : utilisez des cartes de socket SPD de type 3 sur les sockets pour protéger l'ordinateur et le programmateur.
Switch réseau d'atelier : installez des SPD Ethernet sur les ports réseau.
FAQ
Comment sélectionner le type de SPD approprié en fonction des conditions du site ?
Étape 1 : Déterminez l’emplacement d’installation. Sélectionnez T1 ou T1+2 pour l'armoire de ligne entrante principale ; T2 pour l'armoire de distribution ; et T3 pour l'avant de l'équipement.
Étape 2 : Vérifiez les paramètres clés. La tension de fonctionnement continue maximale (Uc) doit être supérieure à la tension la plus élevée pouvant survenir sur le réseau électrique local ; le courant de décharge nominal (In) et le courant de décharge maximal (Imax) doivent répondre aux exigences du niveau de protection contre la foudre (LPL) du point d'installation ; le niveau de protection contre la tension (Up) doit être inférieur à la valeur de tension de tenue de l'équipement protégé.
Étape 3 : Tenez compte d'autres facteurs, tels que le système d'alimentation (AC/DC), la méthode d'installation (modulaire/type boîtier), l'indication d'état et les exigences en matière de fonction de signalisation à distance.
Inspection et maintenance quotidiennes des SPD industriels
Inspection visuelle régulière : vérifiez que le SPD ne présente aucun dommage physique, tel que des fissures ou des marques de brûlure.
Observez l'indicateur d'état : la plupart des SPD ont un indicateur de fenêtre à code couleur (vert/rouge). Le vert indique un fonctionnement normal et le rouge indique une panne nécessitant un remplacement immédiat.
Tenez un journal de maintenance : enregistrez la date d'installation, la date de l'inspection initiale et les détails de l'inspection ultérieure. Même dans des conditions normales, les SPD ont une durée de vie limitée ; il est recommandé de les inspecter ou de les remplacer périodiquement (par exemple tous les 3 à 5 ans) ou après une surtension majeure.
Tests professionnels : utilisez des instruments spécialisés pour mesurer le courant de fuite de la varistance et évaluer la dégradation des performances.
Les dispositifs de protection contre les surtensions peuvent-ils empêcher le déclenchement des disjoncteurs ?
La fonction principale d'un SPD est d'empêcher l'équipement d'être endommagé par une surtension, et non d'empêcher le déclenchement des disjoncteurs.
Conclusion
En comprenant les principes techniques et les scénarios d'application des différents types de dispositifs industriels de protection contre les surtensions (SPD) (t1, t2, t3), et en les combinant avec une protection complète des lignes électriques et de signaux, nous pouvons construire un système de protection hiérarchique (étape par étape) efficace.
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