Classification des SPD

Un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) protège les systèmes et équipements électriques contre les surtensions en limitant les tensions transitoires et en détournant les courants de surtension.

Les caractéristiques techniques importantes du SPD :

• Tension de fonctionnement continu maximale (UC)

• Courant de choc de foudre (Iimp)

• Courant de décharge nominal (I)

• Niveau de protection de tension (Up)

• Capacité de tenue aux courts-circuits (Isccr)

• Capacité d'interruption en roue libre à Uc (Ifi)

• Surtension transitoire (TOV)

Ces paramètres déterminent les performances du SPD dans différentes conditions de défaut et doivent être soigneusement adaptés à la tension du système, au point d'installation et à l'environnement de surtension attendu.

Catégories ou types SPD

Les SPD sont généralement classés en fonction de principes de travail internes et de méthodes de test standard.

Par comportement des composants

Les deux principaux types de SPD sont :

• Composants limiteurs de tension

• Composants de commutation de tension

La plupart des SPD modernes intègrent les deux types de composants pour combiner les avantages de chacun et réduire leurs faiblesses respectives.

Les composants limitant la tension comprennent :

• Varistors à oxyde métallique (MOV)

• Diodes de suppression de tension transitoire (TVS)

Les composants de commutation de tension comprennent :

• Tubes à décharge gazeuse (GDT)

• Éclateurs

Ces composants diffèrent par leur vitesse de réponse, leur capacité de gestion de l'énergie et leurs caractéristiques de vieillissement.

Classification SPD par normes

Selon la classification ANSI/IEEE C62.41, CEI 61643-11 et VDE, il existe trois types de SPD standard en fonction de leur forme d'onde testée et de leur niveau d'application.

SPD de type 1

• Testé avec un courant de décharge impulsionnel Iimp (typiquement 10/350 µs)

• Également testé avec des impulsions de courant de 8/20 µs

• Conçu pour une installation en entrée de service

• Protège contre le courant de foudre direct et les surtensions à haute énergie

Parafoudre de type 2

• Testé avec un courant de décharge nominal en (8/20 µs)

• Testé en option avec un courant de décharge maximal Imax (8/20 µs)

• Remarque : Imax n'est pas recommandé comme base pour la sélection du SPD

• Pour SPD avec composants de commutation de tension, également testés avec des impulsions de tension de 1,2/50 µs.

• Installé au niveau des tableaux de sous-distribution ou des entrées d'équipement

• Protège contre les surtensions de commutation et la foudre indirecte

SPD de type 3

• Testé avec un générateur d'ondes combiné :

  • Tension en circuit ouvert Uoc (1,2/50 µs)

  • Courant de court-circuit Icw (8/20 µs)

  • Impédance de sortie nominale : 2 Ω

• Installé à proximité d'équipements terminaux sensibles pour une protection fine

Applications SPD dans les systèmes électriques

Les SPD sont utilisés dans une large gamme de systèmes AC et DC, chacun ayant des exigences de conception et de sélection spécifiques.

1. Applications du système d'alimentation CA

Dans les systèmes de distribution CA, les SPD sont principalement utilisés pour protéger les équipements et les réseaux électriques contre les surtensions transitoires causées par la foudre, la commutation des services publics et les événements de résolution de pannes.

• SPD de type 1: Installé sur les tableaux de distribution principaux pour gérer les surtensions à haute énergie

• SPD de type 2: Installé en aval pour une protection locale

Les SPD pour CA doivent correspondre à la tension nominale et à Uc du système tout en offrant une capacité de tenue aux courts-circuits (Isccr) suffisante.

Les composants internes typiques comprennent :

• MOV pour une réponse rapide et un serrage de tension

• GDT pour la gestion d'énergie élevée et l'isolation contre les fuites

La combinaison des deux garantit une suppression rapide et une longévité.

2. Applications du système d'alimentation CC

Systèmes DC tels que :

• Stations de base télécom

• Armoires de commande industrielles

• Stockage de la batterie

• Recharge de VE

• Bus solaires DC

…nécessitent des SPD spécialement conçus pour une tension continue continue, sans passage par zéro et pouvant entretenir des arcs.

SPD CC :

• Utilisez généralement des MOV haute tension

• Doit gérer une tension continue élevée en régime permanent sans surchauffe

• Installé sur des panneaux CC, des entrées d'onduleur ou des parcs de batteries

• Aide à éviter les temps d'arrêt du système dus à des surtensions ou à des bruits de commutation

3. Applications du système photovoltaïque (PV)

Les systèmes photovoltaïques impliquent des tensions CC élevées (jusqu'à 1 500 V CC), de grandes surfaces de panneaux et une exposition fréquente aux surtensions dues à la foudre en raison du montage sur le toit ou sur le terrain.

Les SPD spécifiques au PV doivent être conformes :

• CEI 61643-31

• EN 50539-11

Ils sont déployés à :

• Côté CC: Entre le générateur photovoltaïque et l'onduleur

• Entrée onduleur: Pour la protection interne du bus DC

• Côté CA: Entre l'onduleur et l'interface réseau

Les exigences comprennent :

• MCOV élevé (Uc)

• Niveau de protection faible (Up)

• Longue durée de vie des surtensions

• Résistance aux intempéries et aux UV (pour les boîtiers DC extérieurs)

Des SPD photovoltaïques bien placés réduisent les coûts de remplacement des équipements et améliorent la fiabilité et le retour sur investissement du système.

Comprendre Iimp et Imax dans les évaluations SPD

Courant de décharge impulsionnelle (Iimp)

• Caractéristique du SPD de type 1

• Simule un coup de foudre direct

• Testé avec une forme d'onde de 10/350 µs

• Représente la capacité du SPD à gérer une seule poussée extrême

• Convient aux entrées de bâtiments ou aux parafoudres en aval

Courant de décharge maximal (Imax)

• Caractéristique du SPD de type 2

• Simule plusieurs surtensions de faible énergie dues à des commutations ou à des éclairs indirects

• Testé avec une forme d'onde de 8/20 µs

• Reflète l'endurance aux surtensions à long terme

• Convient aux tableaux de distribution et à la protection au niveau des équipements

En résumé:

• jeimp = Endurance maximale pour les événements rares et à haute énergie

• Imax = Endurance répétitive pour les transitoires fréquents de faible énergie
  Les deux sont essentiels dans l’élaboration d’une stratégie de protection SPD à plusieurs niveaux.

Conclusion

Les dispositifs de protection contre les surtensions sont essentiels pour les systèmes électriques modernes, garantissant la sécurité des équipements et la continuité de l'alimentation. Leur classification en types 1, 2 et 3, ainsi que la compréhension des paramètres techniques tels que Uc, Up, Iimp et Imax, sont essentiels pour une sélection et une mise en œuvre appropriées.

Qu'il s'agisse de protéger les systèmes CA, l'automatisation CC ou l'énergie solaire photovoltaïque, la sélection du SPD approprié avec des valeurs nominales appropriées permet de réduire les dommages, de réduire les coûts d'exploitation et de maintenance et de prolonger la durée de vie du système.

Un plan SPD bien conçu est un petit investissement qui protège votre infrastructure à grande échelle des dommages irréversibles.