Dispositif de protection contre les surtensions CC

Un dispositif de protection contre les surtensions CC est conçu pour protéger les systèmes et équipements alimentés en CC contre les pics ou les surtensions soudains. Les SPD CC suppriment ou détournent les surtensions, évitant ainsi d'endommager les composants électroniques sensibles, les pannes du système et même la perte de données.

Principe de fonctionnement

Une sélection, une installation et une maintenance appropriées des dispositifs de protection contre les surtensions CC sont nécessaires pour garantir une efficacité protection contre les surtensions dans les systèmes CC. L'efficacité des performances d'un SPD CC varie en fonction de facteurs tels que la surtension nominale, la tension de serrage, le temps de réponse et l'application spécifique.

Vous pouvez décomposer le fonctionnement d'un dispositif de protection contre les surtensions CC comme suit :

Détection de surtension

Un dispositif de protection contre les surtensions CC détecte une surtension dépassant sa valeur nominale dans le système CC. Ce dispositif surveille généralement le niveau de tension en utilisant un circuit spécial pour détecter les surtensions.

Blocage de tension

Les dispositifs de protection contre les surtensions CC utilisent des composants tels que des varistances à oxyde métallique (MOV) ou des tubes à décharge de gaz (GDT) pour obtenir un blocage de tension. Ces composants présentent une résistance élevée à la tension dans les limites normales, permettant un flux de courant électrique normal.

Néanmoins, une surtension au-delà du seuil diminue considérablement la résistance du composant, créant ainsi un chemin à faible impédance pour le courant de surtension. Le seuil au-delà duquel une tension est considérée comme une surtension est appelé tension de blocage ou tension de passage.

Absorption d'énergie

Les principaux composants d'un dispositif de protection contre les surtensions absorbent l'excès d'énergie lorsqu'une surtension est détournée à travers le dispositif. La conception des varistances à oxyde métallique (MOV) est telle qu'elles se décomposent à des tensions élevées, dissipant la surtension sous forme de chaleur.

Classification des SPD DC

Il existe différentes manières de classer les dispositifs de protection contre les surtensions CC en fonction de leur configuration et d'utiliser une base commune. Une méthode courante de classification des SPD CC est basée sur leur composant principal, comme suit :

SPD pour automobiles

Les dispositifs de protection contre les surtensions dans les applications automobiles protègent les systèmes et composants électroniques des véhicules contre les transitoires destructeurs et les surtensions. Ces phénomènes peuvent survenir en raison d'interférences électromagnétiques, de pertes de charge et de contrecoups inductifs.

SPD CC avec varistances à oxyde métallique (MOV)

Les MOV sont des composants courants dans les SPD CC qui offrent des capacités de blocage de tension et d'absorption d'énergie pour la protection des équipements en détournant les surtensions. Il existe différentes tensions nominales et configurations pour les SPD CC utilisant des varistances à oxyde métallique en fonction de leurs exigences CC.

SPD CC avec tubes à décharge de gaz (GDT)

Les GDT sont également des composants de protection contre les surtensions utilisés dans les DCSPD, offrant des temps de réponse rapides et des capacités de gestion des surtensions élevées. Ces SPD DC sont utilisés dans les applications DC nécessitant une protection robuste contre les surtensions, comme les systèmes de télécommunications.

SPD CC avec diodes à avalanche au silicium (SAD)

Les SAD sont des dispositifs semi-conducteurs conçus pour protéger contre les transitoires de tension en fournissant de faibles tensions de blocage et des temps de réponse rapides. Les SPD basés sur des SAD sont utilisés dans les équipements électroniques sensibles et les systèmes de communication nécessitant un blocage de tension précis et de faibles tensions de passage.

Dispositif hybride de protection contre les surtensions

Ces dispositifs de protection contre les surtensions combinent plusieurs technologies telles que les SAD, les MOV et les GDT pour offrir des performances de protection améliorées contre les transitoires. Ils exploitent les points forts de chaque composant pour offrir une protection complète contre une large gamme de transitoires et de surtensions.

Protecteurs de surtension photovoltaïques

Ces dispositifs de protection contre les surtensions sont spécialement conçus pour la protection des systèmes photovoltaïques solaires contre les perturbations électriques. Leur conception est capable de répondre aux exigences exceptionnelles des installations solaires alimentées en courant continu et au fonctionnement fiable des panneaux photovoltaïques.

Caractéristiques du DC SPD

Lors de la sélection d'un dispositif de protection contre les surtensions CC, la prise en compte de ses caractéristiques et des exigences du système est une étape essentielle. Cela vous permet de vous assurer que votre choix est adapté à la tâche, réduisant ainsi le risque de dommages et de temps d'arrêt.

Différentes caractéristiques définissent les performances et la fiabilité des dispositifs de protection contre les surtensions CC (SPD) dans les systèmes alimentés en CC. Voici quelques-unes des caractéristiques communes décrites dans les SPD CC :

Tension nominale

Les dispositifs de protection contre les surtensions CC utilisent différentes tensions nominales qui correspondent au système d'alimentation CC particulier qu'ils sont censés protéger. La sélection d'un parafoudre CC dont la tension nominale correspond ou dépasse celle du système CC est idéale pour garantir l'efficacité des performances.

Tension de serrage

La tension de blocage d'un SPD CC fait référence à la tension maximale autorisée à passer lors d'une surtension. Lorsque la tension dépasse la tension de blocage, le SPD CC dévie et/ou absorbe la tension transitoire protégeant l'équipement.

Il est préférable d'avoir des SPD DC avec des tensions de serrage plus faibles car ils limitent la quantité de tension accessible à l'équipement. Par conséquent, ils offrent une meilleure protection à l'équipement alimenté en courant continu.

Gestion des surintensités

La capacité de gestion du courant de surtension d'un SPD CC définit le courant de surtension maximal qu'il peut dévier ou absorber en toute sécurité sans dommage. Les SPD CC sont conçus pour gérer des courants de surtension spécifiques, une caractéristique essentielle lors de la sélection d'un SPD pour votre application.

Temps de réponse

Le temps de réponse d'un dispositif de protection contre les surtensions CC détermine la rapidité de réaction à un événement de surtension. Les SPD CC avec un temps de réponse rapide offrent une protection plus rapide contre les surtensions en dérivant le courant de surtension plus tôt, réduisant ainsi le risque de dommages.

Comparaison des parafoudres CC et CA

La principale différence entre les dispositifs de protection contre les surtensions CC et CA repose sur le système d'alimentation utilisé. Il existe donc de légères différences entre les deux en ce qui concerne les tensions nominales, les capacités de gestion des surtensions, les temps de réponse et les normes.

Les énoncés suivants mettent en évidence certaines des similitudes et des différences entre les dispositifs de protection contre les surtensions CC et CA (SPD) :

Gestion des fréquences

Les dispositifs de protection contre les surtensions utilisés dans les systèmes à courant continu n'ont pas de spécifications de fréquence grâce à la constance de la tension continue. En revanche, ceux des systèmes à courant alternatif ont des besoins de fréquence différents nécessitant une gestion différente.

Sensibilité à la polarité

Les dispositifs de protection contre les surtensions dans les systèmes à courant continu sont sensibles aux polarités et nécessitent une installation avec un alignement correct des bornes. En raison du changement constant de la direction de la tension dans les systèmes à courant alternatif, ils n'ont pas de désignations de bornes spécifiques.

Détection et serrage des surtensions

Selon la conception du système, les parafoudres CC et CA neutralisent les surtensions en les absorbant ou en les ramenant à un niveau sûr. Cependant, les caractéristiques de tension différentes peuvent entraîner une modification des mécanismes appliqués à la détection et au blocage.

Tension nominale

Vous trouverez des dispositifs de protection contre les surtensions CC et CA avec des tensions nominales spécifiques aux systèmes dans lesquels ils sont utilisés. La plupart des systèmes CC ont des tensions nominales inférieures à celles des systèmes CA, qui peuvent atteindre 400 V.

Type de tension

C'est la différence fondamentale entre les SPD DC conçus pour les systèmes à courant continu et les SPD AC conçus pour les systèmes à courant alternatif.

Principaux paramètres du DC SPD

Les paramètres d'un dispositif de protection contre les surtensions CC définissent ses performances et son adéquation dans un système CC particulier contre les surtensions. Une prise en compte minutieuse de ces paramètres et du système prévu pour l'utilisation est donc essentielle pour une adaptation efficace.

Les principaux paramètres fournis pour les dispositifs de protection contre les surtensions CC comprennent :

• Courant de fuite : Lorsque le dispositif de protection contre les surtensions CC fonctionne normalement, le courant de fuite décrit le courant minimal qui le traverse. Il est préférable d'avoir un faible courant de fuite car il entraîne une dissipation de chaleur et une perte de puissance réduites.
• Tension maximale de fonctionnement continu : Définit la tension continue au-delà de laquelle le dispositif de protection contre les surtensions est activé en fonction de la tension nominale du système.
• Courant de décharge nominal : Décrit la valeur de courant la plus élevée qu'un dispositif de protection contre les surtensions CC peut décharger lorsqu'un événement de surtension se produit.
• Plage de température de fonctionnement : Définit les températures dans lesquelles le dispositif de protection contre les surtensions CC peut fonctionner de manière optimale. Ce paramètre est spécifique à l'application, en particulier lorsque le système CC nécessitant une protection fonctionne dans des conditions de température extrêmes.
• Niveau de protection de tension : Représente la tension maximale aux bornes d'un dispositif de protection contre les surtensions CC activé. Elle est atteinte lorsque le courant traversant le dispositif de protection contre les surtensions correspond à celui de la décharge nominale.

Composants principaux d'un SPD CC

Les dispositifs de protection contre les surtensions CC utilisent divers composants électroniques pour atténuer les surtensions à haute tension. Ces composants peuvent être classés en différents types, certains utilisant une combinaison de technologies pour exploiter leurs atouts.

Certains des principaux composants utilisés dans les dispositifs de protection contre les surtensions CC comprennent :

• Tube à décharge de gaz (GDT)

Il est constitué de deux plaques négatives froides enfermées dans un tube en verre ou en céramique et séparées par un gaz inerte, généralement de l'argon. Il utilise un agent de déclenchement auxiliaire pour augmenter la probabilité de déclenchement de la décharge et est disponible en configurations à deux et trois pôles.

• Diode de suppression de tension transitoire (TVS)

Ce sont des diodes spéciales fonctionnant dans la zone de claquage dite inverse. Elles bloquent et régulent la tension. Leur tension de blocage réduite et leur réponse rapide permettent leur utilisation dans des circuits de protection à plusieurs niveaux en tant que couche finale.

• Varistance à oxyde métallique (MOV)

Le MOV est un semi-conducteur utilisant l'oxyde de zinc comme oxyde métallique présentant une résistance non linéaire. Les fluctuations de tension reflètent un changement de valeur de résistance avec un principe de fonctionnement similaire à celui de plusieurs jonctions PN connectées en série et en parallèle.

• Éclateur

Il s'agit généralement d'une paire de tiges métalliques exposées à l'air avec une distance de séparation, l'une des tiges étant connectée soit à la ligne neutre, soit à la ligne de phase électrique. L'autre est connectée à une borne de terre et une surtension rompt la séparation en détournant la surtension.

• Bobine d'arrêt

Il utilise un noyau de ferrite comprenant une paire de bobines enroulées symétriquement avec une taille et un nombre de tours identiques, ce qui donne un dispositif à quatre bornes. Il atténue principalement l'inductance substantielle du signal en mode commun avec un impact minimal sur l'inductance de fuite du signal en mode différentiel.

Avantages de l'utilisation d'un SPD DC

En utilisant des SPD CC, les vulnérabilités des systèmes alimentés en CC aux surtensions peuvent être efficacement atténuées, favorisant ainsi la protection des équipements, la fiabilité du système et la sécurité opérationnelle globale.

Un résumé des avantages de l’utilisation d’un dispositif de protection contre les surtensions CC est présenté ci-dessous :

i. Protection de l'équipement : Il s'agit du principal avantage de la configuration de votre système CC avec un dispositif de protection contre les surtensions. Il détourne ou supprime les surtensions excessives, protégeant ainsi l'équipement contre les dommages.

ii. Durée de vie prolongée de l'équipement : En évitant les effets néfastes des surtensions grâce aux parafoudres CC, l'équipement peut fonctionner plus longtemps. Dans le cas contraire, l'équipement non protégé est facilement sujet aux surtensions, ce qui peut entraîner des dommages ou une diminution des performances.

iii. Assurance de sécurité : Les surtensions électriques peuvent présenter des risques pour la sécurité, en particulier dans les environnements industriels utilisant des sources CC à haute énergie. En absorbant ou en redirigeant l'énergie des surtensions, ces dispositifs réduisent le risque de pannes électriques, d'incendies ou d'autres risques pour la sécurité.

iv. Fiabilité du système : Les dispositifs de protection contre les surtensions contribuent à améliorer la fiabilité du système CC dans leur rôle de protection. Ils réduisent le risque de défaillance des équipements, contribuant ainsi à maintenir un fonctionnement continu et à minimiser les perturbations.

Facteurs à prendre en compte lors de la sélection d'un SPD

Lors du choix d'un dispositif de protection contre les surtensions, assurez-vous qu'il est compatible avec votre système et qu'il vous offre la protection souhaitée. De cette façon, vous bénéficierez de son rôle dans la minimisation des risques potentiels associés aux transitoires de tension.

Certains facteurs clés à prendre en compte incluent :

• Évaluation actuelle : Le courant nominal du SPD CC doit être capable de supporter le courant de fonctionnement maximal du système. De cette façon, la charge résultante du système ne surchauffe pas et ne provoque pas de panne.
• Réputation du fabricant : Renseignez-vous sur le fabricant et évaluez sa réputation et sa fiabilité dans la production de SPD de haute qualité et dans la fourniture d’un excellent support client.
• Temps de réponse : Le temps de réponse d'un dispositif de protection contre les surtensions indique sa vitesse de réaction à un événement de surtension. Vous souhaitez un temps de réponse bref pour gérer rapidement les transitoires et compenser tout dommage imminent.
• Conformité aux normes : Vérifiez que le dispositif de protection contre les surtensions CC est conforme aux normes industrielles nécessaires. Ces normes garantissent que le dispositif de protection contre les surtensions que vous achetez répond aux critères de performance.
• Capacité de courant de surtension : Évaluez la capacité de courant de surtension attendue du SPD CC en vous assurant qu'il peut gérer efficacement les surtensions sans être surchargé.
• Tension nominale : La tension de fonctionnement maximale de votre système CC détermine la tension nominale de votre SPD CC. Elle doit être égale ou supérieure à cette valeur pour assurer une protection efficace contre les surtensions.

Installation d'un SPD DC

L'installation d'un dispositif de protection contre les surtensions CC doit être effectuée avec soin afin d'éviter des performances inefficaces, voire des dommages. Lors de l'installation, tenez compte du modèle, des caractéristiques du système et des réglementations locales.

Voici quelques-unes des considérations clés pour le processus d’installation :

1. Choisissez un emplacement approprié en le gardant aussi proche que possible de l'équipement à protéger. Il doit également être facilement accessible pour permettre l'accès lors des opérations de maintenance et d'inspection.
2. Suivez les instructions fournies par le fabricant pour le montage du dispositif de protection contre les surtensions CC. Fixez-le fermement sur une surface appropriée en utilisant le matériel et les dégagements appropriés pour une dissipation thermique et une ventilation adéquates.
3. Raccordez le dispositif de protection contre les surtensions CC au système d'alimentation conformément aux instructions à l'aide de câbles ou de conducteurs standard. Ceux-ci doivent être fixés avec des terminaisons appropriées et capables de gérer le courant maximal prévu.
4. Configurez un système de mise à la terre fiable et à faible résistance pour faciliter la déviation en toute sécurité des courants de surtension par le SPD CC.

Test d'un dispositif de protection contre les surtensions CC

Le test d'un dispositif de protection contre les surtensions CC permet de vérifier sa fonctionnalité et de s'assurer qu'il peut efficacement protéger l'équipement contre les surtensions. Lors du test, comparez les résultats du test avec les caractéristiques de réponse spécifiques fournies auxquelles le SPD doit se conformer.

Les tests couramment utilisés comprennent :

• Test de résistance d'isolement : Ici, vous déconnectez le SPD de la source CC et mesurez la résistance entre les bornes de l'appareil et de terre. Cela garantit l'absence de fuites ou de défauts.
• Test de chute de tension : Ce test permet de s'assurer que la chute de tension se situe dans les limites spécifiées. Vous connectez l'appareil à une source CC avant d'appliquer la tension nominale et de la mesurer.
• Test de surtension : Ici, vous simulez des surtensions transitoires en appliquant des impulsions de surtension au dispositif de protection contre les surtensions. Ensuite, examinez les formes d'onde en les comparant aux spécifications de test.

Normes utilisées pour les SPD DC

Les normes garantissent la qualité, la fiabilité et la sécurité des dispositifs de protection contre les surtensions CC. Elles sont fournies par les organismes de réglementation et comprennent :

• Norme ANSI/Norme IEEE45: Fournit un aperçu des performances des tests de surtension des dispositifs de protection contre les surtensions dans un système CC.
• CEI61643-11: Discute des méthodes de test et des exigences spécifiques aux SPD CC connectés aux systèmes basse tension.
• CEI61643-21: Propose un guide pour les méthodes de test spécifiques aux SPD DC utilisés dans les réseaux de signalisation et les télécommunications.
• CEI61643-22: Décrit la sélection et l'application des SPD CC utilisés dans les réseaux de télécommunications et de transmission.
• Laboratoires Underwriters(UL) 1449: Décrit les procédures de sécurité et de performance des SPD CC.

Applications des parafoudres CC

Le rôle des SPD CC dans la protection des équipements contre les surtensions est illustré dans différentes applications comme suit :

i. Centres de données : Les SPD DC jouent un rôle essentiel dans la prévention des pertes de données et des dommages matériels dans les périphériques de stockage, les équipements réseau et les serveurs.

ii. Systèmes de contrôle industriel : Utilisé dans les dispositifs de contrôle utilisant l'alimentation CC tels que les capteurs, les contrôleurs logiques programmables (PLC) et les variateurs de vitesse.

iii. Énergies renouvelables : La production d'énergie éolienne et les installations photovoltaïques pour l'énergie solaire utilisent des SPD CC pour protéger les appareils électroniques sensibles comme les onduleurs.

iv. Systèmes de stockage : Les SPD CC dans les systèmes de stockage utilisant l'énergie de la batterie protègent les parcs de batteries, les systèmes de surveillance et les équipements de conversion d'énergie.

v. Télécommunications : Les SPD CC sont intégrés dans les installations de communication et les centres de données pour protéger les équipements critiques tels que les lignes de transmission de données et les alimentations électriques.

vi. Systèmes de transport : Les véhicules électriques, les tramways et les trains ainsi que les sous-stations électriques utilisent des SPD CC dans les stations de recharge, les unités de contrôle électronique et les systèmes de distribution d'énergie.

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