Points clés du choix d'un parasurtenseur et analyse des problèmes associés

Le parasurtenseur est un protecteur de circuit à haute efficacité, capable de résister aux surtensions transitoires, aux impulsions à haute énergie, aux variations rapides (10-9 s) de l'impédance élevée d'origine à l'impédance faible, et aux impulsions d'interférence de surtension transitoires jusqu'à la tension prédéterminée, afin de protéger efficacement les équipements et les dispositifs sensibles contre les dommages, et de permettre au circuit de fonctionner sans interférence.

(1) Les dispositifs de protection contre les surtensions sont divisés en trois niveaux
Le premier niveau de protection permet d'évacuer le courant de foudre direct ou l'énergie considérable transmise lorsqu'un éclair frappe directement une ligne de transport d'énergie. Ce premier niveau de protection est constitué d'un parafoudre triphasé à découpage, dont le flux de foudre ne doit pas être inférieur à 60 kA. Il est généralement utilisé dans les réseaux de distribution.
Le but du deuxième étage est de limiter davantage la tension résiduelle après le passage par le parafoudre du premier étage à 1 500-2 000 V et d'assurer l'équipotentialité de la connexion entre LPZ1 et LPZ2. Lorsque la sortie du parafoudre de puissance provenant de la ligne de l'armoire de distribution est utilisée comme protection de deuxième niveau, un parafoudre de puissance limiteur de tension doit être employé, et sa capacité de courant de foudre ne doit pas être inférieure à 20 kA.

Le troisième niveau de protection a pour but de protéger définitivement l'équipement et de réduire la tension résiduelle à moins de 1 000 V. Il s'agit d'un parafoudre de puissance à limitation de tension en série, dont la capacité de courant de foudre ne doit pas être inférieure à 10 kA. Ce niveau est généralement utilisé pour les équipements de distribution électrique terminaux.
Les différents systèmes de distribution doivent sélectionner des dispositifs de protection contre les surtensions correspondants, qui peuvent être divisés en TN (TN-S, NC, TN-CS), it et TT.

1) Protection primaire
L'objectif est d'empêcher la surtension de se propager directement de la zone lpz0 à la zone lpz1, et de limiter la surtension de plusieurs dizaines de milliers à plusieurs centaines de milliers de volts à 2500-3000 V.
Lorsqu'un parafoudre est installé côté basse tension d'un transformateur domestique et utilisé comme protection de premier niveau, il doit s'agir d'un parafoudre triphasé à découpage, dont le flux de foudre ne doit pas être inférieur à 60 kA. Ce type de parafoudre doit être un modèle haute capacité, connecté entre chaque phase de la ligne d'arrivée, à l'entrée du réseau électrique de l'utilisateur, et la terre. Le professeur Di, spécialiste des cours en ligne de conception électrique, exige généralement que ce type de parafoudre ait une capacité de coupure maximale supérieure à 100 kA par phase et une tension limite inférieure à 1 500 V ; on parle alors de parafoudre de classe I. Ces parafoudres électromagnétiques sont conçus pour résister aux forts courants de foudre et de foudre induite, et pour absorber les surtensions de haute énergie, afin de dévier une grande partie de ces courants vers la terre. Ils ne fournissent que la tension limite (lorsque le courant d'impulsion traverse le parafoudre, la tension maximale sur la ligne est appelée tension limite) en tant que protection de niveau moyen, car le protecteur de niveau classe absorbe principalement le courant de surtension important et ne peut à lui seul protéger complètement les équipements électriques sensibles à l'intérieur du système d'alimentation.

Le parafoudre de première puissance peut empêcher les ondes de foudre de 10 / 350 µs et 100 kA, atteignant ainsi la norme de protection la plus élevée spécifiée par la CEI.
La référence technique est la suivante : le flux de foudre est supérieur ou égal à 100 kA (10 / 350 µs) ; la valeur de la tension résiduelle ne doit pas être supérieure à 2,5 kV ; le temps de réponse est inférieur ou égal à 100 ns.
2) Protection secondaire
L'objectif est de limiter davantage la valeur de la surtension résiduelle à travers le parafoudre de premier niveau à 1500-2000 V et de mettre en œuvre une connexion équipotentielle pour lpz1-lpz2.
Lorsque le parafoudre de puissance issu de la ligne du coffret de distribution est utilisé comme protection de second niveau, un parafoudre limiteur de tension doit être installé au niveau du point de distribution alimentant les équipements électriques critiques ou sensibles. Sa capacité de courant de foudre ne doit pas être inférieure à 20 kA. Selon M. Di, formateur en ligne spécialisé en conception électrique, ces parafoudres de puissance absorbent efficacement l'énergie résiduelle des surtensions traversant le parafoudre situé à l'entrée de l'alimentation de l'utilisateur et offrent une excellente protection contre les surtensions transitoires.

Le parafoudre utilisé doit posséder une capacité d'impulsion maximale supérieure à 45 kA par phase et une tension limite inférieure à 1 200 V ; il s'agit d'un parafoudre de classe II. En règle générale, un système d'alimentation électrique de niveau II est suffisant pour le fonctionnement des équipements électriques.
Le protecteur de classe C est adopté pour le parafoudre d'alimentation de classe II pour la protection en mode complet des phases I, II et III, et les principaux paramètres techniques sont les suivants : la capacité de courant de foudre est supérieure ou égale à 40 kA (8 / 20 µs) ; la valeur de crête de la tension résiduelle ne doit pas dépasser 1000 V ; le temps de réponse ne doit pas dépasser 25 ns.

3) Protection de troisième niveau
L'objectif est de protéger définitivement l'équipement en réduisant la tension de surtension résiduelle à moins de 1000 V, afin que l'énergie de surtension puisse endommager l'équipement.
Lorsque le parafoudre installé à l'extrémité d'arrivée de l'alimentation CA d'un équipement d'information électronique est utilisé comme protection de troisième niveau, il doit s'agir d'un parafoudre à limitation de tension en série, et sa capacité de courant de foudre ne doit pas être inférieure à 10 kA.
Enfin, un parafoudre intégré peut être utilisé dans l'alimentation interne des équipements électriques afin d'éliminer complètement les surtensions transitoires de faible amplitude. Selon M. Di, qui dispense des cours en ligne de conception électrique, la capacité de choc maximale du parafoudre utilisé doit être de 20 kA par phase ou moins, et la tension limite requise inférieure à 1 000 V. Pour certains équipements électroniques particulièrement critiques ou sensibles, une protection de niveau 3 est nécessaire afin de protéger également l'équipement électrique contre les surtensions transitoires générées en interne. Pour les alimentations redresseuses utilisées dans les équipements de communication micro-ondes, les stations de base mobiles et les radars, il convient de sélectionner des parafoudres pour alimentation CC adaptés à la tension de service, en fonction des exigences de protection de leur tension de fonctionnement.

4) Selon le niveau de tension de tenue de l'équipement protégé
Si la protection contre la foudre à deux niveaux permet de limiter la tension en dessous du niveau de tension de tenue de l'équipement, une protection à deux niveaux suffit. Si le niveau de tension de tenue de l'équipement est faible, une protection à quatre niveaux ou plus peut être nécessaire. Le pouvoir de coupure du quatrième niveau de protection contre la foudre ne doit pas être inférieur à 5 kA.
(2) Pourquoi un fusible et un disjoncteur doivent-ils être installés devant un protecteur de surtension ?
Lorsque le courant d'appel traversant le parafoudre dépasse son IMAX, ce dernier se détériore et provoque un court-circuit. Pour interrompre ce court-circuit, il est nécessaire d'installer un disjoncteur ou un fusible. Selon M. Di, qui dispense des cours en ligne de conception électrique, chaque impact de foudre contribue au vieillissement du parafoudre. Par exemple, si le courant persiste longtemps, le parafoudre surchauffe et accélère son vieillissement. Dans ce cas, le système de protection thermique du disjoncteur ou du fusible doit intervenir pour couper le parafoudre avant qu'il n'atteigne la température maximale admissible.

Exigences relatives aux parafoudres pour les fusibles et les disjoncteurs : lors de l’application de 20 impulsions de test standard de 8/20 µs et 1,2/50 µs sous courant nominal, le disjoncteur ou le fusible ne se déclenche pas. En cas de défaillance du parafoudre et de court-circuit, le disjoncteur ou le fusible intervient. Si le parafoudre est un module à découpage, son mode de défaillance étant un circuit ouvert, il peut être protégé sans disjoncteur ni fusible miniature.
Le fusible et le disjoncteur peuvent tous deux servir de protection supérieure contre les surtensions. Caractéristiques du fusible : le fusible offre deux fonctions de protection : la protection contre les surintensités et la protection contre les courants de fuite à la terre. M. Di, professeur en ligne de conception électrique, l'utilise respectivement pour la protection contre les surcharges et les courts-circuits ; autrement dit, le fusible doit être remplacé après avoir fondu. Caractéristiques du disjoncteur : le disjoncteur offre une protection contre les courants de fuite à la terre et une protection thermique contre les surcharges. Après une coupure, il peut être réarmé manuellement sans remplacement de composants.
Il convient de tenir compte de la différence entre les lignes d'arrivée : un parafoudre 440 V doit être choisi pour un système triphasé 280 V à cinq fils ou un système triphasé 380 V à quatre fils. Un parafoudre 220 V doit être choisi pour un système monophasé 220 V à deux fils ou un système monophasé 220 V à trois fils. De plus, il est important de noter que le niveau de protection du parafoudre choisi est de niveau 2 pour le système triphasé 280 V sur la ligne d'arrivée du bâtiment résidentiel ; il est de niveau 3 pour le système monophasé 220 V.
Une fois que la ligne du système TN-CS pénètre dans le tableau de distribution principal du bâtiment, la ligne de raccordement est divisée en ligne N et ligne PE. Il est uniquement nécessaire d'installer un parafoudre entre la ligne de phase I et la ligne de raccordement.
L'interrupteur situé en façade du parasurtenseur permet de sélectionner le fusible ou le disjoncteur. En général, il convient de choisir un fusible de 40 à 63 A pour une intensité maximale (IMAX) supérieure à 40 kA et un disjoncteur de 20 à 32 A pour une IMAX inférieure à 40 kA.

(3) Un protecteur de surtension et un parafoudre sont-ils la même chose ?
Bien que les parafoudres et les protecteurs de surtension aient tous deux pour fonction de prévenir les surtensions, notamment les surtensions dues à la foudre, leurs applications présentent néanmoins de nombreuses différences.
1) Les parafoudres ont plusieurs niveaux de tension, allant de la basse tension de 0,38 kV à l'ultra-haute tension de 500 kV, tandis que les dispositifs de protection contre les surtensions n'ont généralement que des produits basse tension ;

2) Les parafoudres sont généralement installés sur le système primaire pour empêcher l'invasion directe de l'onde de foudre, tandis que les protecteurs de surtension sont généralement installés sur le système secondaire, ce qui constitue une mesure supplémentaire après que le parafoudre a éliminé l'invasion directe de l'onde de foudre ou lorsque le parafoudre n'élimine pas l'onde de foudre ;

3) Le parafoudre est utilisé pour protéger les équipements électriques, et le protecteur de surtension est principalement utilisé pour protéger les instruments ou compteurs électroniques ;
4) Le parafoudre étant raccordé au réseau électrique principal, il doit présenter une isolation externe performante et des dimensions importantes. En revanche, le protecteur de surtension, raccordé au réseau basse tension, peut être de très petite taille.