Protections surtensions

Les surtensions

Les surtensions peuvent provenir, pour les pires, de la foudre (jusqu'à ≃ 10 GigaJoules) et des décharges électrostatiques à l'opposé pour les plus faibles (quelques milliJoules).
Une autre origine est la brutale rupture de chargeLiées aux caractéristiques des lignes (inductances...) elles interviennent lorsqu'un fort consommateur est brutalement déconnecté. Faibles en ΔU (par rapport à la foudre ou aux électrostatiques), elles sont d'une énergie moyenne : effet flicker
réseau !


Voici la forme moyenne de l'enveloppe d'une surtension, un premier pic suivi d'un amortissement dégressif.
Seuls les parasurtenseurs les plus rapides peuvent intervenir dès la violente montée en tension notamment lors du premier front, mais concernant l'absorption de l'énergie totale, seuls quelques-uns peuvent l'assurer sans être systématiquement détruits.

Protections sur pylônes électriques HT

Les pylônes HT Haute Tension sont équipés de plusieurs protections :

• Fil(s) d'équipotentialitéÉquipotentiel = au même potentiel.
  Relier électriquement les pylônes entre eux permet de répartir sur plusieurs poteaux la charge électrique à écouler.
  Par ailleurs ce(s) fil(s) peuvent 'attirer' l'éclair et protéger les phases...
  
  Ici tout en haut au sommet (câble de garde)
• ÉclateursLa continuité électrique est assurée par des bretelles alors que les disques de verre (≃ 15 à 20 kV par disque) isolent chaque phase du pylône qui, lui, est relié à la terre. Si la foudre touche une phase, celle-ci va subir une violente différence de potentiel par rapport au pylône.
  Les anneaux à chaque extrémité des isolateurs vont amorcer et décharger ce surplus de tension électrique. entre les lignes et le poteau

Ces éclateurs limitent l'évolution des tensions entre phases et terre en les contenant à des valeurs acceptables pour le réseau.
Nous allons voir comment la terre est utilisée en distribution basse tension pour se prémunir des 'potentiels flottantsNon référencé, un élément conducteur (carcasse, fil...) sera soumis à un potentiel non maîtrisé et potentiellement dangereux !'.

NB : Les lignes électriques HTLa Haute Tension utilise des fils nus !
Il existe quelques cas de 20 kV isolé, auquel cas les 3 fils sont torsadés ne sont pas isolées.

Éclateur à gaz

L'éclateur à gaz est basé sur le principe des éclateurs des pylônes électriques, en plus précis. Il est robuste en offrant une bonne durabilité mais reste le parasurtenseur le moins précis (tension maximale avant amorçage) et le plus lent ce qui le rend incapable de protéger une électronique sensible (informatique...)...
Il était installé autrefois sur les lignes téléphoniques (tel le modèle bleu à gauche), les extrémités à la paire torsadée, le milieu à la terre (et donc masse en régime TT domestique) locale des particuliers.
Souvent les 'hotlines' ADSL les ont fait retirer car, à cause de leur capacité parasite, ils ralentissent le débit... Datasheet éclateur.

La varistance ou VDR

La varistance ou VDRVoltage Dependent Resistor en anglais est devenue un composant très précis et très utilisé : lignes électriques ferroviaires, arrivées HT dans une usine et blocs parafoudreBloc parafoudre de tableau électrique :

chez les particuliers.
Elle existe aussi en tant que composant électronique présent dans bien des alimentations à découpage (ordinateurs, variateurs, filtres blindés, comme les composants bleus à gauche sur la photo...)


Comme le montre la courbeEn ordonnées, vertical : l'impédance,
en abscisse, horizontal : la tension de droite : elle oppose une résistance en vert quasiment infinie jusqu'à sa tension limite, après quoi celle-ci tend vers 0 écrêtant  la surtension, comme le montre le schéma du centre ! Datasheet varistance.

Diode transil (TVS)

Le transil est proche d'une diode Zener mais optimisé pour une grande rapidité d'action et une énergie absorbée en pointe très élevée, il existe en unidirectionnel et bidirectionnel.
Extrêmement rapide (quelques ns voire ps en unidirectionnel), il est le seul apte à protéger les électroniques sensibles mais sa capacité d’absorption reste limitée ce qui le rend fragile. Idéalement on le complète d'une VDR ou éclateur en amont, au TGBTTableau général basse tension, tableau électrique de la zone, ou de l'habitation pour les particuliers et il protégera au plus prèsAu plus près : sur les cartes électroniques et les lignes de données (Ethernet, USB, téléphone...). Les prises et multiprises parafoudres utilisent, elles, surtout des varistances, parfois associées à des transils :

Le voyant signale l'état de la protection, un fusible interne protège l'amont le matériel sensible.
Le composant se met en court-circuit (interdisant toute tension) :
Un fusible ou disjoncteur est donc obligatoirement placé en amont. Datasheet transil.