Que sont les surtensions

En général, une surtension est une onde transitoire de courant, de tension ou de puissance dans un circuit électrique. Dans les systèmes d’alimentation en particulier – et c’est probablement le contexte le plus courant auquel nous associons les surtensions – une surtension, ou transitoire, est une surtension de sous-cycle d’une durée inférieure à un demi-cycle de la forme d’onde de tension normale. Une surtension peut être de polarité positive ou négative, peut être additive ou soustractive de la forme d’onde de tension normale, et est souvent oscillatoire et décroissante avec le temps.

Les surtensions, ou transitoires, sont de brèves pointes de surtension ou des perturbations sur un forme d’onde de puissance qui peut endommager, dégrader ou détruire les équipements électroniques dans toute maison, bâtiment commercial, industriel ou installation de fabrication. Les transitoires peuvent atteindre des amplitudes de dizaines de milliers de volts. Les surtensions sont généralement mesurées en microsecondes.

Chaque équipement électrique est conçu pour fonctionner à une tension nominale spécifiée telle que 120 Vca, 240 Vca, 480 Vca, etc. La plupart des équipements sont conçus pour gérer des variations mineures de leur tension de fonctionnement nominale standard, cependant, les surtensions peuvent être très dommageables pour presque tous les équipements.

Sources internes:

• Commutation des charges électriques

  La mise en marche et l’arrêt et le fonctionnement de certaines charges électriques – que ce soit en raison d’opérations intentionnelles ou non – peuvent être une source de surtensions dans le système électrique. Les surtensions de commutation ne sont pas toujours immédiatement reconnues ou perturbatrices en tant que surtensions générées de l’extérieur, mais elles se produisent beaucoup plus fréquemment. Ces surtensions de commutation peuvent être perturbatrices et endommager les équipements au fil du temps. Ils se produisent dans le cadre des opérations quotidiennes.

  Les sources de surtensions de commutation et d’oscillations comprennent:

  • Fonctionnement des contacteurs, relais et disjoncteurs
  • Commutation des batteries de condensateurs et des charges (comme la correction du facteur de puissance)
  • Décharge des dispositifs inductifs (moteurs, transformateurs, etc.)
  • Démarrage et arrêt des charges
  • Défaut ou amorçage d’arc
  • Défauts d’arc (terre)
  • Dépannage ou interruption
  • Récupération du système électrique (après une panne)
  • Connexions lâches

• Couplage magnétique et inductif

  Chaque fois qu’un courant électrique circule, un champ magnétique est créé. Si ce champ magnétique s’étend à un deuxième fil, il induira une tension dans ce fil. C’est le principe de base sur lequel fonctionnent les transformateurs. Un champ magnétique dans le primaire induit une tension dans le secondaire. Dans le cas d’un câblage de bâtiment adjacent ou à proximité, cette tension est indésirable et peut être de nature transitoire.

  Exemples d’équipements pouvant provoquer un couplage inductif: ascenseurs, chauffage, ventilation et systèmes de climatisation (CVC avec variable variateurs de fréquence) et les ballasts de lumière fluorescente, les photocopieurs et les ordinateurs.

• Électricité statique

  Décharge électrostatique (ESD) les phénomènes, ou statiques, peuvent générer des champs électromagnétiques sur une large gamme de fréquences allant jusqu’à une gamme de gigahertz faible. Le terme événement ESD comprend non seulement le courant de décharge, mais également les champs électromagnétiques et les effets corona avant et pendant une décharge. L’ESD entraîne un transfert soudain de charge entre des corps de potentiels électrostatiques différents. Les décharges électrostatiques induites sur la distribution électrique contiennent beaucoup de bruit haute fréquence.

  Un événement de décharge électrostatique peut provoquer un dysfonctionnement de l’équipement ainsi que des dommages physiques. Le dysfonctionnement de l’équipement peut inclure la corruption des données et le blocage de l’équipement. Les dommages physiques peuvent inclure des dommages matériels et même la mort. Afin d’obtenir une immunité ESD significative, la conception d’un système complet
  doit être considérée, à la fois pour la décharge directe et pour les champs.

  La tension minimale nécessaire pour qu’une personne soit consciente l’implication dans une décharge électrostatique est d’environ 3000 V.Néanmoins, les décharges électrostatiques qui se produisent en dessous de ce seuil de perception humaine peuvent contenir suffisamment d’énergie pour perturber ou endommager les équipements électroniques. En fait, les pentes initiales plus rapides des formes d’onde de courant qui résultent d’événements ESD à ces faibles niveaux de tension peuvent rendre ces décharges encore plus perturbatrices que les événements ESD provenant de tensions plus élevées.

  La tension sur un corps humain ou sur un objet mobile peut varier considérablement d’un environnement à l’autre. Il peut rester bien en dessous de 5 kV dans des situations d’humidité contrôlée impliquant uniquement des matériaux antistatiques ou dissipatifs statiques. Elle peut aller de 5 kV à 15 kV dans des environnements à faible humidité avec des matériaux synthétiques. L’équipement victime se trouve à proximité immédiate de l’événement ESD et peut être perturbé ou endommagé par les champs électromagnétiques générés par la décharge entre l’intrus et le récepteur.

Sources externes:

La source la plus reconnaissable de surtensions générées à l’extérieur de l’installation est la foudre. Bien que la foudre puisse être quelque peu rare dans certaines régions, les dommages qu’elle peut causer à une installation peuvent être catastrophiques. D’autres zones sont soumises à des orages et à la foudre beaucoup plus fréquemment.

Les surtensions qui sont le résultat de la foudre peuvent provenir soit d’un contact direct de la foudre avec le système électrique des installations, soit, plus communément, d’un éclair indirect ou proche qui induit des surtensions électriques sur les systèmes d’alimentation ou de communication. Les deux scénarios peuvent endommager immédiatement le système électrique et / ou les charges connectées.

D’autres sources externes de surtensions incluent la commutation du réseau et de la batterie de condensateurs initiée par le service public. Pendant le fonctionnement du réseau électrique, le service public peut avoir besoin de commuter l’alimentation électrique vers une autre source ou d’interrompre temporairement le flux d’énergie vers ses clients pour aider à éliminer un défaut du système. C’est souvent le cas en cas de branche d’arbre tombée ou de petit animal provoquant un défaut sur la ligne. Ces coupures de courant provoquent des surtensions lorsque le courant est déconnecté puis reconnecté aux charges du client.

Des perturbations de la qualité de l’alimentation peuvent être délivrées pendant le fonctionnement normal du système d’alimentation électrique. Les services publics d’électricité produisent de l’électricité à partir d’un certain nombre d’installations de production d’électricité et allouent l’électricité à des réseaux spécifiques d’utilisateurs. Étant donné que l’équipement utilisé pour produire de l’énergie fonctionne le plus efficacement à une vitesse constante, les services publics ajustent l’allocation de l’énergie, plutôt que d’apporter des ajustements constants à l’équipement de production de la centrale électrique. Lorsque les services publics commutent l’alimentation électrique d’un réseau à un autre, des perturbations électriques se produisent, y compris des transitoires ou des pics, et des conditions de sous et de surtension. Ces activités entraîneront l’introduction de transitoires dans un système et peuvent se propager dans l’équipement de l’utilisateur final et peuvent causer des dommages ou des perturbations opérationnelles.

Pour plus d’informations sur ces sujets et d’autres qui sont importants à prendre en compte pour la protection contre les surtensions périphériques, voir IEEE Std. C62.41.1-2002 et IEEE Std. C62.72-2007 qui figurent sur la page Règlements et normes de ce site Web.