Causes des surtensions

Surtension : de quoi s'agit-il exactement ? D'où proviennent les surtensions ? Comment arrivent-elles dans vos appareils et installations ? Vous vous êtes probablement déjà posé ces questions. Les pages suivantes vous fourniront des informations détaillées concernant la technologie de protection antisurtension.

Causes

Les surtensions n'apparaissent que durant une fraction de seconde. C'est la raison pour laquelle on les appelle aussi tensions transitoires, ou plus simplement : transitoires. Elles se caractérisent par des temps de montée très courts, de quelques microsecondes, avant de retomber plus lentement (durée pouvant atteindre 100 microsecondes).

Les surtensions sont générées par les événements suivants :

Le terme technique pour une décharge de coup de foudre est LEMP. Il signifie Lightning Electromagnetic Pulse.

Les coups de foudre lors d'un orage engendrent des surtensions transitoires extrêmement élevées. Elles atteignent des valeurs beaucoup plus importantes que celles causées par des manœuvres ou des décharges électrostatiques. Toutefois, comparativement aux autres causes, elles se produisent plus rarement.

Les manœuvres sont désignées par l'abréviation SEMP. Cette expression signifie Switching Electromagnetic Pulse.

Dans ce contexte, les manœuvres englobent la connexion de machines puissantes ou les courts-circuits dans le réseau électrique. Les câbles concernés par de telles circonstances connaissent des modifications très importantes du courant en quelques fractions de seconde.

L'abréviation ESD (Electrostatic Discharge) désigne une décharge électrostatique.

En cas de contact ou de rapprochement entre des corps présentant un potentiel électrostatique différent, il se produit une transmission de la charge électrique. Exemple typique : une personne se charge en électricité en marchant sur un tapis, puis se décharge sur un objet métallique mis à la terre (comme une rampe métallique).

Types de couplage

Les surtensions peuvent atteindre les circuits électriques de différentes manières. Les types de couplage y font référence.

Couplage galvanique (gauche), couplage inductif (centre) et couplage capacitif (droite)

Couplage galvanique (gauche), couplage inductif (centre) et couplage capacitif (droite)

Cette notion désigne les surtensions qui se manifestent directement au sein d'un circuit électrique. Elles se produisent en cas de coups de foudre, par exemple. Les courants de foudre de forte amplitude provoquent alors une surtension au niveau de la résistance de terre du bâtiment concerné.

Tous les câbles raccordés au niveau de l'équipotentialité centrale subissent cette tension. Une tension est également générée au niveau des conducteurs traversés par le courant de foudre. Elle peut essentiellement être attribuée, en raison de la grande raideur du courant, au pourcentage inductif de la résistance des câbles. La loi sur l'induction (u0 = L x di/dt) constitue une base de calcul.

Ce processus se produit sous l'effet du champ magnétique d'un conducteur parcouru par le courant selon le principe du transformateur. Le couplage direct d'une surtension provoque, dans le conducteur concerné, un courant de choc avec des valeurs de croissance élevées.

Simultanément, un champ magnétique d'une intensité aussi élevée se forme autour de ce conducteur (comme dans l'enroulement primaire d'un transformateur). Le champ magnétique induit une surtension dans les autres câbles se trouvant dans sa zone d'influence (comme dans l'enroulement secondaire d'un transformateur). Cette surtension parvient jusqu'à l'appareil raccordé, en suivant la ligne.

Ce type de couplage résulte, en principe, du champ électrique entre deux points présentant une grande différence de potentiel. Un coup de foudre produit un potentiel élevé via la dérivation d'un paratonnerre. Un champ électrique se forme entre la dérivation et les autres parties présentant un potentiel plus faible.

Il peut s'agir, par exemple, de l'alimentation et de la transmission de signaux ou d'appareils se trouvant dans le bâtiment. Le champ électrique entraîne un transfert de charge. Cela provoque une augmentation de la tension, voire une surtension, dans les appareils et câbles concernés.

Sens d'action des surtensions

Les surtensions s'exercent dans deux directions au sein des circuits électriques influencés.

Tension en mode commun (gauche) et en mode différentiel (droite)

Tension en mode commun (gauche) et en mode différentiel (droite)

En cas de perturbation, les tensions en mode commun [UL] apparaissent à cause de surtensions ou de tensions perturbatrices à haute fréquence entre les conducteurs actifs et la terre. Les termes « asymétrique » et « common mode » sont également utilisés.

Les tensions asymétriques représentent d'abord un danger pour les composants situés entre les potentiels actifs et la terre ainsi que pour l'isolation entre les potentiels actifs et la terre. Des claquages se produisent sur les circuits imprimés ou entre les équipements électriques sous tension et les pièces de boîtier mises à la terre.

En cas de perturbation, les tensions en mode différentiel [UQ] apparaissent à cause de surtensions ou de tensions perturbatrices à haute fréquence entre les conducteurs actifs d'un circuit électrique. Les termes « symétrique » et « differential mode » sont également utilisés.

Les surtensions symétriques représentent un danger pour l'entrée de tension et l'entrée de signal des appareils et interfaces. Elles engendrent une surcharge directe qui endommage l'équipement électrique concerné dans l'alimentation ou des composants de traitement des signaux.

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