Une surtension se produit suite à un impact direct ou indirect de la foudre et provoque des commutations au niveau des appareils électriques, qui peuvent occasionner des pics de tension de plus de 1000 volts, ce qui met hors service les appareils électriques raccordés. Les appareils électriques victimes de telles surtensions sont le plus souvent remplacés par les assurances – la perte de temps de ces installations, qui dure jusqu’à la remise en état et entraîne souvent des coûts considérables, n’est toutefois que rarement couverte par l’assurance. En tenant compte de cet aspect, il est vivement recommandé de définir un concept de protection contre la foudre et les surtensions. Car seul un tel concept protège parfaitement les terminaux électriques de tels dommages – ainsi que les propriétaires des coûts en résultant.
Impact de foudre et surtensions transitoires
Les utilisateurs d’appareils électroniques ainsi que de systèmes de communication et informatiques doivent pouvoir assurer à tout moment le fonctionnement opérationnel de leurs installations – également en cas d’impact de foudre ou de pics de tension de courte durée sur les lignes d’alimentation et de données. C’est pourquoi de telles installations doivent être particulièrement protégées, car:
- Les composants électroniques utilisés rendent ces installations plus susceptibles de subir des désagréments.
- Des interruptions de service coûteuses ne sont pas acceptables.
- Les réseaux de transmission de données s’étendent sur de longues distances et domaines et sont souvent soumis à des perturbations.
Les causes des surtensions transitoires sont:
- Foudre
- Pics de tension en raison de commutations générées par les installations industrielles
- Décharges électrostatiques (Electrostatic Discharge, ESD)
- Impulsions électromagnétiques nucléaires (NEMP)
Les surtensions se distinguent par leur amplitude, leur durée et leur fréquence. En effet, une surtension peut avoir différentes causes: elle est d’une part provoquée par un impact de foudre et des commutations générées par les installations industrielles. D’autre part, elle est aussi déclenchée par des perturbations d’ESD et de NEMP, qui ont des impacts bien plus spécifiques et sont dus aux effets des nouvelles technologies. Par exemple, l’utilisation massive de semi-conducteurs a conduit à la prédisposition aux perturbations d’ESD, tandis que les perturbations de NEMP sont causées par les armes nucléaires.
Couplage indirect de surtensions
Les couplages de surtensions par des impacts de foudre sont possible de trois manières différentes:
- Impact dans des lignes aériennes
Les lignes aériennes présentent un risque particulièrement élevé d’être touchées par la foudre en raison de leur situation très exposée. Elle détruit d’abord le conducteur partiellement ou en totalité. Ensuite, d’importantes surtensions se forment, qui se propagent via les lignes et finissent par atteindre les installations électriques raccordées à la ligne aérienne. L’étendue des dégâts causés de cette manière dépend de la distance entre le point d’impact et l’emplacement des installations touchées.
- Augmentation du potentiel terrestre
La pénétration de la foudre dans le sol provoque une augmentation du potentiel terrestre, qui varie selon l’intensité de la foudre et l’impédance de terre locale. Dans une installation reliée à plusieurs points de mise à la terre (par exemple un raccordement entre bâtiments), un impact de foudre entraîne une très grande différence de potentiel, ce qui provoque la destruction des appareils raccordés aux réseaux touchés, ou altère fortement leur fonctionnement.
- Rayonnement électromagnétique
En ce qui concerne le rayonnement électromagnétique, un éclair peut être considéré comme une antenne d’un kilomètre de haut, qui conduit un courant d’impulsions de plusieurs dizaines de kiloampères et émet des champs électromagnétiques tout aussi forts (avec des intensités de champ de plusieurs kV/m à une distance de plus d’un kilomètre). Ces champs induisent des tensions et des courants élevés dans les lignes posées dans les installations électriques ou à proximité. Les valeurs en résultant dépendent de la distance de l’impact de foudre et des caractéristiques physiques du raccordement.
Surtensions générées par l’activité industrielle
Ce terme regroupe des phénomènes provoqués par la mise sous et hors tension de sources d’énergie électriques.
Les surtensions générées par l’activité industrielle proviennent de
- Processus de commutation de charges inductives telles que des moteurs ou des transformateurs
- Couplages de tensions de déclenchement d’éclairages HID conventionnels
- Commutation de circuits avec des charges inductives ou capacitives
- Déclenchement de fusibles et de disjoncteurs de protection
- Conditions de défaut indésirables dans le réseau de distribution
Ces phénomènes provoquent des transitoires de plusieurs kilovolts avec des temps de montée de l’ordre de quelques microsecondes, ce qui altère le fonctionnement d’appareils dans les réseaux auxquels la source de perturbation est raccordée.
Impacts de la surtension
- Décharges électriques de jonctions semi-conductrices
- Destruction des connexions de fils de liaison de composants
- Conducteurs ou raccords de circuits imprimés défectueux
- Mise hors service de triacs ou de thyristors en raison de valeurs dV/dt élevées.
Dysfonctionnements
- Fonctionnement non défini de portes logiques, thyristors et triacs
- Suppression de contenus de mémoires
- Erreurs ou plantages de programmes
- Erreurs de données et de transmission
Vieillissement prématuré
Même si les composants soumis à des surtensions ne tombent pas immédiatement en panne, cette charge nuit à leur durée de vie.