Les protecteurs de surtension sont des dispositifs cruciaux dans les systèmes électriques, utilisés pour supprimer les tensions anormalement élevées et assurer la sécurité de l'isolation des équipements. Leur principe de fonctionnement est basé sur une modification rapide de leurs caractéristiques d'impédance lorsque la tension augmente anormalement, guidant ou limitant l'énergie de surtension dans une plage sûre, empêchant ainsi la rupture de l'isolation ou les dommages thermiques à l'équipement protégé. Il s’agit essentiellement d’un dispositif de protection qui utilise des éléments non linéaires et des mécanismes de transfert d’énergie pour obtenir un serrage dynamique de la tension.
Le fonctionnement d’un parasurtenseur peut être divisé en deux étapes : le blocage normal et la conduction anormale. Dans des conditions normales de fonctionnement du système, la tension se situe dans la plage nominale et les composants centraux à l'intérieur du protecteur-généralement des varistances à oxyde métallique (MOV), des varistances en carbure de silicium ou des espaces de décharge-présentent des caractéristiques d'impédance élevées, ce qui entraîne un courant de fuite minimal qui n'a presque aucun impact sur le fonctionnement du système. À l'heure actuelle, le protecteur équivaut à un circuit ouvert, n'affectant pas la transmission et la distribution normales de l'énergie électrique.
Lorsque le système rencontre des conditions anormales telles que des coups de foudre, des opérations de commutation, une résonance ou une augmentation de la tension à fréquence industrielle, la tension dépasse momentanément ou continuellement le seuil défini et les caractéristiques d'impédance du protecteur changent radicalement. En prenant MOV comme exemple, sa microstructure est constituée de grains d'oxyde de zinc et d'une couche limite de grains. Sous une tension de fonctionnement normale, la couche limite des grains maintient une résistance élevée. Cependant, lorsque la tension dépasse la tension de la varistance, la barrière de la couche limite des grains se brise et la résistance chute rapidement, formant un canal à faible -résistance qui se rapproche d'un court-circuit. La surintensité générée par la surtension est dérivée par ce canal et la majeure partie de l'énergie est détournée vers la mise à la terre ou le circuit de limitation via le protecteur, limitant ainsi la tension de crête appliquée à l'équipement protégé dans la plage autorisée et protégeant l'isolation des dommages.
Les mécanismes de conduction des différents types de protecteurs varient. Les tubes à décharge à gaz utilisent l'ionisation d'un gaz inerte interne sous haute tension pour former une décharge d'arc, permettant une conduction rapide et une décharge de courant de surtension, adaptée aux applications à impact de courant élevé-. Les espaces de décharge reposent sur l'air ou le vide entre les deux électrodes pour former un chemin d'arc lorsque la tension dépasse la résistance au claquage ; la structure est simple mais la réponse est légèrement plus lente. Les varistances en carbure de silicium s'appuient sur les caractéristiques non linéaires du matériau pour conduire en cas de surtension, offrant une forte résistance aux chocs mais un courant de fuite plus élevé que les MOV. Dans les produits réels, deux composants ou plus sont souvent combinés pour équilibrer la vitesse de réponse, la capacité de courant et le niveau de tension résiduelle.
Lors de la décharge d'énergie, le protecteur est simultanément soumis à des effets thermiques et électrodynamiques. Pour éviter une surchauffe des composants due à une surintensité continue, de nombreux protecteurs sont équipés de déclencheurs thermiques ou de fusibles. Une fois qu'une température anormale ou une accumulation excessive d'énergie est détectée, le circuit de protection peut être automatiquement déconnecté pour éviter d'endommager l'équipement et fournir une indication claire de l'état.
En général, le principe de fonctionnement des parasurtenseurs est basé sur le changement caractéristique de tension -courant des composants non linéaires. Lorsqu'une tension anormalement élevée apparaît, elle conduit et détourne rapidement l'énergie, limitant la tension à un niveau sûr et déconnectant le circuit si nécessaire pour éviter les dommages thermiques. Ce mécanisme le rend irremplaçable dans la protection contre la foudre, la suppression des surtensions de commutation et la coordination de l'isolation du système, créant ainsi une barrière de protection cruciale pour les équipements électriques et la sécurité électrique.
