COMMENT DIMENSIONNER LA NOTE KA DE VOTRE SPD : LA STRATÉGIE DU ‘GARDIEN’ (PRINCIPAL OU SECONDAIRE)

1. Le problème : quand votre “protection” échoue

Vous avez tout fait correctement. Votre installation dispose d'un service principal robuste de 400 ampères. Votre salle de serveurs héberge des données critiques. Votre ligne de production est remplie d'automates programmables et de variateurs de fréquence sensibles. Puis, un mardi après-midi, un coup de foudre à proximité ou un événement de commutation du service public envoie un pic de tension massif sur la ligne. En moins d'une seconde, c'est le chaos. Le SPD du panneau principal, une unité que vous pensiez adéquate, tombe en panne de façon catastrophique. La surtension se propage, grillant les cartes de contrôle, corrompant les données et provoquant un arrêt brutal des opérations. Les dégâts sont estimés à des dizaines, voire des centaines de milliers de dollars en matériel et en perte de productivité.

Le pire ? Vous disposiez d'un parasurtenseur pour l'ensemble de l'installation. Mais il était mal dimensionné. Il s'agissait peut-être d'un dispositif de type 2 de faible intensité installé à l'entrée de service, un endroit qui exige un dispositif de type 1 de forte intensité. Il a tout simplement été dépassé, sa capacité de coupure étant insuffisante pour faire face à l'énergie brute de la surtension entrante. Ce scénario dévastateur met en lumière un aspect essentiel, souvent mal compris, de la protection électrique : tous les dispositifs de protection contre les surtensions (DPS) ne sont pas créés égaux, et les DPS ne sont pas tous des dispositifs de protection contre les surtensions. où l'installation d'un DOCUP est tout aussi importante que l'installation d'un DOCUP. ce que que vous installez.

Le secret de la protection contre les surtensions réside dans le fait que de nombreuses installations sont dimensionnées sans stratégie claire 1. Un électricien peut installer un appareil standard de milieu de gamme sans analyser la position de l'établissement dans la hiérarchie électrique. Cette approche unique est un pari. Le problème du pouvoir de coupure, c'est-à-dire la capacité d'un disjoncteur à gérer sans défaillance une surtension massive à haute énergie, est fondamentalement différent selon qu'il s'agit du branchement principal ou d'un panneau de dérivation situé en aval. Pour le résoudre, il faut une stratégie.

2. Le concept de gardien : Une stratégie de défense multicouche

Pour protéger correctement une installation, il faut cesser de penser à un seul parasurtenseur et commencer à penser en termes d'équipe de sécurité coordonnée. Il s'agit de la Stratégie du gardien. Imaginez que votre système électrique soit un bâtiment de haute sécurité. Il n'y aurait pas qu'un seul garde à la porte d'entrée, mais plusieurs niveaux de sécurité.

Le premier gardien : Le DOCUP de type 1 à l'entrée du service

À l'entrée principale de votre bâtiment, vous avez besoin d'un redoutable gardien - un videur capable de faire face aux plus grandes menaces. C'est votre DOCUP de type 1. Installé au niveau du branchement principal, ce dispositif constitue la première ligne de défense contre les surtensions externes à haute énergie, telles que celles provoquées par des coups de foudre directs ou à proximité. .

• Rôle : Le rôle du gardien principal est d'absorber et de détourner la plus grande partie de l'énergie de la vague. Il est conçu pour la puissance brute, pas pour la précision délicate.
• Analogie : Il s'agit en quelque sorte du principal poste de contrôle de sécurité d'un aéroport. Il est conçu pour accueillir des foules massives (haute énergie) et arrêter les menaces les plus évidentes.
• KA typique : Ces SPD ont des valeurs nominales en kA très élevées, généralement de l'ordre de 100kA à 300kA ou plus par phase. Ce classement indique leur capacité massive de traitement de l'énergie.

Les gardiens secondaires : Les DOCUP de type 2 dans les comités de branche

Une fois l'entrée principale franchie, la sécurité est toujours nécessaire aux différents étages ou dans les pièces sensibles. Il s'agit de vos DOCUP de type 2, les gardiens secondaires. Installés sur les panneaux et sous-panneaux de distribution qui alimentent les charges critiques, leur rôle est fondamentalement différent. Ils gèrent l'énergie de surtension résiduelle que le SPD de type 1 laisse passer, ainsi que les surtensions générées par le SPD de type 1. à l'intérieur de l'installation à partir d'équipements tels que les moteurs et les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation.

• Rôle : Le rôle du contrôleur secondaire est de “brider” la tension résiduelle jusqu'à un niveau sans danger pour les composants électroniques sensibles. Il est conçu pour la précision.
• Analogie : Il s'agit de l'agent de sécurité muni d'un lecteur de carte magnétique à l'extérieur de la salle des serveurs. Ils ne sont pas en train d'arrêter une émeute ; ils contrôlent l'accès et gèrent des menaces plus petites et localisées.
• KA typique : Ces SPD ont des valeurs nominales modérées en kA, souvent de l'ordre du 40kA à 200kA gamme. Ils n'ont pas besoin de la force brute d'un type 1, mais doivent être suffisamment robustes pour leur emplacement.

Cette approche en couches, connue sous le nom de “protection en cascade” ou “protection en profondeur”, est la pierre angulaire d'une protection efficace contre les surtensions. Un seul disjoncteur surdimensionné au niveau du panneau principal ne peut pas protéger contre les surtensions générées en interne, ni réduire la tension à un niveau suffisamment bas pour les appareils électroniques sensibles situés loin en aval. La stratégie Gatekeeper garantit que les menaces sont gérées à chaque point critique du système.

3. Comprendre les valeurs de KA : Puissance et précision

La valeur nominale en kA (kiloampères) est la spécification la plus discutée, et la plus mal comprise, d'un dispositif de protection solaire. Nombreux sont ceux qui pensent qu'un indice kA plus élevé signifie automatiquement une meilleure protection. Il s'agit là d'une simplification excessive et dangereuse. L'indice kA ne définit pas en premier lieu l'intensité de la protection. tension qui protège votre équipement ; il définit les caractéristiques du SPD. capacité de traitement de l'énergie et durée de vie. Il s'agit d'une mesure de la quantité de courant de surtension que l'appareil peut dériver vers la terre, et du nombre de fois qu'il peut le faire avant que ses composants ne se dégradent.

L'histoire de deux formes d'onde : 10/350μs vs. 8/20μs

La différence entre un SPD de type 1 et de type 2, et donc leurs exigences en matière de kA, réside dans le type de surtension auquel ils sont conçus pour résister. Ce type de surtension est défini par des formes d'ondes de test normalisées.

• 10/350μs Waveform (The Sledgehammer) : Cette forme d'onde est utilisée pour tester Type 1 DOCUP. Il simule l'énergie massive d'un coup de foudre direct. Le chiffre “10” représente une augmentation de 10 microsecondes jusqu'au courant de crête, et le chiffre “350” représente une longue décroissance de 350 microsecondes jusqu'à la moitié de la valeur de crête. Cette longue durée contient une immense énergie (chaleur par effet Joule), et un dispositif de protection solaire doit avoir un indice kA très élevé et une capacité thermique robuste pour y survivre. C'est pourquoi les “Primary Gatekeepers” de type 1 doivent avoir des valeurs nominales de 200 kA, 300 kA ou plus. Ils sont conçus pour survivre à des événements catastrophiques.
• 8/20μs Forme d'onde (le scalpel) : Cette forme d'onde est utilisée pour tester Tes DOCUP de type 2. Elle représente les surtensions beaucoup plus courtes et rapides causées par les coups de foudre indirects ou les commutations internes de l'équipement. Le temps de montée est plus rapide (8 microsecondes), mais le temps de descente est beaucoup plus court (20 microsecondes). Bien que le courant de pointe puisse encore être élevé, l'énergie totale est beaucoup moins importante que la forme d'onde de 10/350μs. Les “Secondary Gatekeepers” de type 2 sont conçus pour traiter avec précision ces événements plus fréquents et de moindre énergie.

Conseil de pro : Ne surdimensionnez pas pour le plaisir. L'installation d'un disjoncteur de 400 kA sur un petit panneau de dérivation ne constitue pas une “meilleure” protection ; c'est souvent un gaspillage d'argent. L'essentiel est de faire correspondre la valeur nominale en kA et le type du disjoncteur à son emplacement dans le système électrique. Comme le souligne un guide d'experts, “le plus grand n'est pas toujours le meilleur. La taille doit être adaptée à la charge”. .

La “règle des 3-2-1” : Une ligne directrice pratique

Sur la base de cette stratégie Gatekeeper, une règle empirique largement acceptée est apparue pour les DOCUP en cascade, parfois appelée la “règle 3-2-1”. .

• 300 kA : Pour les entrée de service (panneau principal), où le système est exposé aux surtensions externes les plus importantes.
• 200 kA : Pour les principaux panneaux de distribution qui alimentent des sous-panneaux critiques.
• 100 kA : Pour panneaux de dérivation ou des panneaux alimentant des groupes d'équipements critiques spécifiques.

Cette règle constitue un point de départ simple et solide pour la conception d'un système de protection par couches qui applique correctement les notations KA des DOCUP en fonction de leur position en tant que gardiens.

4. Méthode de sélection étape par étape : Le cadre en quatre étapes du contrôleur de l'accès à l'information

Le dimensionnement d'un SPD ne doit pas se faire au hasard. En suivant une approche structurée, vous pouvez vous assurer que chaque couche de votre système électrique dispose du niveau de protection approprié. Voici un cadre pratique en quatre étapes pour la mise en œuvre de la stratégie Gatekeeper.

Étape 1 : Identifier la position de votre circuit (principal ou dérivé)

Il s'agit là d'une étape fondamentale. Avant d'examiner les spécifications d'un SPD, il faut déterminer à quel endroit de la hiérarchie électrique se trouve le panneau.

• S'agit-il de l'entrée de service ? Si le panneau est le premier point de déconnexion après le compteur d'électricité, il doit être équipé d'un système d'alarme. Primary Gatekeeper (SPD de type 1). Cet appareil doit être capable de gérer des surtensions externes de haute énergie.
• S'agit-il d'un panneau de distribution ou de dérivation ? Si le panneau est situé en aval du branchement principal (par exemple, un sous-panneau pour un étage, une ligne de production ou une zone de bureaux), il doit être doté d'une Gardien d'accès secondaire (SPD de type 2). Son rôle est de gérer les surtensions résiduelles et les transitoires générés en interne.

Étape 2 : Adapter le SPD au calibre du disjoncteur principal

Une fois la position identifiée, un bon point de départ pour déterminer le SPD kA nécessaire est la taille du disjoncteur principal alimentant ce panneau. Un disjoncteur plus grand implique une plus grande capacité de puissance et potentiellement un courant de défaut disponible plus élevé, ce qui nécessite un SPD plus robuste.
Bien qu'il ne s'agisse pas d'une science parfaite, les fabricants fournissent des tableaux qui établissent une corrélation entre le calibre des disjoncteurs et les spécifications recommandées pour les disjoncteurs de sécurité. Cela permet de s'assurer que la capacité de protection du disjoncteur est alignée sur la capacité du circuit. .

Par exemple, une ligne directrice générale pourrait ressembler à ceci :

• Disjoncteur principal > 630A : Nécessite un SPD de type 1 très résistant, souvent avec un dispositif de déconnexion de 200 A. A 250-300kA Le DOCUP est approprié dans ce cas.
• Disjoncteur principal 200A - 400A : Un hybride robuste de type 1 ou de type 1+2 convient. A 125-200kA Le DOCUP serait un choix standard.
• Disjoncteur principal 63A - 100A : C'est le cas typique d'un panneau de dérivation. Un SPD de type 2 dans le 80-120kA offre une excellente protection.
• Disjoncteur principal < 63A : Pour les sous-panneaux plus petits ou les applications au point d'utilisation, un DOCUP de type 2 ou de type 3 dans la zone d'installation de l'appareil. 40-80kA est suffisante.

Conseil de pro : Ces valeurs sont des points de départ. Dans les endroits à haut risque comme la Floride ou les zones où le réseau est instable, il est judicieux de choisir une valeur de kA située dans la partie supérieure de la plage recommandée pour une taille de disjoncteur donnée. Cela permet d'allonger la durée de vie du disjoncteur, qui sera exposé à des surtensions plus fréquentes.

Étape 3 : Assurer une bonne coordination

La coordination est essentielle au bon fonctionnement de la stratégie Gatekeeper. Le SPD en amont (type 1) doit avoir une capacité de traitement de l'énergie suffisamment élevée pour protéger le SPD en aval (type 2). Si le gatekeeper primaire est trop faible, une surtension importante peut le détruire et continuer à détruire les gardiens secondaires.

Une bonne coordination signifie qu'il faut s'assurer que le disjoncteur de type 1 situé au niveau du branchement a une valeur nominale en kA nettement supérieure à celle des disjoncteurs de type 2 situés au niveau des sous-panneaux. La règle 3-2-1 est une forme de coordination précalculée. En outre, il doit y avoir une distance suffisante (généralement au moins 10 mètres ou 30 pieds de fil) entre les dispositifs de type 1 et de type 2. Cette longueur de fil fournit une impédance qui permet aux deux appareils de fonctionner ensemble de manière efficace. Si cette distance ne peut être respectée, il peut être nécessaire d'utiliser un dispositif hybride de type 1+2, spécialement conçu pour la coordination dans un seul boîtier.

Étape 4 : Vérifier le niveau de protection de la tension (Up / VPR)

Après vous être assuré que le SPD a la bonne valeur en kA pour survivre une surtension, vous devez vérifier qu'elle a la bonne puissance pour protéger votre équipement. Il s'agit du Indice de protection contre la tension (VPR) ou Niveau de protection de la tension (vers le haut). Cette valeur, exprimée en volts, indique la tension maximale que le dispositif de protection solaire laissera passer vers l'équipement protégé.

Plus c'est bas, mieux c'est.

Une valeur élevée de kA ne sert à rien si la tension de passage est trop élevée pour vos appareils électroniques sensibles. Par exemple, un automate ou un ordinateur peut être endommagé par des tensions aussi faibles que quelques centaines de volts.

• Pour les panneaux alimentant des appareils électroniques sensibles, recherchez un VPR de 600V ou moins.
• Pour les équipements de branchement, un RPV légèrement plus élevé peut être acceptable, mais il est essentiel que les appareils de type 2 en aval aient un RPV beaucoup plus bas.

Une erreur fréquente consiste à se concentrer uniquement sur l'indice KA du SPD. L'objectif ultime est la protection de l'équipement, qui est déterminée par le VPR. Un disjoncteur bien dimensionné possède à la fois une valeur kA suffisante pour son emplacement et un VPR suffisamment bas pour l'équipement qu'il protège. .

5. En bref : Tableaux comparatifs professionnels

Pour simplifier la sélection, ces tableaux présentent les principales différences et recommandations basées sur la stratégie Gatekeeper.

Tableau 1 : Spécifications des disjoncteurs pour circuit principal (type 1) et pour circuit de dérivation (type 2)

Tableau 2 : Valeur nominale en kA recommandée en fonction du calibre du disjoncteur (ligne directrice)

Ce tableau fournit un point de départ pratique pour faire correspondre votre contrôleur de fermeture secondaire (SPD de type 2) au disjoncteur principal du panneau de dérivation. (Adapté des données du fabricant).

Tableau 3 : Comparaison de la technologie des composants (MOV vs. GDT vs. hybride)

Les composants internes déterminent les caractéristiques de performance d'un DOCUP.

6. Plongée en profondeur : L'intérieur des gardiens (MOV, GDT & Hybrid Tech)

La valeur nominale en kA d'un SPD est directement liée à la technologie qu'il contient. Les deux principaux composants sont le varistor à oxyde métallique (MOV) et le tube à décharge (GDT).

Varistance à oxyde métallique (MOV) : La réponse rapide

Le MOV est le composant le plus courant dans les SPD modernes. Il s'agit d'une résistance non linéaire qui agit comme un commutateur incroyablement rapide. Sous tension normale, il présente une résistance très élevée et est pratiquement invisible pour le circuit. Lorsque la tension dépasse son seuil de serrage, sa résistance tombe à près de zéro en quelques nanosecondes, déviant ainsi le courant de surtension nocif vers la terre 4.

• La force : Vitesse. Les MOV sont extrêmement rapides, ce qui les rend idéaux pour amortir les surtensions à montée rapide typiques des événements de commutation interne.
• Faiblesse : Durée de vie. Chaque surtension absorbée par un MOV entraîne une légère dégradation. Au fil du temps, après de nombreuses surtensions, sa tension de serrage peut chuter, ou il peut tomber en panne. C'est pourquoi une valeur nominale de kA plus élevée, qui utilise souvent des MOV plus grands ou multiples, peut conduire à une durée de vie plus longue.

Tube à décharge (GDT) : Le poids lourd

Un GDT est un dispositif simple et robuste, généralement un tube en céramique rempli d'un gaz inerte. Deux électrodes sont séparées par un petit espace. À une tension normale, le gaz est un isolant. Lorsqu'une surtension se produit, elle ionise le gaz, créant un chemin conducteur (un arc) qui peut dériver d'énormes quantités de courant vers la terre. .

• La force : Force brute. Les GDT peuvent supporter d'immenses courants de surtension, bien plus qu'un MOV de taille similaire, et ils ne se dégradent pas de la même manière à l'usage.
• Faiblesse : Vitesse. Ils sont plus lents à réagir que les MOV. Il y a un bref moment avant la formation de l'arc où une surtension peut passer.

Conceptions hybrides (GDT/MOV) : La solution d'élite

Reconnaissant les forces et les faiblesses de chacun, les SPD à haute performance utilisent souvent une conception hybride qui combine un GDT et un MOV. Dans cette configuration, le GDT est placé devant le MOV.

• Comment cela fonctionne-t-il ? Lorsqu'une surtension massive survient, le GDT joue le rôle de gardien principal, en dérivant la majeure partie du courant à haute énergie. Le MOV, protégé de l'énergie la plus destructrice, est alors libre de faire ce qu'il fait le mieux : réagir instantanément pour bloquer la tension résiduelle restante à un niveau très bas. Cette conception offre la résistance à la force brute d'un GDT avec le serrage rapide et précis d'un MOV, ce qui assure une protection supérieure et une durée de vie beaucoup plus longue.

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Un SPD typique de type 1 à haut kA, qui utilise souvent une technologie hybride robuste à l'intérieur.

7. Meilleures pratiques d'installation : Ne paralysez pas votre contrôleur d'accès

Même le DOCUP le plus cher et le mieux dimensionné peut être rendu inutile par une mauvaise installation. Le facteur le plus critique est longueur du fil.

Un dispositif de protection contre les surtensions fonctionne en détournant le courant de surtension. Ce courant doit partir de la barre de bus du panneau, passer par les fils du dispositif de protection contre les surtensions, traverser le dispositif de protection contre les surtensions lui-même et atteindre la barre de terre. Chaque pouce de fil ajoute une inductance, ce qui crée une chute de tension. Lors d'une surtension rapide, cette tension supplémentaire provenant de longs fils en boucle peut augmenter la tension de passage de centaines de volts, annulant ainsi les qualités protectrices du disjoncteur.

Points clés pour une installation correcte :

• Les pistes doivent être aussi courtes et directes que possible. C'est la règle d'or. La longueur totale du câble (du conducteur de phase au SPD au neutre/à la terre) devrait idéalement être inférieure à 0,5 mètre (20 pouces). 6.
• Torsader les conducteurs ensemble. Le fait de torsader ensemble les fils de phase et de neutre/masse permet d'annuler l'inductance et de réduire davantage les dépassements de tension.
• Éviter les virages serrés. Préférez les courbes douces aux angles aigus à 90 degrés.
• Connexion directe au bus de panneau. Dans la mesure du possible, connectez le SPD directement aux barres omnibus du panneau plutôt qu'aux bornes d'un disjoncteur. Cela permet d'obtenir le chemin le plus direct et le plus faible en impédance.
• Assurer une connexion solide à la terre. La qualité du SPD dépend de sa connexion à la terre. Vérifiez qu'il existe un chemin à faible résistance vers le système d'électrodes de mise à la terre de votre installation.

8. Foire aux questions (FAQ)

Q1 : Un indice SPD kA plus élevé est-il toujours préférable ?\
R : Pas nécessairement. La valeur nominale en kA doit être adaptée à l'emplacement du disjoncteur. Un SPD massif de 300 kA sur un petit panneau de dérivation est exagéré et non rentable. Il est plus important d'avoir un système coordonné d'appareils correctement dimensionnés à chaque niveau (principal ou secondaire) que d'avoir un seul appareil surdimensionné.

Q2 : Qu'est-ce qui est le plus important, l'indice de protection en kA ou l'indice de protection en tension (EPT) ?\
R : Ils sont tous deux essentiels, mais pour des raisons différentes. L'un et l'autre sont essentiels, mais pour des raisons différentes. kA nominal garantit que le DOCUP peut survivre l'énergie de surtension à son emplacement. Les VPR garantit que votre l'équipement survit en définissant la quantité de tension qui passe. Un disjoncteur de puissance élevée avec un VPR élevé survivra, mais votre équipement risque de ne pas survivre. Choisissez d'abord une valeur de kA pour la survie, puis choisissez le VPR le plus bas disponible pour cette valeur afin de maximiser la protection.

Q3 : Puis-je me contenter d'installer un grand SPD de type 1 sur le panneau principal ?\
R : Cela n'est pas recommandé. Bien qu'un SPD de type 1 soit essentiel pour gérer les surtensions externes importantes, il ne peut pas protéger contre les surtensions générées par un système d'alimentation électrique. à l'intérieur de votre installation (moteurs, etc.). En outre, son VPR peut ne pas être suffisamment bas pour protéger les appareils électroniques sensibles situés loin du panneau. Une approche en couches, “en cascade”, avec des dispositifs de type 2 en aval est le seul moyen d'obtenir une protection complète. .

Q4 : Comment savoir si mon DOCUP doit être remplacé ?\
R : La plupart des dispositifs de protection solaire modernes sont dotés de voyants ou de drapeaux indicateurs d'état. Le vert signifie généralement que l'appareil est actif et qu'il assure une protection. Si le voyant est éteint ou rouge, ou si une alarme se déclenche, cela indique généralement que les composants de protection se sont sacrifiés et que l'unité (ou un module) doit être remplacée immédiatement.

Q5 : Un DPS protégera-t-il mon bâtiment contre un coup de foudre direct ?\
R : Un disjoncteur de type 1 est conçu pour gérer le courant de surtension d'une à proximité ou ligne de transport d'électricité la foudre. Cependant, aucun SPD ne peut fournir une protection 100% contre un coup direct sur la structure elle-même. Les parafoudres sont l'un des composants d'un système complet de protection contre la foudre (LPS), qui comprend également des paratonnerres et des conducteurs de mise à la terre, tels que définis dans des normes comme la norme UL 96A.