Parafoudre Type 1 ou Type 2 : différences et choix

• Pourquoi comparer les parafoudres de type 1 et de type 2 ?
• Classification IEC 61643-11 : définition des types 1 et 2
• Formes d’onde d’essai : 10/350 μs et 8/20 μs expliquées
• Emplacements d’installation dans les réseaux basse tension
• Niveau de protection (Up) : signification et comparaison
• Tableau comparatif des paramètres des SPD de type 1 et de type 2
• Protection en cascade : coordination des types 1 et 2
• Scénarios d’application : quel type choisir ?
• Points à vérifier lors de la sélection
• Questions fréquentes
• Résumé

Le choix d’un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) pour l’alimentation CA est essentiel à la protection des réseaux de distribution basse tension en milieu industriel. Ce guide compare les SPD de type 1 et de type 2 définis par l’IEC 61643-11, notamment leurs formes d’onde d’essai, leurs emplacements d’installation, leurs niveaux de protection et leurs scénarios d’application, afin d’aider les ingénieurs à prendre une décision adaptée.

Pourquoi comparer les parafoudres de type 1 et de type 2 ?

Dans les installations industrielles, les surtensions transitoires provoquées par la foudre et les manœuvres électriques peuvent se propager dans les réseaux basse tension et affecter les équipements sensibles. Les parafoudres limitent ces tensions transitoires et dérivent le courant de surtension à l’écart des charges protégées. Toutefois, tous les SPD CA ne sont pas soumis aux mêmes essais ; choisir un type inadapté peut entraîner une protection insuffisante ou des coûts inutiles.

La norme IEC 61643-11 classe les SPD pour réseaux CA selon différentes classes d’essai, parmi lesquelles les types 1 et 2 sont les plus couramment utilisés dans les installations industrielles basse tension. Comprendre leurs différences, notamment en matière d’énergie de la forme d’onde, d’emplacement et de niveau de protection, constitue la base d’un choix pertinent. Cet article s’appuie également sur la gamme de parafoudres pour alimentation CA fabriquée par Cresin conformément à l’IEC 61643-11.

Classification IEC 61643-11 : définition des types 1 et 2

Selon l’IEC 61643-11, la classe d’essai d’un SPD indique la forme d’onde normalisée du courant de surtension à laquelle il a été évalué, et non simplement sa valeur de courant assignée. Cette classification aide à déterminer l’emplacement prévu du dispositif dans une structure de zones de protection contre la foudre (LPZ).

SPD de type 1 (essai de classe I) est soumis à une onde de courant impulsionnel de 10/350 μs, qui simule la part du courant de foudre susceptible de pénétrer dans l’installation électrique d’un bâtiment après un impact direct sur le système extérieur de protection contre la foudre. Les dispositifs de type 1 sont généralement installés à l’origine de l’installation, le plus souvent dans le tableau principal, où ils dérivent une partie du courant de foudre vers le réseau de terre.

SPD de type 2 (essai de classe II) est soumis à un courant nominal de décharge (In) et à un courant maximal de décharge (Imax) avec une onde de 8/20 μs. Cette onde représente les surtensions plus brèves dues aux effets indirects de la foudre et aux manœuvres de commutation. Les SPD de type 2 sont généralement installés dans les tableaux divisionnaires ou plus près des équipements terminaux, afin de limiter davantage l’énergie résiduelle après la protection amont.

Remarque : une troisième catégorie, le type 3 (essai de classe III), est testée avec une onde combinée de plus faible énergie et destinée à la protection au niveau des prises ou des équipements terminaux. Elle peut compléter une cascade type 1/type 2, mais ne fait pas partie de cette comparaison.

Formes d’onde d’essai : 10/350 μs et 8/20 μs expliquées

La différence entre les formes d’onde 10/350 μs et 8/20 μs est un point central de la comparaison entre les SPD de type 1 et de type 2, car elle est directement liée à l’énergie que le dispositif doit supporter.

Une onde 10/350 μs atteint son maximum en environ 10 microsecondes et décroît jusqu’à la moitié de sa valeur en environ 350 microsecondes. Cette longue durée implique une charge totale et une énergie spécifique (intégrale d’action) nettement supérieures à celles d’une onde plus courte ayant la même valeur de crête. C’est pourquoi l’essai de type 1 utilise le courant impulsionnel Iimp, caractérisé par la charge transférée Q et l’énergie spécifique W/R, plutôt qu’une simple valeur de courant de crête.

Une onde 8/20 μs atteint son maximum en environ 8 microsecondes et décroît jusqu’à la moitié de sa valeur en environ 20 microsecondes. Même si le courant de crête d’un essai de type 2 peut être numériquement proche ou supérieur à une valeur Iimp de type 1, l’énergie totale reste beaucoup plus faible en raison de la durée nettement plus courte. Lors de la comparaison des fiches techniques, il faut donc examiner la forme d’onde et non les seules valeurs de courant de crête.

Cette différence d’énergie influence le choix des composants. Un SPD de type 1 utilise généralement des composants capables d’absorber une énergie élevée, comme des éclateurs ou des associations de varistances MOV à haute énergie. Un SPD de type 2 repose le plus souvent sur des varistances à oxyde métallique optimisées pour un format compact adapté aux tableaux divisionnaires.

Emplacements d’installation dans les réseaux basse tension

L’emplacement d’un SPD de type 1 ou de type 2 dépend étroitement de sa classe d’essai. Le concept de zones de protection contre la foudre (LPZ), défini dans l’IEC 62305, fournit un cadre pour placer les SPD aux limites des zones et réduire progressivement le niveau de menace à mesure que l’on se rapproche des équipements sensibles.

Un SPD de type 1 est généralement installé à la limite entre l’environnement extérieur (LPZ 0) et l’installation intérieure (LPZ 1), c’est-à-dire au tableau principal ou au point d’arrivée de l’alimentation. C’est à cet endroit qu’une partie du courant de foudre peut pénétrer dans le réseau ; le SPD dérive alors la majeure partie de cette énergie vers le système de mise à la terre.

Un SPD de type 2 est généralement installé à la limite entre LPZ 1 et LPZ 2, par exemple dans les tableaux divisionnaires alimentant les circuits de charge. À ce stade, la protection amont a déjà atténué une partie de la surtension et le dispositif de type 2 limite davantage la tension résiduelle. Dans de nombreuses installations industrielles, une approche combinée — type 1 à l’origine puis type 2 en aval — constitue une protection coordonnée à plusieurs niveaux.

L’efficacité d’un SPD dépend également de la longueur des conducteurs de raccordement et de sa coordination avec les dispositifs voisins. Des conducteurs trop longs peuvent ajouter une chute de tension inductive pendant la surtension et dégrader le niveau de protection réellement appliqué à la charge. Cette règle concerne aussi bien les installations de type 1 que celles de type 2.

Niveau de protection (Up) : signification et comparaison

Le niveau de protection Up correspond à la tension résiduelle mesurée aux bornes du SPD lorsqu’il conduit le courant nominal de décharge. Une valeur Up plus faible signifie généralement qu’une tension moindre atteint l’équipement protégé. Pour assurer une protection efficace, Up doit rester inférieur à la tension assignée de tenue aux chocs Uw de l’équipement, avec une marge de sécurité appropriée.

Comme les SPD de type 1 doivent supporter des impulsions 10/350 μs de plus forte énergie, leur valeur Up au courant impulsionnel assigné peut être relativement supérieure à celle d’un SPD de type 2 testé sous 8/20 μs. Un type 1 utilisé seul peut donc ne pas suffire pour protéger des équipements sensibles ; un type 2 en aval est souvent ajouté afin d’obtenir une tension résiduelle plus faible. Lors de la comparaison des fiches techniques, la valeur Up doit toujours être associée au courant et à la forme d’onde d’essai correspondants.

Un autre paramètre important est la tension maximale de fonctionnement permanent Uc, c’est-à-dire la tension permanente que le SPD peut supporter sans entrer en conduction. Une Uc adaptée à la tension nominale du réseau contribue à la fiabilité à long terme. Par exemple, dans un réseau TN-S 230/400 V, une Uc de 385 V ou plus est couramment choisie pour des SPD CA de type 2 tels que la série CSMS-B40, disponible pour des réseaux CA 385 V, 420 V ou 440 V.

Tableau comparatif des paramètres des SPD de type 1 et de type 2

Le tableau ci-dessous résume les principales différences entre les SPD CA de type 1 et de type 2 selon l’IEC 61643-11 et fournit une référence pratique pour la sélection d’un parafoudre.

Protection en cascade : coordination des types 1 et 2

Dans de nombreuses installations industrielles, un seul niveau de SPD ne permet pas de traiter efficacement toutes les menaces. Une architecture en cascade — type 1 dans le tableau principal, puis un ou plusieurs types 2 dans les tableaux divisionnaires — permet à chaque étage de traiter l’énergie correspondant à son emplacement tout en réduisant progressivement la tension résiduelle transmise aux équipements terminaux.

Pour que cette cascade fonctionne correctement, la coordination entre les étages est essentielle. Si les SPD amont et aval ne sont pas coordonnés, le dispositif aval peut conduire plus de courant que prévu et s’user prématurément. La coordination dépend de Up et Uc de chaque appareil, de la longueur du câble entre les étages et des caractéristiques de la surtension. Des éléments de découplage ou une longueur de câble suffisante — souvent de l’ordre de 10 mètres selon les appareils — sont utilisés pour favoriser un partage correct de l’énergie.

Lorsque les deux fonctions sont nécessaires au même endroit, des dispositifs combinés type 1+2, testés selon les exigences des classes I et II, peuvent simplifier la spécification. Ils possèdent à la fois une valeur Iimp et des valeurs In/Imax, ce qui leur permet de servir de protection à l’origine de l’installation ou d’étage haute capacité dans un tableau divisionnaire, selon la conception du réseau.

Scénarios d’application : quel type choisir ?

Le choix d’un type 1, d’un type 2 ou d’une combinaison dépend des caractéristiques propres à l’installation. Les scénarios industriels suivants illustrent l’approche de sélection.

Scénario A — Site équipé d’un système extérieur de protection contre la foudre. Lorsqu’un bâtiment est équipé d’un système extérieur de protection contre la foudre dans une zone où l’activité orageuse est importante, un SPD de type 1 dans le tableau principal est généralement recommandé pour traiter la part du courant de foudre susceptible d’entrer par l’alimentation. Un étage de type 2 dans les tableaux divisionnaires renforce ensuite la protection des charges sensibles.

Scénario B — Site industriel sans système extérieur de protection contre la foudre. Lorsque les principales sources de surtension sont les effets indirects de la foudre et les manœuvres de commutation, les SPD de type 2 dans les tableaux divisionnaires constituent souvent le cœur du dispositif de protection. La nécessité d’un type 1 à l’arrivée doit être déterminée par une analyse de risque selon l’IEC 62305.

Scénario C — Local contenant des équipements sensibles. Dans les installations comportant des équipements à faible tenue aux chocs, tels que des serveurs ou des contrôleurs de précision, une cascade à plusieurs niveaux — type 1 à l’origine, type 2 en distribution secondaire et, dans certains cas, type 3 près de l’équipement — est généralement appliquée afin d’obtenir une valeur Up faible aux bornes de l’appareil.

Pour les projets nécessitant une évaluation combinée du type de SPD, de Uc, de Up et de la configuration des pôles selon le schéma de mise à la terre, l’équipe technique Cresin propose une assistance à la sélection. Vous pouvez nous contacter pour obtenir des recommandations adaptées à une installation précise ou consulter les solutions de protection contre les surtensions pour la distribution électrique pour découvrir des configurations de référence.

Points à vérifier lors de la sélection

Lors de la comparaison de SPD de type 1 et de type 2, plusieurs points doivent être examinés.

• Comparer uniquement les courants de crête sans tenir compte de la forme d’onde. Un Imax de 40 kA en 8/20 μs et un Iimp de 25 kA en 10/350 μs ne sont pas directement équivalents, car leur contenu énergétique est très différent. La sélection doit se fonder sur la classe d’essai concernée, et non sur la seule valeur de crête.
• Négliger la relation entre Up et Uw de l’équipement. Up doit être évalué au niveau de courant correspondant à l’exposition de l’installation et coordonné avec la tension de tenue aux chocs de l’équipement.
• Longueur des conducteurs et pratiques de câblage. Une longueur excessive des conducteurs de raccordement peut ajouter une tension inductive pendant la surtension et augmenter le niveau de protection effectif aux bornes de la charge.
• Coordination de la protection amont. Les SPD nécessitent une protection amont contre les surintensités adaptée — dispositif de déconnexion dédié, fusible ou disjoncteur correctement dimensionné — afin de les isoler en toute sécurité en fin de vie. Consultez les recommandations IEEE sur la protection contre les surtensions ainsi que les sections applicables de l’IEC 61643-11.

Résumé

Les SPD CA de type 1 et de type 2 remplissent des fonctions complémentaires dans les réseaux industriels basse tension. Les dispositifs de type 1, testés avec le courant impulsionnel 10/350 μs défini par l’IEC 61643-11, sont destinés à l’origine de l’installation lorsque du courant de foudre partiel peut y pénétrer. Les dispositifs de type 2, testés avec une onde 8/20 μs, sont installés dans les tableaux divisionnaires afin de limiter la tension résiduelle qui atteint les équipements. Le choix entre ces solutions, ainsi que la nécessité d’une cascade, dépend de l’exposition à la foudre, de la présence d’un système extérieur de protection, de la tenue aux chocs des équipements et d’une analyse de risque propre au site.

En évaluant conjointement la forme d’onde d’essai, l’emplacement, le niveau de protection Up et le scénario d’application — au lieu de se fier à un seul paramètre — les ingénieurs peuvent sélectionner un SPD CA conformément à l’IEC 61643-11 et aux besoins réels de leur installation.