What Is a Surge Protective Device (SPD)? A Complete Guide to Types, Working Principles, and Selection

Qu'est-ce qu'un parasurtenseur (SPD) ?

Un parasurtenseur (SPD) est un dispositif de protection électrique conçu pour limiter les surtensions transitoires et dériver les courants de surtension. Dans des conditions normales de fonctionnement, le SPD reste dans un état de haute impédance et n'a que peu ou pas d'effet sur le système électrique. Lorsque la foudre, la commutation du réseau, le démarrage et l'arrêt de moteurs ou d'autres événements transitoires provoquent une élévation soudaine de la tension de ligne, le SPD passe rapidement à un état conducteur de faible impédance. Cela fournit un chemin de décharge pour le courant de surtension tout en limitant la tension résiduelle atteignant les équipements en aval, réduisant ainsi le risque de claquage d'isolation, de dommages aux composants électroniques, de défaillance d'équipement et d'arrêts imprévus.

La conception, les essais de performance et l'application pratique des SPD doivent être conformes aux normes pertinentes. IEC 61643-11 spécifie les exigences de performance et les méthodes d'essai pour les parasurtenseurs connectés aux réseaux d'alimentation en courant alternatif basse tension, tandis que l'article 242 de la norme NFPA 70, le Code national de l'électricité (NEC), traite de l'application de la protection contre les surtensions dans les installations électriques aux États-Unis. Ces normes fournissent des directives importantes pour les essais, la sélection et l'installation des SPD, contribuant à améliorer la sécurité et la fiabilité des réseaux modernes de distribution d'énergie basse tension.

Qu'est-ce qu'une surtension électrique ?

Une surtension électrique est une pointe de courte durée de tension ou de courant qui se propage à travers un circuit d'alimentation, de commande ou de communication. Elle augmente généralement très rapidement puis décroît sur une période plus longue.
Bien que l'événement puisse ne durer que quelques microsecondes, la tension résultante peut être suffisamment élevée pour endommager l'isolation, les composants électroniques, les équipements de commande et d'autres charges sensibles.
IEC 60050-161 définit une surtension comme une onde transitoire qui se propage le long d'une ligne ou d'un circuit et se caractérise par une montée rapide suivie d'une décroissance plus lente.

Quelles sont les causes des surtensions électriques ?

Les surtensions électriques sont généralement associées à deux sources principales : les événements liés à la foudre et les opérations de commutation au sein du réseau électrique.
La foudre peut introduire des surtensions transitoires par des coups directs, des coups proches ou des tensions induites dans les conducteurs connectés. Les surtensions de commutation peuvent se produire lorsque des moteurs, des transformateurs, des batteries de condensateurs, des contacteurs, des relais ou d'autres charges de forte puissance sont mis sous tension ou déconnectés.
IEC 61000-4-5 fournit des méthodes normalisées pour tester l'immunité des équipements électriques et électroniques contre les surtensions unidirectionnelles causées par les effets de la foudre et les transitoires de commutation du réseau électrique.

COMPARAISON DES SURTENSIONS DE FOUDRE ET DES SURTENSIONS DE COMMUTATION

Paramètre	Surtension de foudre	Surtension de commutation
Formes d'onde typiques	10/350 μs pour le courant de foudre direct ; 8/20 μs pour le courant de surtension induit ; 10/700 μs pour les lignes de communication	Onde de tension 1,2/50 μs et onde de courant 8/20 μs
Fréquence d'apparition	Relativement peu fréquente et principalement associée aux orages	Plus fréquente et peut se produire chaque fois qu'un équipement électrique est allumé ou éteint
Niveau d'énergie	Énergie très élevée, pouvant atteindre des centaines de kilojoules et provoquer des dommages immédiats aux équipements	Énergie généralement plus faible, mais une exposition répétée peut dégrader progressivement les composants
Approche de protection recommandée	SPD de type 1 à l'entrée de service principale, suivi d'une protection contre les surtensions coordonnée en aval	SPD de type 2 ou de type 3 installé dans les tableaux de distribution ou à proximité des équipements sensibles
Plage de surtension typique	De plusieurs kilovolts à des dizaines de kilovolts	De plusieurs centaines de volts à plusieurs kilovolts
Sources courantes	Foudre directe, coups de foudre à proximité, élévation du potentiel de terre et effets de foudre induits	Moteurs, transformateurs, batteries de condensateurs, contacteurs, relais et autres dispositifs de commutation
Impact typique	Rupture d’isolation, amorçage, endommagement des câbles, incendie ou défaillance immédiate de l’équipement	Dégradation des composants électroniques, dysfonctionnement du système de commande, erreurs de données ou réduction de la durée de vie de l’équipement

Comment fonctionne un parasurtenseur ?

Un parasurtenseur (SPD) fonctionne comme une soupape de surpression électrique automatisée et ultra-rapide soupape de décharge de pression électrique.

Dans des conditions normales de réseau, le SPD agit comme un interrupteur ouvert avec une résistance interne (impédance) extrêmement élevée, empêchant toute circulation de courant à travers lui. Cependant, lorsqu’une surtension transitoire (causée par la foudre ou une commutation sur le réseau) pénètre dans le système, le SPD réagit instantanément en quelques nanosecondes, en réduisant sa résistance à une valeur proche de zéro. Cela crée un chemin parallèle sûr qui dévie le courant de surtension massif loin des équipements sensibles et directement vers la terre.

Le processus de travail en 3 étapes

1. État normal (haute impédance) : Lorsque la tension de ligne reste dans les limites opérationnelles normales, les composants internes maintiennent une impédance de plusieurs mégohms. Le SPD reste “ invisible ” pour le circuit et ne laisse passer pratiquement aucun courant de fuite.
2. Événement de surtension (basse impédance instantanée) : Dès qu'une tension transitoire dépasse le seuil d'écrêtage (Uc) du SPD, les éléments internes non linéaires passent d'une résistance élevée à une résistance faible en moins de 25 nanosecondes.
3. Dérivation du courant et réinitialisation (dissipation d'énergie) : L'énergie de surtension est évacuée en toute sécurité par le conducteur de mise à la terre (PE). Une fois que la pointe transitoire s'atténue et que la tension de ligne revient à la normale, les composants internes retrouvent automatiquement leur état de haute impédance, rétablissant ainsi le fonctionnement normal du circuit.

Les composants internes essentiels : MOV vs GDT

Le mécanisme de fonctionnement repose sur des composants électriques non linéaires haute performance intégrés dans le module :

• Varistances à oxyde métallique (MOV) : Le composant le plus largement utilisé dans les SPD de type 2 en courant alternatif et continu. Les MOV présentent une chute brutale de résistance électrique lorsque la tension augmente, offrant des capacités d'absorption d'énergie exceptionnelles et des temps de réponse inférieurs à la nanoseconde.

• Parafoudres à gaz (GDT) : Couramment déployés dans les architectures à éclateur de type 1 ou pour la protection des lignes de communication. Les GDT produisent un amorçage et ionisent le gaz lorsqu'ils sont déclenchés, capables de décharger des courants de foudre élevés sans destruction thermique.

Quels sont les principaux types de dispositifs de protection contre les surtensions ?

Un événement de foudre soudain ou la commutation et le démarrage d'équipements de forte puissance dans une installation industrielle peuvent générer une surtension transitoire de forte amplitude en très peu de temps. De telles surtensions peuvent endommager des contrôleurs coûteux, des serveurs, des variateurs de fréquence et d'autres équipements électroniques sensibles. Dans les cas graves, elles peuvent même entraîner l'arrêt complet d'une ligne de production. Cependant, tous les dispositifs de protection contre les surtensions ne sont pas conçus pour résister aux courants de foudre à haute énergie, et tous les types de SPD ne conviennent pas à une installation au même point du système de distribution électrique.

Un dispositif de protection contre les surtensions peut être compris comme l“” airbag » du système électrique, mais chaque type de SPD a un rôle de protection clairement défini. De la première ligne de défense à l'entrée de service du bâtiment, où les courants de surtension à haute énergie sont dérivés, à la protection intermédiaire dans les tableaux de distribution et à la protection fine à proximité des équipements sensibles, Les SPD de type 1, de type 2 et de type 3 opèrent à différents niveaux du système de protection. De plus, les SPD combinés de type 1+2 intègrent la capacité de décharge des courants de foudre d'un dispositif de type 1 avec la performance de limitation de tension d'un dispositif de type 2 dans une seule unité, ce qui en fait une solution pratique pour les entrées de service et les tableaux de distribution principaux. Une protection efficace contre les surtensions dépend de la sélection et de la coordination de ces dispositifs en fonction du risque du système, de l'emplacement d'installation et de la tenue aux impulsions de l'équipement protégé.

Dispositif de protection contre les surtensions de type 1

Les SPD de type 1 sont des dispositifs de protection primaire installés côté ligne de l'entrée de service principale (entre le secondaire du transformateur du réseau et le sectionneur principal de service).

• Fonction principale : Conçus pour résister aux transitoires à haute énergie causés par les coups de foudre directs ou proches et les commutations du réseau électrique avant que la surtension n'atteigne le tableau de distribution principal.
• Norme d’essai et forme d’onde : Évalué selon les normes IEC 61643 en utilisant la forme d’onde de courant impulsionnel 10/350 μs (Iimp), qui simule des décharges d’énergie à crête élevée.

Parafoudre de Type 1+2 (Type combiné)

Les parafoudres de Type 1+2 (également classés comme Classe I+II) combinent la capacité de décharge d’impulsion à haute énergie d’un dispositif de Type 1 avec le faible niveau de protection en tension (Up) d’un dispositif de Type 2 dans une seule unité compacte.

• Fonction principale : Dérive directement les courants de foudre directs à haute énergie tout en limitant simultanément les transitoires de commutation de faible niveau, offrant une protection continue sans nécessiter de distance de découplage minimale entre des unités distinctes de Type 1 et de Type 2.
• Norme d’essai et forme d’onde : Doublement testé selon les normes IEC 61643 pour les courants impulsionnels 10/350 μs (Iimp) et les courants de décharge nominaux/maximaux 8/20 μs (In / Imax).

Note d’ingénierie：
Une protection efficace contre les surtensions repose sur une protection coordonnée à différents niveaux. Les parafoudres de Type 1 ou de Type 1+2 gèrent les surtensions à haute énergie à l’entrée du système, les parafoudres de Type 2 protègent les circuits de distribution et les parafoudres de Type 3 assurent une protection fine pour les équipements sensibles.

Parafoudres de Type 1, Type 2, Type 3 et Type 1+2 : principales différences

Caractéristique	Parafoudre de Type 1	Parafoudre de Type 1+2	Parafoudre de Type 2	Parafoudre de Type 3
Fonction principale	Dérive le courant de foudre direct	Combine la décharge du courant de foudre et la protection contre les surtensions	Protège contre la foudre induite et les surtensions de commutation	Protection finale pour les équipements sensibles
Emplacement d’installation	Entrée de service	Entrée de service ou tableau de distribution principal	Tableau de distribution principal ou secondaire	À proximité de l’équipement protégé
Forme d'onde d'essai	10/350 μs	10/350 μs et 8/20 μs	8/20 μs	Onde combinée
Paramètres principaux	Iimp, Up	Iimp, In, Imax, Up	In, Imax, Up	Uoc, Up
Étage de protection	Protection primaire	Protection primaire et secondaire	Protection secondaire	Protection finale

Le tableau ci-dessus offre une comparaison rapide des quatre principaux types de parafoudres. En pratique, le choix du parafoudre approprié dépend de l'emplacement de l'installation, du risque d'exposition à la foudre, de la configuration du système et du niveau de protection requis. Dans de nombreuses installations, plusieurs types de parafoudres sont coordonnés pour assurer une protection efficace contre les surtensions dans l'ensemble du système électrique.

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Comment choisir le bon parafoudre (SPD)

Choisir le bon parafoudre (SPD) ne se limite pas à sélectionner le courant de décharge nominal le plus élevé. La tension du système, l'emplacement de l'installation, l'exposition à la foudre, le schéma de mise à la terre et la coordination entre les étages de protection jouent tous un rôle essentiel dans la performance globale de la protection contre les surtensions. L'exemple suivant illustre pourquoi une sélection appropriée du parafoudre est essentielle.

Fin 2023, un violent orage a balayé une usine de fabrication industrielle du centre du Texas. Un coup de foudre direct a frappé la ligne électrique à moins de 200 mètres du poste de distribution principal de l'installation. L'usine disposait d'un parasurtenseur de base installé dans le tableau basse tension principal, ce qui laissait croire à la direction que leurs opérations étaient entièrement protégées.

En quelques millisecondes, la réalité d'une protection incomplète contre les surtensions s'est révélée :

• Perte financière massive : L'impulsion initiale à haute énergie a submergé le protecteur unique du panneau, envoyant une surtension transitoire sévère à travers le réseau de distribution interne.
• Dommages matériels catastrophiques : Plus de 15 variateurs de fréquence (VFD), des dizaines d'automates programmables industriels (PLC), des réseaux de capteurs sensibles et des centres d'usinage CNC informatisés ont subi une rupture immédiate de l'isolation et une défaillance des cartes de circuits imprimés.
• Arrêt de production coûteux et imprévu : Toute la ligne de production automatisée a été mise hors ligne pendant 16 jours, le temps de se procurer les composants de remplacement et de les réintégrer, entraînant plus de 1,2 million de dollars de coûts directs de remplacement du matériel et de perte de productivité opérationnelle.

Une analyse technique judiciaire menée après l'incident a révélé la cause profonde : l'absence de protection en cascade à plusieurs étages. L'installation reposait sur un seul dispositif de protection à l'entrée principale, censé absorber les courants de foudre à haute énergie tout en limitant simultanément les pointes de tension de faible niveau pour les microélectroniques sensibles en aval — une tâche qu'aucun dispositif unique n'est conçu pour accomplir seul.

Les surtensions transitoires — qu'elles soient générées de l'extérieur par des coups de foudre directs ou indirects, ou de l'intérieur par la commutation de charges inductives lourdes — suivent des chemins physiques prévisibles. La protection d'une infrastructure industrielle, commerciale ou résidentielle nécessite une architecture de protection étagée et dégressive définie par des normes internationales reconnues telles que IEC 61643-01 et UL 1449.

Pour choisir le bon parafoudre, plusieurs facteurs clés doivent être pris en compte, notamment le système d'alimentation, la tension de service, le type de parafoudre, le niveau de protection et les exigences d'installation.

Sélection du parafoudre en un coup d'œil

• Étape 1 : Confirmer le système d'alimentation et sélectionner Uc
• Étape 2 : Sélectionner le type de parafoudre en fonction de l'emplacement d'installation et de la zone de protection contre la foudre (LPZ)
• Étape 3 : Déterminer Iimp, In et Imax
• Étape 4 : Vérifier le niveau de protection de tension Up
• Étape 5 : Confirmer le nombre de pôles, le dispositif de déconnexion, la signalisation à distance et la protection de secours
• Étape 6 : Vérifier la coordination énergétique entre plusieurs parafoudres

Les sections suivantes expliquent chaque étape plus en détail et montrent comment ces facteurs influencent le choix du parafoudre.

Étape 1 : Confirmer le système d'alimentation et sélectionner Uc

Réseau électrique	Sélection typique de Uc	Remarque de sélection
Réseau 230/400 V TN-S, TN-C-S ou TT	275 V CA pour la protection L–N	Sélection courante pour les réseaux de distribution standard 230 V CA
Réseau IT 400 V	Sélectionner selon la tension phase-terre la plus élevée possible	La tension par rapport à la terre peut augmenter lors du premier défaut d’isolement
Réseau CC photovoltaïque	Ucpv doit être supérieure à la tension maximale en circuit ouvert du champ photovoltaïque	Tenir compte de l’augmentation de Voc à basse température et de la tension du système, par exemple 600 V, 1000 V ou 1500 V CC

Étape 2 : Sélectionner le type de parafoudre en fonction de l'emplacement d'installation et de la zone de protection contre la foudre (LPZ)

Les types de parafoudres doivent être choisis selon l’emplacement de l’installation, la zone de protection contre la foudre, le risque de courant de foudre et la tenue aux chocs des équipements en aval. Les catégories courantes de parafoudres pour les réseaux basse tension comprennent les parafoudres de type 1, de type 2, de type 3 et les parafoudres combinés type 1+2.

Parafoudre de type 1 – Protection contre le courant de foudre

• Emplacement d'installation : Entrée de service du bâtiment, tableau général basse tension et limite entre LPZ 0 et LPZ 1.
• Fonction principale : Évacue les courants de foudre à haute énergie susceptibles de pénétrer dans l'installation électrique via l'alimentation électrique entrante.
• Paramètres clés : Testé avec une forme d'onde de 10/350 μs. Les valeurs nominales Iimp courantes incluent 12,5 kA, 25 kA et des valeurs supérieures. Le niveau de protection en tension, Up, est généralement d'environ 2,5 kV, selon la conception du produit.
• Applications typiques : Installations industrielles, installations extérieures, grands bâtiments et installations dotées de systèmes de protection externe contre la foudre ou présentant un risque élevé de courants de foudre directs.

Un parafoudre de Type 1 est principalement destiné à gérer l'énergie élevée des courants de foudre. Une protection supplémentaire en aval de Type 2 ou de Type 3 peut encore être nécessaire pour réduire la tension résiduelle atteignant les équipements sensibles.

Parafoudre de Type 2 – Protection contre les surtensions au niveau de la distribution

• Emplacement d'installation : Tableaux de distribution principaux, tableaux de distribution secondaires, panneaux d'alimentation d'atelier et armoires de commande industrielles.
• Fonction principale : Protège contre les surtensions de foudre induites, les transitoires de commutation et l'énergie de surtension résiduelle traversant un parafoudre de Type 1 en amont.
• Paramètres clés : Testé avec une forme d'onde de 8/20 μs. Les valeurs nominales courantes incluent un In de 20 kA et un Imax de 40 à 80 kA. Le niveau de protection en tension, Up, est généralement compris entre 1,5 et 1,8 kV.
• Applications typiques : Bâtiments résidentiels, installations commerciales et systèmes de distribution électrique industriels généraux.

Les parafoudres de Type 2 protègent les systèmes électriques contre les surtensions de foudre induites, les transitoires de commutation et l'énergie de surtension résiduelle traversant un parafoudre de Type 1 en amont.

Parafoudre de Type 3 – Protection finale pour les équipements sensibles

• Emplacement d'installation : À proximité des automates programmables, des variateurs de fréquence, des serveurs, des instruments, des prises de courant et d'autres équipements terminaux sensibles.
• Fonction principale : Limite davantage la surtension résiduelle et assure une protection de dernier niveau pour les équipements électroniques sensibles.
• Paramètres clés : Testé avec une onde combinée. Les principaux paramètres sont Uoc et Up, bien que certains produits puissent également spécifier un courant de décharge nominal.
• Applications typiques : Systèmes d'automatisation, équipements de communication, serveurs, instruments de mesure et autres charges électroniques sensibles.

Les parafoudres de Type 3 ont une capacité de gestion d'énergie limitée et doivent normalement être coordonnés avec un parafoudre de Type 1, de Type 2 ou de Type 1+2 en amont.

Parafoudre combiné Type 1+2 – Protection contre les courants de foudre et les surtensions

• Emplacement d'installation : Entrées de service des bâtiments, tableaux généraux, panneaux de distribution CA pour systèmes photovoltaïques, tableaux de distribution compacts et installations de rénovation.
• Fonction principale : Combine la capacité de décharge des courants de foudre et la limitation des surtensions dans un seul dispositif.
• Paramètres clés : Iimp, In, Imax et Up doivent tous être pris en compte. Les valeurs nominales Iimp courantes incluent 12,5 kA et 25 kA par pôle, tandis que In est généralement de 20 kA ou plus. Les valeurs finales doivent être confirmées selon les spécifications du produit et les exigences du projet.
• Applications typiques : Installations industrielles, bâtiments commerciaux, systèmes photovoltaïques, tableaux de distribution compacts et projets où l'espace d'installation est limité.

Un parafoudre de Type 1+2 répond aux exigences de protection de Type 1 et de Type 2 dans un seul dispositif. Il combine une capacité de décharge des courants de foudre à haute énergie avec une protection de limitation de tension.

Guide de sélection des parafoudres par application

Condition d'application	Type de parafoudre recommandé	Emplacement d'installation typique	Paramètres clés
Bâtiment doté d'un système de protection externe contre la foudre	Type 1 ou Type 1+2	Entrée de service ou tableau général	Iimp, Up
Système de distribution résidentiel ou commercial général	Type 2	Tableau de distribution principal ou secondaire	In, Imax, Up
Équipement électronique sensible	Type 3	À proximité de l’équipement protégé	Uoc, Up
Installation industrielle à forte exposition à la foudre	Type 1+2 avec protection de Type 2 en aval	Tableau général et tableaux de distribution secondaires	Iimp, In, Up
Système photovoltaïque CC	Type CC 1+2 ou Type CC 2	Coffret de regroupement PV ou tableau de distribution CC	Ucpv, Iimp ou In, Up
Charges sensibles situées loin du tableau de distribution principal	Type 2 ou Type 3 supplémentaire	À proximité de l’équipement en aval	Up, coordination

Étape 3 : Déterminer Iimp, In et Imax

Le courant nominal de décharge d’un SPD doit être choisi en fonction de l’énergie de surtension attendue, de l’emplacement d’installation, de l’exposition à la foudre et du type de SPD. Les trois principaux paramètres de courant sont Iimp, In et Imax.

Iimp – Courant de décharge impulsionnel

Iimp représente le courant impulsionnel de foudre qu’un SPD de Type 1 ou Type 1+2 peut décharger sous une forme d’onde de 10/350 μs.
Il est principalement utilisé pour évaluer la capacité du SPD à supporter des courants de foudre à haute énergie à l’entrée de service ou à la frontière LPZ 0–LPZ 1.

Les valeurs nominales In courantes comprennent :

• 10 kA pour la protection terminale à usage léger
• 20 kA pour la distribution résidentielle et commerciale générale
• 30–40 kA ou plus pour les installations industrielles et à forte exposition

Pour la plupart des tableaux principaux et de sous-distribution, une valeur nominale In de 20 kA ou plus est couramment choisie.

Imax – Courant de décharge maximal

Imax représente le courant de surtension maximal de 8/20 μs qu’un SPD peut décharger une fois ou un nombre limité de fois sans défaillance.
Imax est normalement supérieur à In, mais il ne doit pas être utilisé comme seul critère de sélection car il ne représente pas la capacité de fonctionnement répété du SPD.

Les valeurs nominales Imax typiques comprennent :

• 20–40 kA pour les systèmes de distribution généraux
• 40–80 kA pour les installations industrielles
• Des valeurs plus élevées pour les environnements à fortes surtensions

Guide pratique de sélection

Condition d’installation	Paramètre recommandé à privilégier
Entrée de service du bâtiment avec système de protection contre la foudre	Privilégier Iimp
Tableau de distribution principal ou secondaire	Privilégier In et Imax
Installation industrielle à forte exposition à la foudre	Iimp et In plus élevés
Équipement terminal sensible	Un Up plus faible est généralement plus important qu’une valeur nominale de courant très élevée
Parafoudre de Type 1+2	Vérifier Iimp, In, Imax et Up ensemble

Étape 4 : Vérifier le niveau de protection de tension Up

Le niveau de protection de tension, En haut, indique la capacité du SPD à limiter la tension de surtension dans des conditions d’essai spécifiées. C’est une valeur déclarée fournie par le fabricant et elle représente le niveau de protection atteint lorsque le SPD décharge le courant impulsionnel spécifié.
Un Up plus faible signifie généralement que moins de tension de surtension est autorisée à passer vers l’équipement en aval. Cependant, Up ne doit pas être évalué seul. Il doit être considéré avec la tension du système, la tension de service continu maximale Uc, la capacité de courant de décharge, la capacité de tenue aux surtensions temporaires et la tension de tenue aux impulsions de l’équipement protégé.

Comparer Up avec la tension de tenue aux impulsions de l’équipement

Le SPD sélectionné doit limiter la tension de surtension à un niveau inférieur à la tension de tenue aux impulsions de l’équipement en aval.
Un principe de sélection pratique est :

• Le niveau de protection effectif à l’équipement doit rester inférieur à la tension de tenue aux impulsions nominale de l’équipement.

Une marge de sécurité suffisante doit être prévue car la tension réelle atteignant l’équipement peut être supérieure à la valeur Up indiquée dans la fiche technique.

Considérer la longueur des câbles d’installation

La valeur Up est mesurée aux bornes du SPD dans des conditions de laboratoire spécifiées. Dans une installation réelle, l’inductance des conducteurs de connexion peut ajouter une tension supplémentaire pendant la décharge de surtension.

Par conséquent :

• Garder les conducteurs de connexion aussi courts et directs que possible.
• Éviter les boucles inutiles et les courbures brusques.
• Positionner le SPD à proximité du circuit protégé.
• Installer une protection en aval supplémentaire lorsque l’équipement protégé est éloigné du SPD principal.

Des câbles de connexion longs peuvent réduire l’efficacité même d’un SPD à faible Up. Une installation correcte est donc tout aussi importante que le choix du produit. Phoenix Contact note également que des conducteurs de connexion excessivement longs peuvent créer des problèmes d’installation et recommande de prêter attention à la longueur et à la disposition des câbles. 

Axe de sélection pratique

Position de protection	Axe de sélection principal
Entrée de service du bâtiment	Équilibrer Iimp et Up
Tableau de distribution principal ou secondaire	Vérifier In, Imax et Up
Équipement électronique sensible	Sélectionner un Up suffisamment bas et installer le SPD à proximité de la charge
Parafoudre combiné de type 1+2	Vérifier ensemble Iimp, In et Up
Longue distance entre les tableaux de distribution	Envisager un parafoudre supplémentaire en aval

Note d’ingénierie：
Ne pas sélectionner un parafoudre uniquement sur la base de la valeur Up la plus basse. Un parafoudre avec un Up faible mais une capacité de décharge insuffisante peut être endommagé par le courant de surtension attendu. Inversement, un parafoudre avec une capacité de décharge élevée mais un Up excessivement élevé peut ne pas protéger adéquatement les équipements sensibles.
La sélection finale doit équilibrer :
Uc + Up + Iimp/In/Imax + tenue en tension de l’équipement + distance d’installation

Étape 5 : Confirmer le nombre de pôles, le dispositif de déconnexion, la signalisation à distance et la protection de secours

Après avoir sélectionné le type de parafoudre et les caractéristiques électriques, confirmer que le dispositif correspond à la configuration du système et aux exigences d’installation. Le nombre de pôles, la fonction de déconnexion interne, l’option de signalisation à distance et le dispositif de protection en amont affectent tous la sécurité et la fiabilité de l’installation.

Confirmer le nombre de pôles

La configuration des pôles du parafoudre doit correspondre au système électrique, à la disposition des conducteurs et au mode de protection.

Réseau électrique	Configuration courante du parafoudre
Système monophasé L–N	1P+N ou 2P
Système triphasé à trois fils	3P
Système triphasé à quatre fils	3P+N ou 4P
Système TN-C	Protection entre les conducteurs de phase et le PEN
Système TN-S ou TN-C-S	Protection entre L–N et N–PE, selon le circuit sélectionné
Système TT	Utilise couramment un circuit 3+1 ou 1+1
Système DC ou PV	Sélectionner la configuration des pôles selon la tension du système, la polarité et la disposition de mise à la terre

Le nombre de pôles seul ne suffit pas à déterminer l’adéquation. Le circuit de protection doit également correspondre au régime de neutre du système et à la tension pouvant apparaître entre les conducteurs.

Vérifier le dispositif de déconnexion

La plupart des parafoudres incluent un dispositif de déconnexion thermique interne qui sépare le composant de protection du système électrique lorsqu’il atteint la fin de sa durée de vie ou surchauffe.
Le dispositif de déconnexion aide à réduire le risque de :

• Emballement thermique
• Surchauffe
• Court-circuit
• Incendie causé par un MOV défaillant ou un autre composant de protection

Le parafoudre doit également fournir un indicateur d’état clair afin que le personnel de maintenance puisse identifier quand le module de protection doit être remplacé.

Déterminer si une signalisation à distance est requise

Un contact de signalisation à distance permet de surveiller l’état de fonctionnement du parafoudre depuis un panneau de contrôle, un système d’alarme, un automate ou un système de gestion du bâtiment.

La signalisation à distance est particulièrement utile dans :

• Les sous-stations non surveillées
• Les lignes de production industrielle
• Les centres de données
• Les installations de télécommunications
• Les centrales solaires photovoltaïques
• Les systèmes d’alimentation critiques

Lorsqu’une surveillance à distance est requise, vérifier le type de contact, la disposition des bornes, la tension nominale et le courant nominal du contact de signalisation.

Sélectionner le dispositif de protection en amont

Un parafoudre peut nécessiter un fusible ou un disjoncteur en amont pour protéger le circuit si le parafoudre tombe en panne ou développe un court-circuit interne.

Le dispositif de protection en amont doit être sélectionné selon :

• Le fusible ou disjoncteur maximal spécifié par le fabricant
• Le courant de court-circuit disponible au point d’installation
• Le courant de court-circuit nominal du parafoudre
• Le type et la section transversale des conducteurs de liaison
• Coordination avec le dispositif de protection en amont

Ne pas sélectionner le fusible de secours ou le disjoncteur uniquement en fonction du courant de décharge du SPD. Suivre le tableau de coordination et les instructions d’installation du fabricant.

Guide pratique de sélection

Élément de sélection	Point principal à confirmer
Nombre de pôles	Faire correspondre les conducteurs de phase, le conducteur neutre et le système de mise à la terre
Dispositif de déconnexion	Confirmer la déconnexion thermique interne et l’indication d’état visible
Signalisation à distance	Confirmer si une alarme à distance ou une surveillance du système est requise
Protection de secours	Suivre le calibre recommandé du fusible ou du disjoncteur par le fabricant
Module remplaçable	Vérifier si la cartouche de protection peut être remplacée sans changer le socle
Pouvoir de coupure en court-circuit	Confirmer l’aptitude au courant de court-circuit présumé

Note d’ingénierie
Un SPD avec les valeurs correctes de Uc, Up et de courant de décharge peut encore être inadapté si la configuration des pôles ou la protection de secours est incorrecte. Toujours vérifier l’ensemble de l’installation plutôt que de sélectionner le SPD uniquement à partir des paramètres de son étiquette avant.

Étape 6 : Vérifier la coordination énergétique entre plusieurs parafoudres

Lorsque plusieurs SPD sont installés à différents niveaux du système électrique, ils doivent fonctionner en séquence coordonnée. Le SPD en amont doit décharger l’énergie de surtension la plus élevée, tandis que le SPD en aval réduit davantage la tension résiduelle avant qu’elle n’atteigne les équipements sensibles.
Une coordination énergétique appropriée empêche un SPD en aval d’être surchargé avant que le dispositif en amont n’ait dérivé le courant de surtension principal.

Disposition typique de protection en cascade

Niveau de protection	Type de SPD typique	Emplacement d'installation typique	Fonction principale
Premier étage	Type 1 ou Type 1+2	Entrée de service ou tableau général	Décharger les courants de foudre à haute énergie
Deuxième étage	Type 2	Tableau de distribution secondaire ou armoire de commande	Limiter les surtensions résiduelles et les surtensions de commutation
Dernier étage	Type 3	Près des équipements sensibles	Réduire davantage la tension résiduelle

Vérifier la distance entre les SPD

La longueur du câble entre deux SPD affecte la répartition de l’énergie de surtension. L’inductance du câble de connexion peut aider à créer la différence de tension nécessaire pour que les SPD en amont et en aval fonctionnent dans le bon ordre.
Cependant, il n’existe pas de règle d’espacement unique applicable à toutes les combinaisons de SPD. La distance requise dépend de :

• Technologie et conception interne du SPD
• Valeurs Up en amont et en aval
• Courants de décharge nominaux
• Cheminement des câbles et longueur des conducteurs
• Données de coordination testées par le fabricant

Certaines installations utilisent la longueur du câble pour fournir un découplage naturel. Lorsque la distance disponible est insuffisante, une combinaison de SPD coordonnée ou un élément de découplage spécifié peut être nécessaire.

Utiliser des combinaisons vérifiées par le fabricant

La méthode la plus sûre consiste à sélectionner des SPD en amont et en aval qui ont été testés et confirmés comme une combinaison coordonnée en énergie par le fabricant.
Vérifier la documentation du fabricant pour :

• Combinaisons autorisées de SPD en amont et en aval
• Distance de séparation minimale
• Si un élément de découplage supplémentaire est requis
• Capacité maximale de courant de décharge
• Exigences du dispositif de protection de secours
• Niveau de protection en tension effectif à la charge

Ne pas supposer que deux SPD sont coordonnés simplement parce que l’un est de type 1 et l’autre de type 2.

Considérer la distance jusqu’à l’équipement protégé

Lorsque l’équipement sensible est situé loin du SPD principal, un SPD en aval supplémentaire peut être nécessaire. Les câbles longs peuvent capter de nouvelles surtensions induites et peuvent également augmenter la tension atteignant l’équipement.
Pour les circuits de distribution longs, envisagez d’installer :

• Protection de type 2 dans les tableaux de distribution en aval
• Protection de type 3 à proximité des équipements terminaux sensibles
• Parafoudres supplémentaires si requis par la conception du projet ou les instructions du fabricant

Liste de contrôle pratique de coordination

Élément à vérifier	Exigence de sélection
Séquence des parafoudres	Type 1 ou Type 1+2 en amont, suivi de Type 2 et Type 3 si nécessaire
Capacité énergétique	Le parafoudre en amont gère l’énergie de surtension la plus élevée
Limitation de tension	Le parafoudre en aval fournit un niveau de protection effectif plus bas
Distance de séparation	Suivre les exigences testées du fabricant
Disposition des câbles	Garder toutes les connexions des parafoudres courtes et directes
Compatibilité des produits	Utiliser des combinaisons coordonnées vérifiées lorsque c’est possible
Distance de l’équipement protégé	Ajouter une protection en aval lorsque la charge est éloignée du parafoudre principal

Note d’ingénierie
La coordination énergétique n’est pas obtenue simplement en installant plusieurs parafoudres en série. Les dispositifs doivent partager correctement l’énergie de surtension sans surcharger l’unité en aval.
Un système mal coordonné peut entraîner un fonctionnement trop précoce du parafoudre de type 2 ou de type 3, qui absorbe alors plus d’énergie qu’il ne peut en supporter. La coordination finale doit donc suivre les données de combinaison testées du fabricant et les instructions d’installation.

Où les parafoudres sont-ils couramment utilisés ?

Les parafoudres sont largement utilisés dans les systèmes électriques résidentiels, commerciaux, industriels, de communication, d’énergie renouvelable, de transport et extérieurs. Leur objectif principal est de protéger les équipements électriques et électroniques contre les surtensions transitoires causées par la foudre, les opérations de commutation et les perturbations du réseau électrique.
Le type de parafoudre requis dépend de la tension du système, de l’emplacement d’installation, du schéma de mise à la terre, de la sensibilité des équipements et de l’exposition attendue aux surtensions.

Application	Équipement typique protégé	Approche de protection courante
Bâtiments résidentiels	Appareils électroménagers, ordinateurs, systèmes de sécurité et dispositifs domotiques	Type 2 au tableau de distribution principal ; Type 1 ou Type 1+2 peut être requis pour les bâtiments avec protection externe contre la foudre
Bâtiments commerciaux	Ascenseurs, systèmes CVC, alarmes incendie, vidéosurveillance, serveurs et systèmes de gestion technique du bâtiment	Type 1 ou Type 1+2 à l’entrée de service, suivi d’une protection de type 2 dans les tableaux en aval
Installations industrielles	Automates programmables, variateurs de fréquence, capteurs, équipements d’automatisation et lignes de production	Protection coordonnée de type 1, type 2 et type 3
Centres de données et systèmes de communication	Serveurs, systèmes onduleurs, équipements réseau, dispositifs de communication et lignes de signaux	Parafoudres de ligne d’alimentation combinés à une protection dédiée des lignes de données et de signaux
Systèmes solaires photovoltaïques	Modules photovoltaïques, boîtes de combinaison, onduleurs et circuits de distribution AC/DC	Parafoudres DC côté photovoltaïque et parafoudres AC côté sortie de l’onduleur
Bornes de recharge pour véhicules électriques	Chargeurs AC, chargeurs rapides DC, contrôleurs, modules de paiement et équipements de communication	Protection par parafoudres à l’alimentation entrante et aux équipements de recharge
Systèmes d’énergie éolienne et de stockage d’énergie	Convertisseurs, onduleurs, systèmes de gestion de batterie, armoires de contrôle et équipements de surveillance	Parafoudres AC et DC sélectionnés selon l’architecture du système
Équipements extérieurs et éclairage LED	Lampadaires, systèmes de trafic, caméras, panneaux électroniques et armoires de contrôle extérieures	Protection SPD locale à proximité des équipements extérieurs exposés

En pratique, les systèmes plus grands ou plus complexes nécessitent généralement une protection contre les surtensions à plusieurs étages. Un SPD à haute énergie peut être installé à l’entrée principale du service, tandis que des SPD supplémentaires de type 2 ou de type 3 sont installés plus près des tableaux de distribution en aval et des équipements sensibles.

Où un dispositif de protection contre les surtensions doit-il être installé ?

L’efficacité d’un dispositif de protection contre les surtensions dépend non seulement du choix du bon type de SPD, mais aussi de son installation à l’emplacement approprié dans le système électrique. Une installation correcte aide à garantir que l’énergie de surtension est déviée en toute sécurité vers la terre avant d’atteindre les équipements électriques ou électroniques sensibles.
Dans la plupart des installations basse tension, les SPD sont installés par étages pour fournir une protection coordonnée de l’entrée du service à la charge finale.

Emplacements typiques d’installation des SPD

Emplacement d’installation	Type de parafoudre recommandé	Objectif principal
Entrée de service	Type 1 ou Type 1+2	Dévier les courants de foudre à haute énergie entrant dans le bâtiment
Tableau de distribution principal	Type 2	Protéger les circuits électriques en aval contre les surtensions de commutation et les surtensions résiduelles de foudre
Tableau de distribution secondaire	Type 2	Fournir une protection supplémentaire pour les circuits dérivés
Près des équipements sensibles	Type 3	Réduire la tension de surtension résiduelle avant qu’elle n’atteigne les équipements électroniques sensibles
Coffret de regroupement PV ou tableau de distribution CC	Type CC 1+2 ou Type CC 2	Protéger les circuits DC photovoltaïques et les onduleurs
Armoires de contrôle et systèmes de communication	SPD de type 2, de type 3 ou de ligne de signal	Protéger les PLC, les équipements de communication et l’électronique de contrôle

Recommandations d’installation

Pour obtenir les meilleures performances de protection, les SPD doivent être installés aussi près que possible de l’équipement ou du point de distribution qu’ils protègent. Les conducteurs de connexion doivent être courts et directs pour minimiser la tension inductive supplémentaire pendant la décharge de surtension.
Lorsque la distance entre le SPD principal et l’équipement protégé est relativement longue, un SPD supplémentaire en aval peut être nécessaire pour maintenir un niveau de protection efficace.

Erreurs courantes d’installation des SPD

Même un dispositif de protection contre les surtensions correctement sélectionné peut ne pas fournir une protection efficace s’il est installé incorrectement. Les erreurs d’installation courantes peuvent augmenter la tension résiduelle, réduire la durée de vie du SPD ou empêcher le courant de surtension d’être dévié en toute sécurité. Les problèmes suivants doivent être vérifiés lors de l’installation et de la mise en service.

Erreur courante	Pourquoi c’est un problème	Pratique recommandée
Installation du mauvais type de SPD	Un SPD de type 2 ou de type 3 peut ne pas être capable de supporter l’énergie de surtension attendue à l’entrée du service	Faire correspondre le type de SPD à l’emplacement d’installation et à l’exposition aux surtensions
Sélection d’un Uc incorrect	Une valeur de Uc trop basse peut provoquer un fonctionnement prématuré ou des dommages ; une valeur trop élevée peut réduire l’efficacité de la protection	Sélectionner Uc en fonction de la tension du système et du schéma de mise à la terre
Utilisation de conducteurs de connexion excessivement longs	Les conducteurs longs ajoutent une tension inductive pendant la décharge de surtension et augmentent le niveau de protection effectif	Garder le chemin de connexion court, direct et sans boucles inutiles
Mauvaise mise à la terre ou liaison équipotentielle	Un chemin de terre à haute impédance peut empêcher le courant de surtension d’être déchargé efficacement	Assurer une mise à la terre et une liaison équipotentielle fiables
Ignorer la protection de secours	Un défaut interne du SPD peut ne pas être déconnecté en toute sécurité du système électrique	Installer le fusible ou le disjoncteur spécifié par le fabricant
Installation d’un seul SPD dans un grand système	Un seul SPD peut ne pas fournir une protection suffisante pour les tableaux de distribution éloignés ou les charges sensibles	Utiliser une protection multi-étages coordonnée lorsque cela est requis
Utilisation d'une configuration de pôle ou de circuit incorrecte	Le SPD peut ne pas protéger tous les conducteurs requis ou peut être inadapté au système de mise à la terre	Adaptez le circuit du SPD à la phase, au neutre, à la polarité et à la disposition de mise à la terre
Défaut de coordination de plusieurs SPD	Un SPD en aval peut absorber plus d'énergie de surtension qu'il ne peut en supporter	Utilisez des combinaisons coordonnées vérifiées par le fabricant
Installation du SPD trop loin de l'équipement protégé	Des câbles en aval longs peuvent permettre des surtensions induites supplémentaires ou augmenter la tension atteignant l'équipement	Ajoutez une protection de type 2 ou de type 3 en aval lorsque nécessaire
Défaut d'inspection ou de remplacement d'un SPD défaillant	Une fois que le SPD atteint la fin de sa durée de vie, le circuit peut ne plus être protégé	Vérifiez l'indicateur d'état et remplacez rapidement les modules défaillants

Pour éviter ces erreurs :

• Sélectionnez le SPD en fonction de la tension du système, de la disposition de mise à la terre et de l'emplacement d'installation.
• Gardez le chemin de connexion total aussi court et direct que possible.
• Utilisez le dispositif de protection de secours correct.
• Assurez une mise à la terre et une liaison équipotentielle fiables.
• Vérifiez la coordination entre les SPD en amont et en aval.
• Inspectez l'indicateur d'état du SPD lors de la maintenance de routine.

Note d’ingénierie
Le SPD lui-même n'est qu'une partie du système de protection contre les surtensions. Ses performances réelles dépendent également du routage des conducteurs, de la qualité de la mise à la terre, de la protection de secours, de la distance d'installation et de la coordination avec d'autres SPD.
Un SPD haute performance peut encore fournir une mauvaise protection si la disposition d'installation est incorrecte.

Questions fréquemment posées sur les dispositifs de protection contre les surtensions

Un SPD peut-il être utilisé sans fusible de secours ou disjoncteur ?

Cela dépend de la conception du SPD et des exigences d'installation du fabricant. Certains SPD nécessitent un fusible de secours externe ou un disjoncteur, tandis que d'autres peuvent inclure une protection contre les surintensités intégrée.
Le dispositif de protection de secours est utilisé pour déconnecter le SPD en toute sécurité s'il développe un court-circuit interne ou atteint la fin de sa durée de vie. Son calibre ne doit pas être sélectionné uniquement en fonction du calibre du courant de décharge du SPD.
Suivez toujours le calibre maximal spécifié par le fabricant pour le fusible de secours ou le disjoncteur, les exigences de courant de court-circuit et les instructions de coordination.

Comment un dispositif de protection contre les surtensions doit-il être entretenu ?

La maintenance du SPD implique principalement une inspection régulière plutôt qu'une réparation interne. Lors de la maintenance électrique de routine, vérifiez l'indicateur d'état, le contact de signalisation à distance, le serrage des bornes, les signes de surchauffe et l'état du dispositif de protection de secours.
Le SPD doit également être inspecté après de violents orages, des événements de foudre, des défauts majeurs du système électrique ou des déclenchements répétés du dispositif de protection en amont.
Remplacez le SPD ou le module de protection enfichable si :

• L'indicateur d'état indique une défaillance.
• Une alarme à distance est activée.
• Le boîtier est décoloré, fissuré ou surchauffé.
• Le fusible de secours ou le disjoncteur s'est déclenché en raison d'un défaut du SPD.
• Les critères de remplacement du fabricant ont été atteints.

Combien de temps dure un dispositif de protection contre les surtensions ?

Un SPD n'a pas de durée de vie fixe. Sa durée de vie dépend du nombre, de l'amplitude et de la durée des surtensions qu'il absorbe, ainsi que de la tension du système, des surtensions temporaires, des conditions environnementales et de la qualité du produit.
Un SPD peut rester opérationnel pendant de nombreuses années dans un environnement à faibles surtensions, mais une seule surtension sévère peut réduire considérablement sa capacité restante ou provoquer une défaillance immédiate.
L'indicateur d'état et le contact de signalisation à distance doivent donc être utilisés pour déterminer si le SPD est toujours opérationnel. Le remplacement doit être basé sur l'état réel et les recommandations du fabricant plutôt que sur un nombre fixe d'années seul.

Ai-je besoin à la fois d'une protection contre les surtensions CA et CC ?

Une protection contre les surtensions CA et CC peut être requise lorsqu'un système contient des circuits CA et CC séparés. Un SPD CA ne peut pas automatiquement remplacer un SPD CC car les deux dispositifs sont conçus pour des caractéristiques de tension, des exigences d'extinction d'arc et des configurations de système différentes.
Par exemple, un système photovoltaïque solaire peut nécessiter :

• Un SPD CC sur le champ photovoltaïque, le boîtier de combinaison ou l'entrée CC de l'onduleur.
• Un SPD CA sur la sortie de l'onduleur ou le tableau de distribution CA.

Les systèmes de stockage d'énergie, les systèmes de charge de véhicules électriques et les circuits de commande CC industriels peuvent également nécessiter une protection CA et CC séparée.
Le SPD sélectionné doit être calibré pour la tension réelle du système, la polarité, la disposition de mise à la terre et la tension de fonctionnement continue maximale.

Un SPD endommagé peut-il continuer à protéger l'équipement ?

Un SPD endommagé ne doit pas être supposé fournir une protection efficace. Certains SPD contiennent un dispositif de déconnexion interne qui isole le composant de protection défaillant tout en permettant au circuit électrique de rester sous tension.
Dans cet état, l'équipement connecté peut continuer à fonctionner, mais la protection contre les surtensions peut déjà être partiellement ou complètement perdue.
Si l'indicateur d'état indique une défaillance ou si l'alarme à distance est activée, remplacez le SPD ou le module de protection dès que possible. Continuer à fonctionner sans remplacement peut laisser l'équipement en aval non protégé.

Les SPD sont-ils requis pour les systèmes solaires photovoltaïques ?

Les exigences en matière de SPD pour les systèmes solaires photovoltaïques dépendent de la norme électrique applicable, de la conception de la protection contre la foudre, du risque d'installation, du cheminement des câbles et des réglementations locales.
Les systèmes photovoltaïques sont particulièrement exposés aux surtensions induites car les modules et les câbles DC sont généralement installés à l'extérieur et peuvent couvrir une grande surface. Les SPD sont couramment installés du côté DC, du côté AC, ou les deux.
Les emplacements typiques incluent :

• Boîtiers de combinaison PV
• Entrées DC de l'onduleur
• Sorties AC de l'onduleur
• Tableaux de distribution AC principaux

Le type de SPD requis dépend de la présence ou non d'un système de protection contre la foudre externe sur le bâtiment, de la distance de séparation, de la tension du système et du niveau d'exposition à la foudre.
Par conséquent, les SPD ne sont pas sélectionnés simplement parce que le système est photovoltaïque. Le besoin, le type et la position d'installation doivent être déterminés par les exigences applicables du projet et l'évaluation des risques.

RÉFÉRENCES ET SOURCES TECHNIQUES

⁠IEC 61643-11:2025 – Dispositifs de protection contre les surtensions basse tension – Exigences et méthodes d'essai — Commission Électrotechnique Internationale.

IEC 61643-12 – Dispositifs de protection contre les surtensions basse tension – Principes de sélection et d'application — Commission Électrotechnique Internationale.

UL 1449 – Norme pour les dispositifs de protection contre les surtensions — UL Solutions.

NFPA 70 – Code national de l'électricité (NEC) — National Fire Protection Association.

⁠IEEE C62.41.2 – Pratique recommandée sur la caractérisation des surtensions dans les circuits d'alimentation AC basse tension — Institute of Electrical and Electronics Engineers.

NEMA – Guide sur les dispositifs de protection contre les surtensions basse tension— National Electrical Manufacturers Association.

⁠IEC 62305-4 – Protection contre la foudre – Systèmes électriques et électroniques dans les structures— Commission Électrotechnique Internationale.

IEC 61643-32 – Dispositifs de protection contre les surtensions connectés au côté DC des installations photovoltaïques— Commission Électrotechnique Internationale.