Les réseaux de distribution d'énergie modernes reposent sur l'utilisation de dispositifs de protection capables de résister aux variations brusques de tension. Ces transitoires peuvent être causés par la foudre, la commutation de charges à forte inductance, le bruit du réseau, la mise sous tension de batteries de condensateurs ou des défauts d'équipement. Les éléments de protection contre les surtensions, les systèmes d'isolation, les parafoudres, les disjoncteurs et les relais de correction doivent pouvoir supporter ces brèves mais violentes surtensions. Un contrôle en laboratoire est nécessaire pour garantir leur bon fonctionnement. générateurs de surtension est la clé pour valider de telles performances, car des schémas de perturbation réalistes sont reproduits dans des conditions reproductibles.
Dans les systèmes réels, les phénomènes transitoires sont rarement uniformes. La foudre provoque des surtensions importantes, tandis que la commutation des condensateurs engendre des pics d'énergie plus lents mais tout aussi puissants. Le démarrage brusque des machines industrielles génère des perturbations répétitives. Les dispositifs de protection des réseaux de distribution électrique doivent détecter ces phénomènes, absorber l'énergie correspondante et réagir sans dégradation. La simulation des surtensions permet aux ingénieurs d'évaluer ces capacités avant même l'installation des équipements sur site.

Objectif de la simulation des surtensions en ingénierie de protection

Des dispositifs de protection sont en place pour conduire ou dévier l'énergie avant qu'elle n'entre en contact avec les équipements sensibles des postes de travail. Chacune de ces fonctions est vérifiée par simulation de surtension à l'aide d'impulsions de surtension contrôlées. En l'absence d'une telle validation, un équipement peut fonctionner parfaitement en mode de fonctionnement sous-dimensionné, mais présenter une défaillance lors d'interactions transitoires imprévues.
Un testeur de surtension impulsionnelle reproduit les formes d'onde d'une surtension dont le temps de montée, la tension maximale et la décroissance sont précisément définis. Cela permet aux ingénieurs de tester non seulement la tenue aux surtensions, mais aussi le fonctionnement des dispositifs de protection. Les fabricants comme LISUN Fournir un système de surtension calibré spécialement utilisé dans les tests de sécurité électrique à haute répétabilité pour garantir que le comportement transitoire électrique est mesuré au lieu de valeurs approximatives.

Évaluation de la résistance à la rupture de l'isolation et de ses caractéristiques de défaillance

La première mesure de protection contre les surtensions transitoires consiste souvent en l'isolation. Les câbles, les enroulements, les traversées et les boîtiers de connecteurs doivent résister aux fortes variations de contraintes électriques. Les essais continus en courant alternatif ou continu ne permettent pas d'évaluer le comportement de l'isolation lors d'une brusque augmentation de tension. Les équipements de protection contre les surtensions sont soumis à des contraintes dynamiques lors de la génération de formes d'onde telles que l'impulsion normalisée de 1.2/50 ms. Lorsque la tension augmente rapidement, les champs électriques se concentrent aux interfaces des trous microscopiques, des fissures et aux limites du matériau.
Le test indique que l'isolation est capable de se rétablir après une situation temporaire ou après l'accumulation de décharges partielles internes provoquant un claquage. Les générateurs de surtension déterminent la tension exacte à laquelle le claquage se produit, le point de concentration de l'énergie et si le mode de défaillance est révélateur de défauts de fabrication.

Vérification des dispositifs de protection contre les surtensions et des parafoudres

Les dispositifs de protection contre les surtensions (DPS) et les parafoudres sont conçus pour absorber les pics de puissance momentanés. Cependant, les valeurs nominales indiquées sur le papier doivent correspondre aux caractéristiques de réponse réelles en conditions d'utilisation. Les essais de surtension consistent à analyser le comportement des parafoudres, l'uniformité des réactions entre les phases et la stabilité de la dissipation d'énergie.
Un dispositif de protection activé tardivement risque de générer une surintensité transitoire dans les circuits de distribution. Un déclenchement prématuré peut provoquer un court-circuit et une surcharge des disjoncteurs en amont. Les générateurs de surtension permettent d'assurer l'homogénéité des seuils de fonctionnement dans les différentes boucles. Le comportement au vieillissement est également mis en évidence lors du test d'impulsion.

Coordination des relais et des disjoncteurs en régime transitoire

L'utilisation de relais de protection et de disjoncteurs numériques est essentielle dans les réseaux de distribution modernes ; leur fonctionnement doit être adapté aux surtensions. Les relais surveillent les niveaux de tension en mesurant les variations de tension et en agissant instantanément. Les disjoncteurs n'interviennent qu'à la demande et leur déclenchement doit alors coïncider avec la détection des transitoires.
Même les disjoncteurs eux-mêmes ne doivent pas être endommagés physiquement lors de fortes variations d'énergie. Les chambres d'extinction d'arc qu'ils contiennent sont soumises à de fortes contraintes électriques lors de ces transitoires. Ces conditions sont reproduites en toute sécurité et dans un environnement contrôlé au sein des générateurs de simulation. En mesurant la vitesse d'ouverture des disjoncteurs sous les pics de tension transitoire, les ingénieurs vérifient la constance des mécanismes de fonctionnement d'un cycle à l'autre.

Analyse de la protection du transformateur et des enroulements

Les transformateurs subissent de fortes contraintes lors des surtensions. Le couplage de la forme d'onde incidente aux enroulements est inégal, ce qui entraîne une concentration du champ électrique entre les spires. Les générateurs de surtensions servent à déterminer la tenue aux impulsions de foudre, les paramètres de coordination de l'isolation et le comportement des contraintes entre spires.
Dans la plupart des cas, l'enroulement d'un transformateur peut sembler stable en conditions normales, mais se rompre avec une chute d'isolation lors d'une augmentation transitoire et rapide de la tension. Les ingénieurs analysent les oscillations, le comportement de résonance électrique et les caractéristiques d'amortissement qui en résultent. Ces paramètres permettent de déterminer la géométrie des pistes et l'épaisseur d'isolation les plus adaptées à une utilisation sur le terrain. Les résultats des tests effectués avec un testeur de surtension impulsionnelle étalonné sont beaucoup plus précis que ceux obtenus par modélisation théorique seule.

Fiabilité des câbles et des connecteurs sous l'effet des surtensions

Lors des transmissions sur de longues distances, les câbles d'alimentation, les connecteurs et les terminaisons subissent des surtensions. Ces composants sont plus sensibles à la contamination par la poussière, à l'humidité et à la vétusté des isolateurs. Les essais de surtension permettent de déterminer la résistance des boîtiers de connecteurs et des couches diélectriques des câbles aux tensions de crête sans formation de canaux de décharge partielle.
La forme d'onde momentanée se manifeste lorsque les connecteurs présentent des bords métalliques ou des irrégularités d'isolation. En cas de point faible, la surtension crée des champs focaux susceptibles de perforer des passages microscopiques. Ces tests garantissent la stabilité des câbles assemblés dans des conditions extrêmes, évitant ainsi les défaillances dans les futures installations souterraines et aériennes.

Importance de la mise en forme et de la répétabilité de la forme d'onde

La fidélité de la forme d'onde lors des essais de surtension est une méthode de test précise. Une forme d'onde présentant un temps de montée ou de descente incorrect ne reflète donc pas les conditions réelles sur le terrain. Les générateurs de surtension produisent des impulsions de manière à soumettre les dispositifs de protection à des contraintes électriques réalistes.
La répétabilité garantit la constance des performances lors des mesures effectuées entre les lots. Les résultats des tests sont peu fiables si la forme d'onde varie à une fréquence élevée. Les systèmes de qualité comme ceux fabriqués par LISUN Ces appareils sont dotés de systèmes d'étalonnage internes qui garantissent la précision des formes d'onde même après une utilisation prolongée. Cette stabilité est mise à profit par les ingénieurs pour comparer les matériaux, les conceptions d'isolation, les dispositifs de protection et les systèmes de commutation sur de longues périodes.

Figure : Générateur de surtension

Intégration dans les cadres de certification des produits

La documentation relative aux performances en matière de surtensions, exigée peu avant l'homologation des produits, est obligatoire dans la plupart des normes de sécurité électrique. Les différents types de surtensions sont fréquemment requis dans les programmes de certification nationaux et internationaux, notamment les essais d'impulsions de foudre, les essais de surtensions de commutation et les essais d'ondes combinées. Les générateurs de surtensions permettent aux fabricants de répondre efficacement à ces exigences.
Les essais d'impulsions contrôlés en laboratoire sont également importants pour les organismes de certification, car l'observation des surtensions sur le terrain est imprévisible. Un dispositif de protection peut résister à la foudre pendant une saison donnée, tandis que sa défaillance la saison suivante ne sera due qu'à une différence dans les formes d'onde. La simulation en laboratoire élimine ce facteur aléatoire et garantit la fiabilité.

Conclusion

La fiabilité de la distribution de l'énergie est essentielle pour les composants susceptibles de supporter des surtensions électriques importantes. Les formes d'onde exactes nécessaires à la vérification de la rigidité diélectrique des composants, de la réponse d'un relais, du comportement de limitation d'un parafoudre, de la coordination d'un disjoncteur, de l'intégrité des enroulements d'un transformateur et de la tenue diélectrique d'un câble sont obtenues dans des systèmes de laboratoire. générateurs de surtension.
Testeur de surtension impulsionnelle calibré, notamment les modèles combinés proposés par des fabricants réputés tels que LISUNCela permet aux ingénieurs de bien comprendre la capacité de protection des composants de distribution. Cette confirmation prédictive élimine les défaillances sur le terrain, garantit le respect des exigences de sécurité et accroît la durabilité de l'infrastructure électrique.