Surtension
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Introduction

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En électrocinétique, la surtension désigne le fait pour un élément particulier d'un dipôle électrique d'avoir à ses bornes une tension supérieure à celle aux bornes du dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le retrouve dans plusieurs domaines :) complet. C'est le cas par exemple de la tension (La tension est une force d'extension.) aux bornes d'un condensateur (Un condensateur est un composant électronique ou électrique dont l'intérêt de base est de pouvoir recevoir et rendre une charge électrique, dont la valeur est proportionnelle à la tension. Il se caractérise par sa...) dans un dipôle RLC série en résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres....).

D'autre part, un réseau électrique (Un réseau électrique est un ensemble d'infrastructures permettant d'acheminer l'énergie électrique des centres de production vers les consommateurs d'électricité.) possède en général une tension normale : on parle aussi de tension nominale. En basse tension (Les normes européennes définissent le domaine de la basse tension (abréviation BT) comme les tensions comprises entre :), cette tension nominale peut être par exemple de 230 V entre phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) et neutre. En moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur...) tension, celle-ci est normalisée à 20 kV (entre phase) et 11,5 kV (entre phase et terre). Le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) peut se trouver accidentellement porté à une tension supérieure de sa tension nominale : on parle alors de surtension. Les surtensions sont une des causes possibles de défaillances d'équipements électriques ou électroniques, bien que ceux-ci soient de mieux en mieux protégés contre ce type d'incident.

Différents type de surtension dans les réseaux électriques

  • Surtension permanente : d'une durée de plusieurs heures (L'heure est une unité de mesure  :) (l'effet Ferranti peut être une cause de surtension permanente).
  • Surtension temporaire : d'une durée d'une ou de plusieurs secondes. Un court-circuit d'une des phases d'un réseau triphasé (Le triphasé est un système de trois tensions sinusoïdales de même fréquence qui sont déphasées entre elles (de 120 ° ou ?π radians dans le cas idéal). Si la...) à la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) (défaut d'isolement d'un câble HT par exemple) peut produire une surtension temporaire sur les autres phases (phénomène non négligeable en haute tension). Les systèmes de régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de tension des alternateurs peuvent aussi créer des surtensions temporaires lors de phénomènes transitoires. La ferrorésonance est une surtension transitoire ou temporaire.
  • Surtension de manœuvre : liée à la manœuvre d'un disjoncteur (Un disjoncteur est un organe électromécanique, voire électronique, de protection, dont la fonction est d'interrompre le courant électrique en cas...) ou d'un sectionneur (Le sectionneur est un appareil électromécanique permettant de séparer, de façon visible, un circuit électrique en aval de son alimentation et qui assure en position ouverte une distance de sectionnement satisfaisante...), d'une durée de quelques dizaines microsecondes à quelques millisecondes. La manœuvre d'un sectionneur dans un poste électrique à isolation gazeuse engendre en particulier des surtensions à fronts très raides.
  • Surtension de foudre : due au foudroiement d'une ligne à haute tension (Les lignes à haute tension sont les lignes principales des réseaux de transport d'électricité. Elles peuvent être aussi bien aériennes que souterraines ou sous-marines, quoique les professionnels réservent plutôt...).

Dispositifs pour se protéger des surtensions

En haute et basse tension, le dispositif le plus commun pour parer aux surtensions est le parafoudre. L'éclateur est un dispositif rudimentaire de limitation des surtensions.

En électronique on utilise : la diode Zener, la diode Transil, la diode Trisil, la varistance à oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) métallique (Gemov, Siov), les circuits RC (résistance-condensateur), l'éclateur à gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout...), etc.

Exemple de protection contre les surtension en électronique

Figure 1 - La diode sert de chemin pour le courant de l'inducteur (L'inducteur est une organe électrotechnique, généralement un électroaimant, ayant comme fonction d'induire un champ électromagnétique dans un induit : machine...) quand le transistor se bloque. Ceci évite l'apparition de hautes tensions aux bornes du transistor.

La règle est que, pour éviter les surtensions, il faut protéger les circuits en prévoyant un chemin pour le courant de la bobine quand le circuit inductif s'interrompt. Dans le diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données statistiques, de l'anatomie etc. employé dans tous les aspects des activités humaines pour...) figure 1 on trouve l'exemple d'un transistor qui contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) le courant dans une bobine (celle d'un relais, par exemple). Quand le transistor se bloque, le courant qui circule charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour...) les capacités parasites entre spires et la tension augmente. La tension appliquée entre collecteur et émetteur du transistor étant alors égale à la somme de la tension d'alimentation et celle aux bornes de la bobine, elle peut facilement dépasser la tension autorisée et le détruire. En plaçant une diode (D, dite diode de roue-libre), comme dans le diagramme, le courant trouvera un chemin au moment de la coupure et la tension sera limitée à la chute de tension de la diode à l'état passant. La difficulté fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a...) de cette protection est que le courant met plus longtemps à diminuer, ce qui, dans certains cas, peut être un inconvénient. On peut réduire ce temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) en ajoutant par exemple une diode zener ou une diode Transil.

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