Parafoudres

Les appareils et équipements électroniques, y compris les outils de réseau et de télécommunication, sont susceptibles d'être endommagés par une surtension. Une surtension est un pic inattendu des paramètres de puissance qui peut être causé par une décharge électrostatique, une alimentation électrique irrégulière, un mauvais câblage et la source la plus courante étant la foudre à proximité.

Les coups de foudre peuvent provoquer une surtension sévère vers les équipements de communication délicats tels que les points d'accès, les ponts, les antennes et les émetteurs via Ethernet et  les câbles d'antenne. Il est prouvé que les parafoudres offrent un niveau de protection acceptable contre les surtensions dues à la foudre, évitant ainsi les dysfonctionnements de l'équipement et même les dommages.

Les parafoudres fonctionnent en éliminant les pointes de courant le long des câbles de transmission. Ils sont connectés au câble dans une jonction dos à dos, soit un câble Ethernet ou un câble coaxial. Le parasurtenseur shunte toutes les charges transitoires à travers un semi-conducteur vers une référence de terre.

Des parasurtenseurs sont disponibles pour les connecteurs Ethernet RJ45 et une variété de connecteurs coaxiaux, y compris les populaires de type N, SMA et RP-SMA à leurs fréquences nominales.

Les parafoudres sont évalués avec une tension de serrage spécifique. Il s'agit de la tension maximale qui peut passer à travers un parasurtenseur. Ils ont également un indice d'absorption d'énergie exprimé en joules, c'est-à-dire la quantité maximale d'énergie que l'appareil peut absorber au cours de sa vie avant un dysfonctionnement ou une défaillance permanente. Les parafoudres typiques pour les équipements de télécommunication sont évalués à 70 V et 400-600 joules.

Les montures L de Data Alliance  sont compatibles avec le montage de parafoudres avec des  connecteurs de type N, SMA et RP-SMA.

Parafoudres pour équipement sans fil

Un parasurtenseur de foudre,  un parafoudre,  un suppresseur de surtension transitoire ou  un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) est un dispositif électrique installé dans les systèmes électriques, électroniques et de communication ou de réseau pour les protéger contre les surtensions causées par la foudre et d'autres événements. Même si les coups de foudre sont peu fréquents, les dommages qui se produisent lorsqu'ils se produisent peuvent être dévastateurs. Si aucun parafoudre n'est installé pour détourner la tension nocive de l'équipement, des dommages irréparables à l'équipement peuvent survenir.

Ces dispositifs sont généralement connectés en ligne avec l'élément conducteur ou le câble avant l'entrée du conducteur dans l'appareil à protéger. Le SPD utilise un mécanisme de varistance pour séparer l'excès de tension, puis achemine cette énergie de la foudre vers le sol et loin de l'appareil en aval.

Ils sont un composant essentiel des circuits électriques et des infrastructures de réseaux et de télécommunications. L'appareil s'efforce de limiter le pic de tension en détournant l'excès de tension des appareils et des composants en aval et en limitant toute surtension à un niveau qui n'endommagera pas l'équipement connecté.

La foudre est une cause bien connue de surtension ou de surtension électrique. La fréquence d'apparition des orages variera selon l'emplacement. La foudre peut frapper directement des composants électriques et électroniques comme les antennes (ce qu'on appelle une frappe directe) ou transférer de l'énergie à un système électrique en se produisant à proximité (une frappe indirecte). Dans les deux cas, sans protection adaptée, la foudre provoque immédiatement les 4 problèmes suivants:

1. Perturbation: La surtension de la foudre n'endommage pas physiquement l'équipement, mais il y a une perturbation des fonctions analogiques ou de traitement des appareils en aval. Les effets se manifestent par la perte de données, la corruption des logiciels et les pannes informatiques. Dans la plupart des cas, une réinitialisation du système corrigera le problème sans aucun problème persistant.
2. Dégradation: Des épisodes récurrents de surtension transitoire peuvent briser les composants électriques d'un appareil ou d'un système, raccourcissant leur durée de vie et augmentant le risque de défaillance soudaine.
3. Dommages: Un coup de foudre direct va presque certainement endommager des composants non protégés. Les effets graves de cette surtension comprennent:
   1. Isolation et dégradation diélectrique
   2. Circuits imprimés et cartes d'E/S brûlés et calcinés
   3. Carcasses rompues
   4. Feu

Les manifestations les plus graves des dommages causés par la foudre sont dues à la suite de l'alimentation et non à la surtension transitoire elle-même. Les dommages subis par l'équipement peuvent ne pas être un indicateur fiable de l'ampleur de la surtension qui s'est produite. En cas de court-circuit, il peut acheminer l'alimentation et ne montrer aucun signe de dommage vers l'extérieur.

4. Temps d'arrêt: Cela inclut les effets ultérieurs de l'arrêt d'équipements ou de réseaux par des composants dégradés ou endommagés. Les coûts économiques, explorés ci-dessous, sont importants, ainsi que la perte de temps, de données et de productivité.

Types de dispositifs de protection contre les surtensions dues à la foudre

• Les tubes à décharge de gaz ou les parafoudres à câble coaxial sont un type de parafoudre couramment utilisé en ligne avec les câbles coaxiaux et les équipements de télécommunications. Ils protègent spécifiquement les appareils radio des effets de la foudre. Ces parafoudres contiennent des tubes en verre remplis d'un gaz qui ne conduira l'électricité que si la tension aux bornes des électrodes conductrices à l'intérieur du parafoudre dépasse un certain seuil. Un pic de tension transitoire aux bornes du pare-tube de gaz ionise le gaz, créant un court-circuit qui détourne l'énergie excédentaire des appareils connectés. Ces parafoudres sont capables de disperser de grandes quantités d'énergie de cette manière.
• Les dispositifs à éclateur se composent de deux électrodes conductrices avec un espace rempli de gaz, qui permet à une étincelle électrique de passer d'un conducteur à l'autre lorsque la tension dépasse la tension de claquage du gaz à l'intérieur de l'espace. La présence d'une surtension ou d'une surtension transitoire ionise le gaz, réduisant sa résistance et créant un chemin pour que l'énergie électrique excédentaire soit détournée vers le sol aussi efficacement que possible.

En outre, il existe trois types de dispositifs de protection contre les surtensions standardisés au niveau international:

1. Les dispositifs de protection contre les surtensions de type 1 sont conçus pour protéger contre les événements de surtension qui sont transitoires comme les surtensions dues à la foudre directe. Ces parafoudres peuvent décharger l'excès de tension de la foudre et l'empêcher de se propager d'un conducteur de terre à des conducteurs de réseau ou de circuit.
2. Les dispositifs de protection contre les surtensions de type 2 sont conçus pour protéger les appareils et les réseaux contre les dommages dus à la commutation ou à la foudre indirecte. Lorsqu'ils sont installés dans des systèmes électriques basse tension, ils empêchent la propagation des surtensions.
3. Les dispositifs de protection contre les surtensions de type 3 offrent une protection spéciale pour les charges sensibles et ont une faible capacité de décharge. Ils ne peuvent pas protéger entièrement par eux-mêmes, mais sont installés avec des appareils de type 2 et câblés à proximité de charges sensibles. Ils sont fréquemment utilisés dans les applications de télécommunications.

Caractéristiques physiques et électriques typiques des parafoudres coaxiaux en ligne

Les parafoudres conçus pour être insérés dans des lignes de transmission coaxiales transportent des connecteurs de radiofréquence standard, y compris les connecteurs RP-SMA, SMA et N-Type  aux deux extrémités.

Ils ont généralement un corps cylindrique ou cubique et ont un conducteur central qui les traverse en ligne avec une construction de câble coaxial. Ils sont généralement fabriqués en laiton nickelé, avec un isolant en téflon.

Les parafoudres à câble coaxial doivent être connectés à un système de mise à la terre. De nombreux parafoudres porteront une vis de mise à la terre sur le corps du parafoudre qui porte également une cosse de soudure pour faciliter la fixation d'un fil de mise à la terre substantiel qui peut être utilisé pour détourner le courant excédentaire vers la terre rapidement et avec une faible résistance.

Le conducteur central à l'intérieur du parafoudre est entouré d'un petit espace d'air entre le conducteur et le corps mis à la terre du parafoudre. En cas de foudre, une haute tension traversant le câble coaxial et le parafoudre traversera l'entrefer et détournera les courants potentiellement dommageables vers la terre, épargnant ainsi la ligne de transmission et les appareils en aval.

La taille de l'écart détermine la tension d'embrasement à laquelle toute surtension est déviée. De nombreux parafoudres ont des ajustements d'écartement de vis pour changer la taille de la taille de l'entrefer d'air.

Protection contre les surtensions de foudre pour Ethernet

Il est maintenant largement reconnu que les ports Ethernet peuvent également être affectés par la foudre avec des dommages et des perturbations des réseaux.

Les installations extérieures de   câbles Ethernet et de vidéosurveillance sont connues pour être vulnérables aux coups de foudre directs.

Les coups de foudre à distance avec de puissantes impulsions électromagnétiques peuvent induire un courant transitoire par couplage en champ proche et en champ lointain dans les câbles PoE et de données. Le dysfonctionnement du réseau est souvent plus apparent que les dommages physiques, même lorsque la foudre est directe.

En installant des dispositifs de protection contre les surtensions en ligne pour Ethernet dans les circuits PoE et le câblage horizontal, les réseaux peuvent être sécurisés contre les surtensions dues à la foudre ou à la commutation. Les parafoudres pour systèmes informatiques comprennent des tubes à décharge de gaz Ethernet avec mise à la terre intégrée et un port Ethernet Cat5 ou Cat 6 compatible avec la prise RJ45.

Les tubes à décharge de gaz pour Ethernet ont une bonne gestion de la puissance et protègent contre les transitoires de taille et de durée variables. Ils peuvent être utilisés sur des composants de réseau Ethernet clés, notamment:

• Routeur
• Interrupteurs/injecteurs
• Répéteurs
• Modem

Comme un câble coaxial, ces parafoudres Ethernet interceptent les surtensions et les détournent vers un fil de terre externalisé. Un tube à décharge de gaz est présent pour chacune des 4 paires torsadées du câble.

Les parafoudres Ethernet à diodes se composent d'une matrice de diodes qui offre une protection pour chacun des 8 canaux (fils) d'un port Ethernet. Ils sont très efficaces pour supprimer les ondes de foudre. Si un parafoudre à diode rencontre une surtension transitoire supérieure au seuil, l'impédance de la diode affectée diminue, créant ainsi un chemin de dérivation pour la surtension loin de la ligne de données.

Parafoudres haute performance conformes à la directive RoHS

Notre vaste sélection de parafoudres en ligne est fabriquée avec des matériaux de haute qualité et de bonne provenance. Tous les produits sont conformes à la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substance), une législation de l'Union européenne qui limite l'utilisation de substances dangereuses comme le plomb ou le cadmium dans les appareils électroniques.

Ces parafoudres sont conformes aux lois nationales et internationales relatives aux minéraux de conflit Étain, Tantale, Tungstène et Or (3TG), en particulier, à la réglementation sur les minéraux de conflit et à la section 1502 de la loi Dodd-Frank.

Aux États-Unis, la majorité des parafoudres sont fabriqués par des entreprises membres de l'Institut de protection contre les surtensions de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA). Les fabricants conçoivent et testent des parafoudres en utilisant une variété de formes d'onde de foudre qui simulent un coup de foudre direct. Les parafoudres efficaces doivent fournir un niveau de protection défini et gérer un courant de crête pouvant dépasser 25 000 ampères.

Pourquoi la protection contre les surtensions est-elle importante?

L'impact des dommages causés aux appareils électriques et électroniques par la foudre et d'autres sources de surtension électrique est important. Selon le National Lightning Safety Institute, les dommages causés par la foudre aux équipements électriques coûtent à l'économie américaine jusqu'à 6 milliards de dollars par an, bien qu'ils ne soient responsables que de 20 % des surtensions. Les dommages électroniques peuvent raccourcir la durée de vie de l'équipement, précipiter les dysfonctionnements et même déclencher des incendies.

À mesure que la consommation industrielle, commerciale et domestique d'appareils électroniques augmente, les infrastructures, les réseaux et la productivité économique sont susceptibles d'être touchés par les surtensions. Les temps d'arrêt sont coûteux, les installations essentielles perdant jusqu'à 130 000 $ à chaque événement.

Avec de plus en plus de réseaux et d'appareils électroniques effectuant des tâches critiques dans la société, il est nécessaire de protéger correctement leur fonction contre les surtensions.

La plupart des pics de tension rencontrés par les équipements électroniques sont de faible énergie, mais la foudre peut être préjudiciable aux systèmes et appareils électroniques. L'augmentation de courte durée de la tension dans les lignes d'alimentation, de données ou de radiofréquence causée par la foudre est connue sous le nom de surtensions ou de transitoires et peut être extrêmement destructrice pour un large éventail d'équipements, notamment:

• Stations de base et centraux cellulaires
• Équipement de réseau sans fil
• Affichage dynamique et lecteurs multimédias pour la publicité extérieure
• Antennes
• Équipements informatiques et serveurs
• Équipement de vidéosurveillance
• Systèmes de gestion des bâtiments
• Systèmes d'alarme
• Amplificateurs à faible bruit (LNA)
• Répéteurs et amplificateurs de signal

Les surtensions dues à la foudre peuvent également présenter un risque d'électrocution s'il y a un embrasement qui dépasse la capacité de l'équipement ou de l'isolation du câble à résister à l'augmentation de la tension.

La protection des équipements électroniques à l'aide d'un dispositif de protection contre les surtensions (SPD) approprié est essentielle pour maintenir la fonctionnalité des appareils et la disponibilité et le fonctionnement du réseau. Les parafoudres sont essentiels car les fusibles et les disjoncteurs, connus sous le nom de dispositifs de surintensité, ne sont pas en mesure de fournir une protection contre les surtensions. Les parafoudres sont conçus pour offrir des protections spécifiques contre les courtes pointes de haute tension qui se produisent lors d'un coup de foudre direct.

Foire aux questions

Qu'est-ce qu'une surtension?

Une surtension ou un transitoire est une augmentation de courte durée de la puissance (courant ou tension), dans un circuit où la surtension du sous-cycle a une durée (mesurée en millisecondes ou en microsecondes) inférieure à la moitié d'un cycle de forme d'onde de puissance normale. Les surtensions sont souvent oscillatoires, variant en polarité, et peuvent être additives ou soustractives dans leur déviance de la forme d'onde de tension normale. Ils ont un effet dégradant sur l'équipement électrique qui y est exposé.

Les surtensions peuvent être générées à l'intérieur ou à l'extérieur d'un bâtiment, la grande majorité (60 à 80 %) des surtensions provenant de l'intérieur d'un bâtiment. Avec l'alimentation secteur, les conducteurs impliqués sont la ligne, le neutre et la terre. Dans les circuits de radiofréquence, la ligne de signal et la terre sont affectées.

Les principales causes internes des surtensions sont les suivantes:

• Commutation de charge électrique: l'allumage et l'arrêt de charges électriques sont un précipitant courant des surtensions dans un système électrique. Bien que les surtensions de commutation ne soient souvent pas aussi importantes que les coups de foudre, elles sont opérationnelles et souvent plus fréquentes et dommageables au fil du temps.
• Couplage inductif: le champ électromagnétique généré par le courant circulant dans un fil est capable d'induire transitoirement une tension dans le câblage ou les matériaux à proximité.
• Électricité statique: également connue sous le nom d'ESD est décrite plus loin.

Outre la foudre, les causes externes des surtensions ou des transitoires comprennent:

• La commutation du réseau et de la batterie de condensateurs entreprise par la compagnie d'électricité en réponse à des pannes peut entraîner des pannes: une alimentation électrique interrompue est reconnectée.
• Les ajustements dans l'allocation de l'énergie par les entreprises de services publics peuvent également provoquer des surtensions.
• Perturbations de la qualité de l'énergie et leur correction.

Les équipements électriques et électroniques auront une capacité variable à résister aux variations de leur tension de fonctionnement normale, mais la décharge électrique importante de la foudre endommagera presque tous les équipements.

Qu'est-ce que les décharges électrostatiques (ESD)?

La décharge électrostatique est une décharge ou un flux spontané de courant électrique entre deux surfaces ou objets chargés qui ont stocké de l'électricité statique de manière capacitive. Cela se produit généralement avec des surfaces chargées différemment, où un diélectrique qui était précédemment présent s'est décomposé ou a été retiré. Le courant électrique peut s'accumuler dans les matériaux par induction électrostatique où la charge est transférée d'un objet conducteur qui n'est pas mis à la terre.

La foudre est essentiellement un événement de décharge électrostatique massive, le tonnerre étant le son qui l'accompagne. Les événements ESD typiques sont loin d'être aussi importants ou dramatiques, mais sont toujours capables de causer des dommages importants aux appareils et équipements électroniques.

La tension de seuil pour la perception humaine d'un ESD est de 2000 à 3000 volts, mais les décharges inférieures à cette tension contiennent toujours suffisamment d'énergie pour endommager l'électronique. Les pentes initiales rapides des formes d'onde de courant générées par l'ESD sont perturbatrices même à des tensions plus basses.

L'ESD est une cause si importante de défaillance des appareils électroniques que les fabricants feront tout leur possible pour éviter qu'elle ne se produise et protéger les composants. Plusieurs stratégies sont utilisées, notamment la séparation des matériaux fortement chargés dans une zone de protection électrostatique (EPA), la mise à la terre des travailleurs, les systèmes d'ionisation, la régulation de l'humidité ou l'utilisation de dispositifs antistatiques. L'exigence de protection ESD se poursuit même pour l'emballage et l'expédition des équipements électroniques ainsi que pour la mise à la terre lors de l'installation. Malgré ces efforts, les décharges électrostatiques ne peuvent pas être complètement évitées lorsque des appareils ou des composants sont manipulés.

Qu'est-ce que l'impulsion électromagnétique de foudre (LEMP)?

Les dommages causés par les impulsions électromagnétiques sont une autre forme de dommages à l'électronique qui peuvent être causés par la foudre. Il est généralement causé par un coup de foudre indirect. La décharge à haute tension de la foudre à proximité est également un courant élevé et transporte un champ magnétique puissant en conséquence.

L'intensité du champ signifie qu'il peut induire des courants dans les câbles et les appareils électroniques non protégés à proximité. Contrairement aux surtensions, le LEMP induit de grands courants électriques à l'intérieur des appareils et des réseaux qui peuvent les endommager, surtout s'ils sont allumés. Les parafoudres offrent une protection limitée contre les IEM. La meilleure protection consiste à déconnecter, dans la mesure du possible, les appareils qui risquent d'être exposés à un LEMP lorsqu'ils ne sont pas utilisés activement.

En conclusion

Les parafoudres sont des composants essentiels pour protéger les équipements de télécommunications, de radio et de réseau contre les dommages causés par la foudre directe et indirecte.

Être prêt à faire face à un coup de foudre sur votre installation réseau offre la meilleure opportunité de maintenir un fonctionnement ininterrompu du système.

En plus de l'intégration de ces parafoudres, la connaissance des systèmes les plus vulnérables aux pannes, la garde de pièces de rechange à portée de main et la sauvegarde des données sont des stratégies qui préserveront l'intégrité de votre réseau.

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