Une surtension transitoire est une impulsion de tension très brève au-dessus de la forme d’onde normale, qui dure de quelques milliardièmes de seconde à quelques millisecondes. Les transitoires provoquent rarement une panne spectaculaire le jour même. Le plus souvent, ils usent peu à peu les isolants, les alimentations et les parafoudres, jusqu’à ce qu’un variateur, un onduleur ou un appareil médical tombe en panne « sans raison ». Ce guide présente les deux types de transitoires, leurs causes et ce qu’il faut pour en enregistrer un réellement.
Deux types : impulsionnels et oscillatoires
L’IEEE 1159 distingue les transitoires selon leur forme, car la forme indique leur origine.
| Type | Aspect | Durée typique | Causes typiques |
|---|---|---|---|
| Impulsionnel | Un pic unique et raide dans un seul sens | De quelques nanosecondes à environ une milliseconde | Foudre, décharge électrostatique, coupure de charges inductives |
| Oscillatoire basse fréquence (moins de 5 kHz) | Une onde amortie superposée à la sinusoïde | Jusqu’à quelques dizaines de millisecondes | Enclenchement d’une batterie de condensateurs, mise sous tension d’un transformateur |
| Oscillatoire moyenne et haute fréquence | Oscillation plus rapide, souvent locale | Quelques microsecondes | Enclenchement de condensateurs en parallèle (back-to-back), manœuvre de câbles, électronique de puissance |
Caractéristiques typiques selon la classification de l’IEEE 1159 ; les amplitudes varient beaucoup d’un réseau à l’autre.
Ce qui les provoque
- L’enclenchement de condensateurs. Quand une batterie de condensateurs du distributeur ou du site s’enclenche, la tension chute presque à zéro puis dépasse sa valeur normale en oscillant à quelques centaines de hertz. C’est l’un des transitoires les plus courants dans l’industrie ; il survient souvent à la même heure chaque jour et c’est une cause connue de déclenchements intempestifs des variateurs.
- La foudre. Un impact direct ou proche induit sur les lignes aériennes des transitoires impulsionnels rapides qui se propagent jusque dans les bâtiments.
- Les manœuvres de charges sur le site. Ouvrir un circuit qui alimente un moteur, un transformateur ou un poste de soudure libère l’énergie magnétique stockée sous forme de pic.
- L’électronique de puissance. Variateurs, onduleurs et convertisseurs commutent à haute fréquence et peuvent créer des encoches et des oscillations haute fréquence sur le jeu de barres local.
- Connexions desserrées et défauts d’arc. Un contact intermittent produit de petits transitoires répétés, visibles dans l’enregistrement bien avant que la connexion ne lâche.
Ce que les transitoires font aux équipements
- Les variateurs déclenchent sur surtension du bus continu lorsqu’un transitoire d’enclenchement de condensateurs est amplifié par le propre filtre d’entrée du variateur.
- Les isolants vieillissent plus vite. Les contraintes répétées sur les bobinages des moteurs et l’isolation des câbles raccourcissent leur durée de vie sans aucun événement visible.
- Les parafoudres s’usent. Chaque surtension absorbée consomme une partie de leur capacité ; un parafoudre qui absorbe des transitoires quotidiens depuis des années ne protège peut-être plus rien.
- L’électronique lâche prématurément. Alimentations à découpage, ports de communication et cartes de commande sont les victimes habituelles. À l’hôpital, cela inclut les alimentations des équipements d’imagerie et de laboratoire (voir le guide imagerie).
Enregistrer un transitoire : la fréquence d’échantillonnage est décisive
La capacité d’un instrument à voir un transitoire dépend de sa vitesse d’échantillonnage :
- Les transitoires oscillatoires dus aux condensateurs oscillent entre quelques centaines de hertz et quelques kilohertz. Un enregistreur de qualité de l’énergie échantillonnant à quelques dizaines de kilohertz capture bien leur forme.
- Les transitoires impulsionnels rapides dus à la foudre ou aux décharges électrostatiques montent en une microseconde ou moins. Capturer leur vraie valeur de crête exige un enregistreur de transitoires rapide dédié, échantillonnant dans la gamme du mégahertz. Un instrument plus lent montrera qu’il s’est passé quelque chose, mais sous-estimera la crête.
Avant d’acheter un instrument pour l’étude des transitoires, demandez sa fréquence d’échantillonnage et ses spécifications de capture de transitoires, et pas seulement la mention « capture les transitoires ». Notre guide pour choisir un analyseur de qualité de l’énergie couvre les autres questions à poser.
Trouver la source
- Regardez les horodatages. Des transitoires qui reviennent à la même heure chaque jour signalent en général une manœuvre programmée, comme une batterie de condensateurs du distributeur ou une grosse charge démarrée par minuterie.
- Comparez les phases. Un transitoire sur une seule phase pointe vers une source locale ; le même transitoire sur les trois phases pointe vers l’amont.
- Mesurez en deux points. Si le transitoire est plus fort sur un tableau divisionnaire que sur l’arrivée générale, la source est en aval de l’arrivée.
- Examinez la forme d’onde. Une oscillation de quelques centaines de hertz signe presque toujours un enclenchement de condensateurs. Un pic unique et raide évoque la foudre ou la coupure d’une charge inductive.
- Vérifiez les parafoudres. Remplacez ceux dont le voyant indique la fin de vie, et vérifiez que la protection est coordonnée depuis l’arrivée générale.
Comment Inspector aide
Inspector enregistre les transitoires avec les creux, surtensions et autres événements qu’il classe, en échantillonnant à 32 kSPS par entrée avec un convertisseur 24 bits. Chaque événement est stocké avec 5 périodes de forme d’onde avant et après : les transitoires d’enclenchement de condensateurs et leur effet sur l’alimentation sont enregistrés avec leur horaire. Le motif quotidien devient visible, ce qui est en général le chemin le plus court vers la source. Pour les impulsions à la vitesse de la foudre, associez-le à des compteurs de surtensions ou à un enregistreur rapide dédié. Fonctionnant 24 h/24, Inspector montre quand les transitoires surviennent, à quelle fréquence, et si une modification les a réduits.
Des déclenchements de variateurs inexpliqués ou des alimentations qui lâchent ? Parlez à un ingénieur Inspector de ce qu’il faut mesurer en premier.
