2) Définitions des paramètres électriques

Plusieurs paramètres électriques décrivent une varistance ainsi que ses performances. La plupart des fabricants fournissent ces paramètres indépendamment des dimensions géométriques de l’échantillon et préfère les utiliser sous des unités de types « courant-tension » plutôt que « densité de courant-champ électrique ». Ces notations ont l’avantage d’être beaucoup plus pratiques pour une utilisation en électronique. Afin de pouvoir comparer par la suite des échantillons de géométries différentes, il s’avère plus judicieux de les définir par rapport à la densité de courant et champ électrique (et de revenir au « courant-tension » si nécessaire mais à partir de « densité de courant-champ électrique »). C’est à partir de ces définitions que seront donnés les différents paramètres électriques dans la suite de cet ouvrage.

- Tension de seuil Vs (ou champ de seuil Es)

La tension de seuil correspond à la tension continue qu’il faut appliquer à la varistance pour que la densité de courant dans le matériau atteigne 1 mA/cm². En pratique, elle se situe après le premier coude de la caractéristique I(V), soit 20 à 30% au-dessus de la tension d’alimentation de l’équipement à protéger.

La tension de seuil est un bon exemple des différences existantes quant à son moyen d’obtention. Dans une très large majorité des cas, la tension de seuil est donnée lorsque la varistance est parcourue par un courant de 1 mA et donc totalement indépendamment des dimensions de l’échantillon (surface des électrodes et épaisseur).

- Courant de fuite If

Il s’agit du courant qui traverse la varistance dans des conditions de fonctionnement normales. Il est donc associé aux pertes d’énergie du système à protéger. Le courant de fuite doit donc être le plus faible possible. Il est traditionnellement mesuré pour une valeur de tension correspondant à la moitié de la tension de seuil.

- Coefficient de non-linéarité α

Comme nous l’avons déjà évoqué précédemment, ce paramètre correspond à la pente de la caractéristique courant-tension tracée en échelle logarithmique. En général, il est calculé pour des courants spécifiques (plage de courant pouvant varier entre 0,1 et 100 mA suivant les fabricants). Dans notre cas, et compte tenue de la spécificité de l’obtention de la caractéristique courant-tension nécessitant plusieurs types de mesure (continu, impulsions de courant, …), nous proposons de définir deux coefficients α1 et α2 :

Chapitre 2 : Varistances ZnO 58 ( ) (Eq. II-2) ( ) (Eq. II-3) - Tension assignée Va

Elle correspond à la tension nominale de fonctionnement appliquée en permanence à la varistance (tension de service). Pour ce point de fonctionnement, la varistance présente un très faible courant de fuite et dissipe donc une énergie négligeable. Le circuit à protéger fonctionne dans des conditions normales. Il faut distinguer la tension assignée en continue VaDC et la tension assignée en régime alternatif 50 Hz

VaRMS (VaDC > VaRMS).

- Tension maximale d’écrêtage Vc

C’est la valeur crête de la tension résiduelle aux bornes de la varistance lorsque celle- ci est traversée par un courant ITM maximal lors de l’application d’une onde

normalisée 8/20 µs.

- Courant maximal admissible ITM

Il s’agit de la valeur maximale de courant qui peut traverser la varistance pour une onde de type 8/20 µs, sans qu’elle ne subisse de dégradation. La valeur du courant maximal admissible dépend de la forme d’onde (8/20 µs, 10/1000 µs, …) appliquée en une ou plusieurs impulsions mais également de la répétition consécutive du nombre de chocs. Cette valeur est caractéristique d’une classe de varistance.

- Energie maximale admissible E

Il s’agit de l’énergie maximale que peut dissiper une varistance lorsqu’elle est soumise à un choc de type 10/1000 µs. Au-delà de cette énergie, un risque de dégradation du matériau est possible (explosion, percement, fracture). Ce type d’onde de « longue durée », est beaucoup plus contraignant au niveau de l’énergie à dissiper. Là encore, certains constructeurs fournissent cette donnée pour une onde rectangulaire d’une durée de 2 ms (standard IEC 60). Pour des formes d’ondes différentes, il est communément utilisé la formule suivante, où Vc est la tension

maximale d’écrêtage, Ip le courant maximum dépendant de la forme d’onde et K un

Chapitre 2 : Varistances ZnO

59

∫ ( ) ( ) (Eq. II-4)

- Puissance moyenne dissipée P

C’est la puissance moyenne maximale que peut dissiper une varistance à considérer au repos et en activité. Cette puissance varie suivant la géométrie et le conditionnement du composant. Au repos, une puissance trop importante à dissiper peut entraîner un emballement thermique de la varistance. La puissance moyenne dissipée dépend principalement de l’énergie de l’impulsion (aire de la forme d’onde), du temps entre plusieurs impulsions éventuelles et de sa répétition. Si l’élévation de température dépasse les caractéristiques prescrites par le fabricant, elle peut endommager la résine d’encapsulation ou conduire à un emballement thermique pouvant détruire ou endommager la varistance. En général, les limites sont fixées par des graphiques exprimant le pourcentage de dégradation de la tension maximum par rapport à l’élévation de température, ou du courant maximum en fonction du nombre et du temps de répétition des impulsions (courbes de déclassement).

- Capacité parallèle Cp

La mesure de la capacité de la varistance est mesurée sous faible tension (1 V) à une fréquence définit par le fabricant. En général, elle est donnée pour une fréquence de 1 kHz.

III ) CONSTITUTION ET STRUCTURE DU MATERIAU

Les varistances sont constituées d’une juxtaposition de cristaux d’oxyde de Zinc agglomérés avec différents oxydes métalliques. Le rôle de ces oxydes est fondamental sur les caractéristiques électriques du matériau final [33] [34] [35]. La varistance à base de ZnO est donc un système multi-matériaux particulièrement complexe.