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Electronique > Bases > Filtre secteur

Dernière mise à jour : 24/12/2017

Présentation

La protection contre les surtensions et les perturbations secteur, qui peuvent affecter la performance et la longévité des appareils, est devenue de plus en plus importante en raison de l'augmentation des parasites et rayonnements électro-magnétiques dans notre environnement. Ces perturbations ne proviennent pas forcement "d'accidents" tels que la foudre. Les réfrigérateurs, climatiseurs, fers à repasser avec thermostat, chaudières, lampes fluo ou halogènes, moteurs, téléphones sans fil, sont autant de sources potentielles de perturbations régulières. L'achat d'un filtre secteur est l'un des achats les plus économiques qui soit, en regard de la protection qu'il apporte, et de l'augmentation de la durée de vie des équipements que vous y raccorderez. N'hésitez pas un instant à investir pour protéger vos équipements sensibles (ordinateur, matériels audio et vidéo) par ce genre de matériel.

Multiprises avec filtre EMI/RFI  Multiprises avec filtre EMI/RFI et parafoudre   Parasurtenseur (ou parafoudre)

Filtre ou parasurtenseur ?

Vous trouverez dans le commerce différents types de multiprises destinées à la protection des équipements : des prises ou multiprises n'intégrant qu'un parasurtenseur (ou parafoudre), d'autres qui n'intègrent qu'un filtre EMI/RFI, d'autres enfin qui intègrent les deux types de protections. De préférence, choisissez ce dernier type de multiprises. Pourquoi ? Parce que la protection "Parasurtenseur" n'est là que pour supprimer les pointes de tension (surtensions), alors que la protection "Filtre" est là pour supprimer de façon continue tous les signaux qui ne sont pas sensés se trouver sur la ligne de distribution du secteur EDF (parasite permanent à 200 kHz par exemple). Les deux types de protection ont donc chacun leur rôle à jouer, elles sont complémentaires.

De quoi est constitué un filtre secteur / parasurtenseur "tout fait" ?

De tout ou partie des éléments suivants :
Certains systèmes très bon marché de protection contre les surtensions du secteur, utilisent une simple varistance, qui la plupart du temps possède un seuil d'action élevé (450 V ou 600 V), et n'est pour cette raison efficace que contre les perturbations d'amplitude supérieure à ce seuil, excluant ainsi toutes perturbations dont l'amplitude est comprise entre la tension nominale (320 V qui correspond à la valeur crête du 230 V efficace) et ce seuil. Evitez ce genre de protection, insuffisante (je n'ai pas dit inefficace) quand elle est utilisée seule. Malgré sa grande efficacité, la varistance était souvent regardée de travers à cause de sa propension relative à exploser ou s'enflammer lors de très forte surtensions. On peut cependant dire que cela arrivait assez rarement, et que cela n'est quasiment plus possible avec les modèles récents. Certains systèmes de filtrage et/ou de protection possèdent plusieurs étage de protection, chaque étage étant destiné à travailler dans un domaine particulier, leur efficacité s'en trouve accrue.

Des chiffres techniques qui (ne) parlent (pas) toujours

J'ignore si j'y prêtais moins attention avant, mais il me semble que de nos jours les fabricants sont plus généreux en termes techniques. Il faut dire qu'il est tellement simple de "noyer" le client sous des appellations qu'il ne comprend pas... Si on peut comprendre une annonce de type "Assurance 275000 euros", il n'est pas aussi évident de savoir à quoi se rapporte la valeur "2700 joules". Voici donc un bref résumé et une brève explication des chiffres qu'on peut trouver sur les systèmes de protection secteur.

Puissance maximale en watts
Elle est quasiment toujours de l'ordre de 3600 W pour l'ensemble des systèmes de protection grand public qui se branchent sur une prise standard "PC16". Et c'est normal car le standard (la norme) limite à 16 A l'intensité de courant maximale disponible sur une prise murale. Et 230 V sous 16 A correspondent à 3680 W. Il s'agit donc d'une limitation qui n'est pas dépendante de l'équipement protecteur, mais du circuit électrique de l'habitation en lui-même (prise murale, prise secteur mâle et cordon secteur).

Tension d'ecrêtage en volt
A l'écriture de ces lignes, la tension secteur EDF est officiellement de 230 Veff +/- 10% (il fut une époque où la tolérance allait de -10% à +5%). Ce qui veut dire qu'en temps normal la tension "officielle" livrée à votre domicile peut être comprise entre 217 Veff (306 V crête) et 253 Veff (356 V crête). L’écrêtage consiste à fixer une limite de tension au-delà de laquelle le système de protection joue le rôle de raboteur. Si la tension qui arrive chez vous dépasse cette valeur de seuil, elle est écrêtée et vos équipements ne voient pas trace de l'élévation de tension puisqu'elle est supprimée avant d'arriver à eux. Il existe des écrêteurs de tension qui commencent à agir à partir de 250 Veff (350 V crête), ce ne sont pas ceux-là qu'il faut privilégier car ils risquent d'entrer très souvent en action et de se fatiguer très vite. Une bonne valeur est comprise entre 300 Veff et 500 Veff. Ces valeurs élevées ne doivent pas vous effrayer car beaucoup d'équipements électroniques supportent une surtension modeste si elle est très brève.

Tension maximale en volts
La tension maximale en volt est la tension que peut supporter l'équipement de protection, elle est forcement très supérieure à la tension d'écrêtage. Une valeur courante est de plusieurs milliers de volts, par exemple 6000 V. Ca peut sembler beaucoup comme ça mais c'est une valeur que l'on pourrait avoir fréquemment sur nos lignes d'alimentation... si la société qui assure la distribution d'énergie (EDF ou autre) ne disposait déjà de parasurtenseurs efficaces.

Courant maximal en ampère
Il s'agit de l'intensité de courant maximale que peut supporter de façon très ponctuelle le ou les éléments de protection avant endommagement irrémédiable. Ce courant peut généralement atteindre plusieurs milliers d'ampères, par exemple 75000 A. Un tel courant ne pourrait pas être supporté de façon permanente, il s'agit de valeurs "de pointe". Une petite remarque concernant la valeur affichée pour les systèmes qui possèdent trois protections (phase-terre, neutre-terre et phase-neutre) : elle correspond à la somme des trois valeurs supportées par chaque élément. Par exemple 75000 A peuvent correspondre à une protection de type 30000 A + 30000 A + 15000 A. Ne pas confondre ces valeurs de pointe avec le courant maximal permanent que l'équipement peut véhiculer et qui le plus souvent est limité à 16 A.

Energie absorbable (dissipable) en joules
Il s'agit de l'énergie totale maximale que les éléments protecteurs peuvent absorber avant "explosion". Là aussi la valeur affichée pour les systèmes qui possèdent trois protections (phase-terre, neutre-terre et phase-neutre) correspond à la somme des trois valeurs supportées par chaque élément. Par exemple 2700 J peuvent correspondre à une protection de type 1080 J + 1080 J + 540 J. Plus la valeur est élevée et mieux c'est car cela signifie que les éléments protecteur peuvent encaisser des plus gros coups et durer plus longtemps.

Temps de réaction en fraction de seconde
Les équipements que l'on souhaite protéger possèdent parfois leur propre protection contre les surtensions mais cette dernière est parfois bien sommaire ou met trop de temps à réagir. C'est le cas notamment des fusibles - même s'ils sont de type "rapides" - qui fondent quand la surintensité de courant induite par la surtension dépasse leur calibre. Le système de protection qu'on ajoute doit réagir très rapidement, de façon instantané si possible. En fait il n'existe pas de protection qui agit de façon instantané, mais on considère qu'un temps de réaction inférieur à 1 ns (un milliardième de seconde) est assimilable à de l'instantané. Certaines protections agissent en 10 ns ou plus, privilégiez celles dont le temps de réaction est inférieur ou égal à 1 ns.

Atténuation RF (EMI/RFI) en dB
Le filtre EMI/RFI est monté en complément des éléments parasurtenseurs (écrêteurs de surtension) et est chargé d'atténuer tous signaux électriques dont la fréquence est élevée, généralement comprise entre 150 kHz et 100 MHz. Ces signaux parasites peuvent provenir d'équipements électroniques ménagers ou d'interphones sans fil ou d'équipements industriels (usine pas loin de chez soi). Le taux d'atténuation s'exprime en décibels (dB), plus la valeur est élevée et mieux c'est. Le facteur d'atténuation de certains filtres grand public est parfois inférieur à 30 dB et peut grimper jusqu'à 60 ou 70 dB pour les plus performants. Pour fixer les choses, disons qu'une valeur supérieure à 50 dB est intéressante, mais que bien sûr la valeur nécessaire dépend beaucoup de la pollution de la ligne à protéger. Si la ligne est fortement polluée, un taux d'atténuation supérieur à 50 dB est recommandé.

Remarques :

Filtres secteur déjà intégrés aux équipements

Une grande majorité des équipements électroniques vendus aujourd'hui, est déjà équipée de filtre secteur. Les filtres installés jouent en général deux rôles : celui de permettre à l'équipement d'être peu ou pas perturbé par les autres équipements générateurs de parasites, et celui de bloquer les parasites que l'équipement lui-même génère. Les photos ci-dessous montre quelques exemples de filtres composés de selfs et de condensateurs, et destinés à être assemblés directement dans un équipement électronique. Les trois premiers sont moulés, le quatrième est réalisé avec des composants traditionnels. Le filtre le plus à gauche possède un interrupteur et un fusible intégrés. 

filtre 10 filtre 11 filtre 12 filtre 13  

Où trouver des filtres secteur tout fait ?

Les filtres secteurs se sont comme qui dirait... généralisés. On en trouve facilement en grande surface, plus besoin de cherchez du côté des revendeurs spécialisés, à moins de rechercher un modèle bien spécifique (un modèle rackable par exemple). Vous pouvez ainsi en trouver chez les revendeurs de matériels informatiques ou même de matériel de bricolage. L'appellation des filtres secteurs diffère selon les revendeurs et le public visé, l'appareil en question pouvant aussi bien être dénommé "Filtre secteur", que "Rampe anti-surtension", "Prise anti-interférences" ou encore "Anti-foudre". Le prix moyen de ce genre d'équipement tourne autour de 15 à 80 euros, selon le type et la marque. Pour ma part, j'utilise plusieurs filtres à la maison : un pour l'ensemble de mon matériel informatique, un pour l'ensemble TV / hifi, et deux pour mes équipements audio. J'ai choisi des modèles de marque connue telles que Merlin Gerin, APC ou Belkin (ce qui peut paraître idiot mais ça me met plus en confiance) à 35 euros pièce environ. Notez pour finir que le prix d'un système de protection peut aussi être relatif au degré d'assurance proposé par le fabricant. Certains en effet veulent tellement mettre en confiance l'acheteur, qu'ils proposent des assurances pouvant couvrir plusieurs dizaines de milliers d'euros de matériel en cas de détérioration avérée malgré l'utilisation de leur produit... même si ce dernier ne coûte "que" 30 euros (pour que l'assurance fonctionne, certaines procédures doivent être suivies, selon indications données par le fabricant).

Exemples de filtres secteur (composants électroniques)
Entre la barette multiprises et le filtre à faire soi-même avec des selfs et des condensateurs, on trouve des filtres prêts à l'emploi (du même type que ceux vus au paragraphe FIltres intégrés aux équipements) :

filtre_secteur_schaffner_fn2010 filtre_secteur_schaffner_fn680

Dans le monde audio, les filtres les plus efficaces sont ceux qui possèdent des selfs à noyau droit de mode différentiel en sortie (côté charge) tels que les modèles SCHAFFNER FN680, SCHAFFNER FN9675 ou encore SCHAFFNER FN2080. Le FN680 comporte deux étages, un premier pour filtrage en mode commun, et un second pour filtrage en mode différentiel. Le FN9675 ne filtre qu'en mode différentiel. Un transformateur d'alimentation quant à lui assure une bonne réjection de mode commun, ce qui explique que le FN9675 associé à un transfo d'alim linéaire fait l'affaire. En revanche avec une alim à découpage, mieux vaut utiliser un filtre assurant filtrages de mode différentiel et de mode commun.

Exemples pour les appareils analogiques possédant une alim linéaire avec transformateur abaisseur de tension (préampli et ampli, platine disque vynil, platine K7...) :
Exemples pour les appareils numériques ou mixtes possédant une alim à découpage (lecteur CD / DAT / DVD / TV...) :

Remarque/conseil : mettre deux filtres secteur en série pour "améliorer les performances" est inutile, l'effet risque même d'être néfaste.

Peut-on faire un filtre secteur ou parasurtenseur soi-même ?

Oui, on peut fabriquer soi-même un filtre secteur à base de selfs et de condensateurs. Mais attention, l'usage de condensateurs spéciaux est requis, il faut en effet des condensateurs capables de supporter la présence du secteur de façon continue, tout en garantissant un isolement parfait et tenant bien dans le temps. Si vous cherchez de tels condensateurs, cherchez du côté des condensateurs de classe X2. Un exemple de filtre secteur simple à réaliser est donné à la page Filtre secteur 001. N'oubliez cependant pas que ce type de montage est en contact direct avec le secteur EDF, et que toutes les précautions d'usage quant à sa réalisation nécessitent une grande prudence et une bonne connaissance des risques. Si vous ne vous vous sentez pas en pleine confiance avec ce genre de montage, ne le réalisez pas et achetez un filtre tout fait !

Remarque : la valeur des composants attribués aux filtres dépend de plusieurs paramètres qu'il n'est pas toujours facile d'évaluer car dépendant des installations électriques et des équipements qui y sont raccordés (en particulier les impédances de source et charges). Les valeurs indiquées dans les schémas de filtres secteur proposés sur ce site (mais aussi ailleurs) sont des valeurs de départ qui peuvent nécessiter un ajustement.

Quelle fréquence de coupure choisir ?
Une question revient souvent : pourquoi choisir une fréquence de coupure aussi élevée que 150 kHz ou 1 MHz, alors que le filtre secteur est censé filtrer un signal de 50 Hz ou 60 Hz à l'origine ? Pourquoi ne pas chercher à limiter les signaux de fréquence indésirable situés à partir d'une fréquence plus basse, de quelques kHz ou quelques dizaines de kHz ? Cela devrait limiter les risques de perturbation liés à des systèmes "indélicats" tels que certains systèmes de commande d'ascenseur (argh, en plein dans la bande audio) et compteur intelligent Linky de ERDF/Enedis (non, les signaux de ce compteur ne se trouvent pas dans la bande audio. On veut filtrer pour une autre raison...).
Le problème n'est pas si simple. Les fils du secteur servent en effet de support à une source de tension 50 Hz (ou 60 Hz si on s'éloigne suffisamment de son petit quartier) qui pourrait avoir une belle forme sinus, mais ce n'est jamais le cas. Et ce n'est pas seulement à cause des perturbateur RF (radio-fréquence) des systèmes sans fil. On y trouve aussi d'autres cochonneries qui reflètent (et confirment) le mauvais état du 50 Hz : les "raies" harmoniques parasites s'étalent bien au-delà du 50 Hz. Si on veut faire fléchir le niveau des perturbateurs de "fréquence modérée" à partir de quelques kHz seulement, on va rencontrer quelques difficultés :
- augmentation de la taille et du poids des composants (selfs et condensateurs, en particulier)
- échauffement plus élevé des composants du filtre, en utilisation normale (vieillissement plus rapide).
- phénomène de résonance autour de la fréquence de coupure, pouvant provoquer des surtensions ponctuelles ou permanentes (augmentation du niveau de l'harmonique H5, par exemple, si le filtre est calculé pour couper à 250 Hz).
Alors oui, bien sûr c'est possible. Mais la boîte où caser les composants sera forcément plus grosse et son coût de revient nettement plus élevé, et il faudra être équipé pour faire des mesures d'efficacité pertinentes !

Simple écrêteur de tension
Vous pouvez aussi envisager la construction d'un limiteur de surtension, dont le composant principal est une varistance ou un autre composant de protection comme le parasurtenseur (surge arrest en anglais). Le composant rouge en forme de disque sur la photo ci-dessous est une varistance, et permet de limiter les surtensions. Il en existe de différentes tensions nominales et courants maximaux, il faut choisir le modèle adapté à l'application envisagée (modèle photo = 250 V / 40 A, 4000 A en pointe). Par exemple, pour le secteur 230 V, on peut utiliser un modèle 275 V.

varistance 1  Parasurtenseur 90V 5KA

La deuxième photo montre un parasurtenseur, modèle Siemens 90 V / 5000 A. Ce composant permet aussi de limiter les surtensions en les écrêtant (je simplifie en disant "écrêtant", car le fonctionnement d'un tel composant n'est pas tout à fait identique à celui d'un simple écrêteur). Le modèle Siemens montré ici est dédié à la protection de lignes de communication, et ne peut pas être utilisé sur une ligne secteur EDF.

Courant maximal du filtre, en régime permanent

Un filtre secteur doit être étudié pour un usage particulier, et pour un courant nominal donné. Le fameux "qui peut le plus peut le moins" ne signifie pas qu'un filtre prévu pour un "courant fort" sera aussi efficace s'il est utilisé sous un "courant faible". N'utilisez pas un filtre secteur 16 A pour alimenter une platine disque qui ne consomme que 30 W (moins de 1 A); pour cette dernière, utilisez plutôt un filtre 1 A. Evitez d'utiliser un filtre général dans la distribution électrique (en sortie compteur) et préférez un filtre individuel pour chaque appareil à protéger. Le filtre doit être au plus proche de l'équipement à protéger, pour que la longueur de câble entre la sortie du filtre et l'entrée secteur de l'appareil soit la plus courte possible. Bien évidement, l'ajout d'un filtre éventuel ne concerne que les appareils qui n'en sont pas déjà doté en interne, puisqu'il est toujours déconseillé de placer deux filtres secteurs en série.

Fuites de courant vers la terre ?
Un filtre secteur avec connecteur de terre présente un courant de fuite plus ou moins élevé, selon son "calibre" et les composants utilisés. Ce courant de fuite est principalement causé par les condensateurs placés entre phase et terre et entre neutre et terre (bien que ces deux derniers conducteurs soient normalement reliés ensemble chez le fournisseur d'énergie). Les condensateur en effet n'ont pas une résistance d'isolement (résistance parallèle) parfaite (infinie), et la différence de potentiel à leurs bornes crée un petit courant de fuite qui s'écoule à la terre. Dans certains cas, la multiplication des filtres secteurs peut provoquer un déclenchement du disjoncteur différentiel 30 mA. A titre d'exemple, le filtre secteur SCHAFFNER FN2070-10-07 (modèle 10 A) présente un courant de fuite de 0,73 mA.

Présence d'une terre indispensable ?

La terre est souvent considérée comme une grosse poubelle. Toujours est-il qu'elle reste le chemin par où doivent s'écouler les surtensions, parasites HF, donc elle est nécessaire. Même si dans certains cas le fait de la déconnecter est "bénéfique" pour résoudre certains problèmes (boucle de masse entre des équipements audio par exemple), il n'est pas question de la supprimer ! La supprimer conduit à des dangers potentiels que vous ne pouvez ni devez ignorer ! Pour les équipements qui ne possèdent pas de prise de terre, le problème est différent car ils n'appartiennent pas aux mêmes classes de protection.

Protection téléphone / TV / informatique

Certains filtres secteur disposent de connecteurs supplémentaires pour la protection des équipements domestiques raccordés par autre chose que le secteur : ligne téléphonique (via connecteurs RJ11 ou RJ45), câble coaxial d'antenne TV (via connecteurs coaxiaux) par exemple. Je conseille l'utilisation d'une telle protection pour votre ligne téléphonique, si le câble de votre opérateur téléphonique qui arrive à votre habitation n'est pas enterré et donc plus exposé aux surtensions liées à la foudre. Personnellement, j'habite une ville où les câbles téléphoniques sont enterrés, mais je préfère tout de même toujours utiliser une protection pour mon accès téléphonique / ADSL. Sans doute parce que je garde en mémoire ces arcs électriques courant le long du fil téléphonique, sous la véranda et à l’intérieur de la maison, vu de mes yeux vu quand j'étais adolescent (ça ne se voit plus, ce genre de chose, n'est-ce pas). Si vous avez des doutes sur la compatibilité du filtre ou parasurtenseur téléphonique avec les signaux ADSL de votre accès internet, demandez conseil à votre revendeur. Pour la protection de liaisons informatiques telles que Ethernet, RS232, RS422, il vaut mieux se tourner vers des parasurtenseurs dédiés.
Remarque : certains pensent qu'il est dangereux d'utiliser une multiprise protégée possédant dans le même boitier une protection pour ligne DSL, RTC ou TV, en argumentant qu'il y a plus de risques de ramener via le secteur, des cochonneries sur ladite ligne protégée. Il est vrai que le risque de surtension sur une ligne tel enterrée est plus faible et que l'on pourrait penser qu'il est inutile de la protéger une fois arrivée chez soi. Je pense pour ma part qu'il faut toujours protéger la ligne tel, car la quantité de câble sorti de terre (pour arriver chez vous) peut être suffisante pour capter suffisamment d'énergie en cas de coup de foudre proche (par induction électromagnétique). Maintenant, en ce qui concerne le choix du type de parasurtenseur (protection ligne autonome ou intégrée à une multiprise secteur), je n'ai pas d'avis.

Ne filtrer qu'une partie des équipements ?

Il est nécessaire de filtrer le secteur pour tous les appareils qui sont reliés entre eux (installation de home-studio ou home-cinéma par exemple), sans quoi les appareils filtrés seront pollués (via les câbles de liaison) par ceux qui ne le sont pas. Si vous disposez d'une prise multiple qui ne possède que quatre emplacements et que vous devez relier cinq appareils, il est préférable d'ajouter une prise multiple additionnelle standard sur un des quatre connecteurs de libre. S'il vous manque deux prises ou plus, préférez alors l'achat d'un seconde prise multiple avec protection, de préférence identique à la première.

Appareil éteint = encore plus de ronflette ?

(ce paragraphe n'est pas vraiment lié aux filtres secteur, mais si vous êtes arrivé ici, ce point pourrait aussi vous intéresser...).
On peut observer dans certaines installations, une modification du niveau de bruit de fond et de ronflette secteur, quand un ou plusieurs appareils sont éteints. Cela se produit quand les équipements alimentés par un secteur sans prise de terre sont dotés d'un interrupteur monopolaire, qui ne coupe qu'un seul fil du secteur (phase ou neutre) au lieu des deux (phase et neutre). Dans une telle situation, la solution au problème peut consister à :
- remplacer l'interrupteur monopolaire par un interrupteur bipolaire, qui coupe les deux fils (phase et neutre) du secteur;
- ajouter un interrupteur bipolaire dans le trajet du cordon secteur de l'équipement;
- inverser le sens de la prise d'alimentation (inversion phase et neutre).