Partie 1:
Ce qu’il faut savoir
Caractéristiques utilisées
• ISC : courant de court-circuit de la chaîne.
• ISC MAX : courant de court-circuit de la chaîne lié au sur ensoleillement.
• IRM : courant inverse maximum admissible.
• In : calibre ou courant nominal du fusible (à 25 °C dans un socle RM).
• Nc : nombre de chaînes en parallèle.
• Ue : tension d'utilisation maximale du fusible.
• UOC MAX : tension maximale circuit ouvert en condition de température minimale.
Quand protéger ?
Il faut protéger les chaînes PV contre les surintensités si le courant délivré par l'ensemble moins une, des chaînes en parallèle est supérieur au courant inverse supporté par le type de modules mis en œuvre dans ce générateur.
Comment protéger ?
La protection contre les surintensités est à assurer sur les deux polarités, installation DC raccordée ou non à la terre de façon fonctionnelle.
Partie 2:
Les surintensités d’un générateur photovoltaïque
Court-circuit total d’un générateur photovoltaïque :
Contrairement aux autres sources d’énergie, un court-circuit d’un générateur PV complet sans dispositif de stockage ne génère pas de surintensités dangereuses dans celui-ci.
Le courant de défaut va être limité à Isc total du générateur.
L’ensemble des canalisations et équipements doivent être dimensionnés pour cette éventualité, afin justement de ne pas à mettre en œuvre de dispositions de protection complexe et sans grand intérêt.
Court-circuit partiel du générateur :
Si un défaut de court-circuit interne au générateur PV est établi (figure 1), il va réduire la tension utile de la chaîne en défaut et lui faire subir des surintensités inverses dangereuses pour les modules, fournies par : -l’une ou plusieurs chaînes en parallèles, -des sources externes comme les accumulateurs, -ou les deux.
Les courts-circuits dans les modules peuvent s’établir dans les boîtes de jonction, le câblage, suite à un défaut de terre dans le réseau du générateur.
De même, il est impératif d’envisager un « claquage » d’une protection foudre du générateur ou de l’onduleur, voire de l’onduleur lui-même.
figure 1
Uc1>Uc2 Ir=(n-1)xIsc
Exemple:
Ce court-circuit partiel peut être assuré par deux défauts de masse dans une installation isolée de la terre (figure 2)
figure 2
ou par un défaut de masse dans une installation où une polarité est raccordée à la terre pour des raisons fonctionnelle (figure 3).
figure 3
Dans cette éventualité, une surintensité dangereuse pour les modules peut apparaître : le courant de boucle s’élève à Idéfault ≈ n IscSTC et le courant inverse dans la chaîne en défaut à IR ≈ (n - 1) IscSTC.
Partie 3:
A. Données nécessaires pour déterminer par calcul une protection pour le photovoltaïque
M = nombre de modules en série dans une chaîne
N = nombre de chaînes en parallèle
Pour le module utilisé :
IRM = courant inverse maximal d'un module
Nota: le module est testé suivant la norme 61730-2 à une valeur égale à : 135 % x IRM pendant 2 heures : le module doit supporter cette contrainte
Voc STC = tension circuit ouvert
Isc STC = courant de court-circuit
STC = conditions standards de test = illumination de 1 000 W/m2 masse de l'air 1,5 température de la cellule 25 °C
B. Présence de fusibles au niveau de la chaîne
Une ou deux chaînes en parallèle : les fusibles ne sont pas nécessaires
Exemple avec deux chaînes en parallèle:
Ir = (n-1)xIsc = (2-1)x12,56 = 12,56A
donc avec deux chaînes en parallèle
Ir = Isc !
Trois chaînes ou au-delà en parallèle: le nombre maximal de chaînes en parallèle sans protection électrique est obtenu selon la formule suivante :
Exemple:
N ≤ (1 + IRM / ISC stc)
N ≤ (1 + 25 / 12,56)
N ≤ (1 + 1,9904….)
N ≤ 3
3 chaînes en parallèle maximum sans fusibles
fusibles obligatoires si Nb de chaîne > 3
C. Emplacement des fusibles dans les chaînes
L'usage habituel est de mettre un fusible sur chaque polarité (positive et négative) pour chaque chaîne en cas de configuration de circuit flottant, et un seul sinon.
Protection bipolaire
Quel que soit le réseau d.c. polarisé ou flottant, la protection contre les courants inverses doit être assurée sur les deux polarités « + » et « - ».
Recommandé d’associer ces fusibles à des sectionneurs fusibles adaptés pour assurer le remplacement éventuel des fusibles en toute sécurité (IP2X ou IPxxB, pour plus d'information, cliquez sur ce lien pour accéder au poste indice de protection IP2X).
Cette opération devant se faire impérativement hors charge.
Prévoir un interrupteur sectionneur qui assure la coupure en charge du générateur PV amont et le sectionnement de sécurité (distance d’isolement, garantie des lignes de fuites, coupure certaine ou visible…).
Dans une installation accessible par du personnel autre que qualifié ou averti, l’accès au sectionneur fusible, parafoudre et autres appareils n’ayant pas de pouvoir de coupure doit être asservi à l’ouverture d’un interrupteur qui autorise l’accès à ces matériels.
D. Tension nominale requise pour les fusibles gPV
L'annexe BB de la norme CEI 60269-6 fournit l'information nécessaire à la détermination de la tension nominale des fusibles gPV à choisir.
Cette tension doit tenir compte de la tension en circuit ouvert de la chaîne à la plus basse température dans l'application
Ue ou Un > UOC MAX
En absence d'information complémentaire, prendre UOC MAX = 1,2 Uoc
Voc STC de la chaîne = M x Voc STC d'un module
À -25 °C la tension en circuit ouvert atteint 1,2 fois Voc STC
En conséquence la tension nominale du fusible doit être:
≥ 1,2 x Voc STC de la chaîne
≥ 1,2 x M x Voc STC d'un module
Nota : la table 104 de la norme CEI 60269-6 impose des tests de coupure menés à la valeur moyenne de la tension de rétablissement fixée à 100 (0 - >+5 %) de la tension nominale du fusible.
Ces conditions sont les mêmes que celles définies dans les normes UL 248-19. Donc le coefficient 1,2 est applicable pour les deux normes CEI et UL
Exemple:
≥ 1,2 x Voc STC de la chaîne
≥ 1,2 x M x Voc STC d'un module
Ue (tension emploi) = Un (tension nominale)
Ue ≥ 1,2 x M x Voc STC d'un module
Ue ≥ 1,2 x 20 x 43,4
Ue ≥ 1,2 x 20 x 43,4
Ue ≥ 1041,6V
E. Courant nominal requis pour les fusibles gPV
L'annexe BB de la norme CEI 60269-6 fournit l'information permettant de déterminer le courant nominal des fusibles gPV à choisir.
Le même calcul doit être entrepris pour les fusibles gPV au niveau d'une chaîne comme pour ceux au niveau du coffret de jonction de regroupement ou à l'entrée de l'onduleur.
Avec une température ambiante dans le coffret, inférieure ou égale à 45 °C, le courant nominal du fusible doit être supérieur ou égal à : 1.4 x Isc STC selon la norme CEI 60269-6.
Comme en pratique la température à l'intérieur des coffrets peut monter jusqu'à 65 °C voire plus, un déclassement est nécessaire.
Nota : la norme NF C recommande 1.56 x Isc STC pour des températures ambiantes en dessous de 50 °C à l'intérieur des coffrets.
Correction due à la température ambiante :
F. Protection des modules contre les courants inverses
La norme CEI 60269-6 spécifie que les tests de vérification des courants de fusion conventionnelle sont considérés comme donnant des résultats satisfaisants en fonctionnement à 1.35 In pendant 2 heures.
Les caractéristiques temps-courant des fusibles gPV sont conformes aux balises suivantes : courant de non fusion = 1,13 x In du fusible courant de fusion = 1,35 x In du fusible
D'un autre côté, on a vu dans le paragraphe A que les modules sont testés selon la norme 61730-2 à une valeur égale à 135 % x IRM pendant deux heures.
Conclusion pour la protection des modules :
Pour protéger les modules contre les courants inverses nous devons vérifier que 1,35 x In du fusible (courant certain de fusion) est inférieur ou égal à 1,35 x IRM (tenue certaine du module).
L'utilisateur doit simplement s'assurer que :
In (courant nominal du fusible) doit être inférieur ou égal à IRM (courant inverse maximal de tenue des modules)
G. Fusibles gPV au niveau regroupement
On applique les règles vues aux paragraphes D et E pour la détermination des tensions nominales des fusibles gPV.
L'utilisateur s'assure simplement que les courants nominaux calculés sont tels que la protection des câbles en surcharge est satisfaite.
Information des IRM données par les constructeurs de modules photovoltaïques
Certains fabricants de modules précisent un courant inverse maxi à peu près égal au courant nominal de court-circuit et un calibre de fusible nettement plus élevé.
Lorsque le constructeur défini un fusible maxi, cette donnée doit être prise en compte.
Exemple:
Mais en cas de doute sur le type exact du fusible, ceci est impérativement à clarifier avec le « service client » du fabricant des modules.
Partie 4:
A. Choix de la protection en cas de sur ensoleillement
L’exploitation du fusible au-dessus de sa caractéristique nominale doit être évitée.
Cette zone critique est la zone entre le courant nominal et le courant de non-fusion (Inf).
Le courant nominal In du fusible PV de la chaîne doit être supérieur au courant maximal d’exploitation de la chaîne, qui varie de 1,25 à 1,6 IscSTC selon les conditions climatiques et l’ensoleillement.
Les fusibles PV ne doivent pas fonctionner, ni dégrader l’installation en conditions normales d’utilisation afin d’éviter les pertes d’exploitation.
Afin de répondre à ce besoin, le courant nominal In du fusible est choisi à 40 % au-dessus de Isc de la chaîne PV.
catec-pv 034 a f
Inf : courant de non fusion des fusibles
If ou I2 : courant maximum de fusion des fusibles
In ≥ 1,4 IscSTC
Ne jamais remplacer un fusibles gPV par un fusible de caractéristiques différentes, exemple: remplacer un gPV par gG !
B. Choix de la protection en fonction de la tenue des modules en courant inverse (IRM)
Le courant IRM, selon la norme IEC 61730, correspond à un essai de 2 heure à 1,35 IRM ; ainsi, la protection est assurée si le fusible choisi fonctionne correctement avant cette valeur de 1,35 IRM.
Le temps conventionnel de coupure If (ou I2) d’un fusible est de 1 heure, soit au-dessous des 2 heures du module, ce qui procure une marge de sécurité en donnant un courant maxi de fusible pour un module spécifique.
Les différents types de fusibles ayant des temps et des courants conventionnels de fusion différents, il est nécessaire de valider avec les règles de coordination mentionnées ci-après.
In ≤ 0,85 IRM pour les fusibles gR, gS ou gG ≥ 16 A In ≤ 0,7 IRM pour les fusibles gG < 16 A
Les fusibles « gPV », conformes à la future norme CEI 60 269-6, établissent la protection PV, If =1,45 In et peuvent être choisis à In ≤ IRM.
catec-pv 035 a f
Inf : courant de non fusion des fusibles
If ou I2 : courant maximum de fusion des fusibles
If ≤ 1,35 IRM ou In ≤ IRM
C. Choix de la protection des canalisations du générateur
Le choix de la protection de la canalisation consiste à définir un fusible qui va éliminer une surintensité avant que cette dernière ne dégrade la canalisation par échauffement.
Cette disposition est assurée si le courant de fusion du fusible est inférieur à 1,45 fois le courant admissible dans cette canalisation (Iz).
Cette valeur de courant Iz doit prendre en compte l’ensemble des coefficients de déclassement habituels tels que la température ambiante, le nombre de canalisations en parallèle, etc.
catec-pv 036 a fr
Inf : courant de non fusion des fusibles
If ou I2 : courant maximum de fusion des fusibles
In ≥ 1,4 I groupe = N x 1,4 I chaîne
If ≥1,45 Iz
Synthèse:
D. Pouvoir de coupure des fusibles photovoltaïques
Les fusibles PV de chaînes doivent avoir un pouvoir de coupure supérieur ou égal au courant maximum de défaut du système PV.
Une valeur de 25 kA d.c. est recommandée pour prendre en compte d’éventuelles dispositions de stockage d’énergie ou des retours éventuels de puissance du réseau de distribution.
E. Type de fusibles à mettre en œuvre
Les fusibles PV doivent être choisis avec une courbe de type usage général « g », car ils ont à interrompre en toute sécurité l’ensemble de la plage des courants, de la valeur minimale de fusion au maximum du pouvoir de coupure.
Les fusibles de la série « a » (type accompagnement) sont totalement inadaptés et ne doivent en aucun cas être utilisés, car ils présentent des risques de non gestion d’arc en dessous de leur pouvoir de coupure minimum.
L’utilisation de fusibles inadaptés dans une installation PV peut provoquer beaucoup plus de désordre que le niveau de protection recherché.
Partie 5:
Aller plus loin !
Vous pouvez lire le post concernant les fusibles via ce lien.
Comments