Ce guide répond à une question d’ingénierie précise : comment un dispositif de protection contre les surtensions DC doit-il être raccordé à l’intérieur d’une boîte de jonction solaire ? Il se concentre sur la position de la dérivation du SPD, les raccordements DC+ et DC−, le chemin de décharge du PE, le routage des conducteurs et la vérification finale du câblage. Il est destiné aux ingénieurs EPC photovoltaïques, aux fabricants de boîtes de jonction, aux assembleurs de tableaux et aux équipes d’approbation technique.
Table des matières
Réponse rapide
Un SPD DC photovoltaïque est normalement raccordé comme une branche de protection en parallèle, et non en série avec le trajet normal du courant PV. Ses bornes de conducteur de protection se raccordent aux nœuds DC+ et DC− concernés, tandis que la borne PE se raccorde à la terre de protection désignée ou au point de liaison équipotentielle.
L’agencement final des bornes, le mode de protection et le point de raccordement doivent correspondre au schéma de câblage du SPD concerné. Le trajet de surtension doit être aussi court et direct que possible, car une longueur de conducteur et des boucles inutiles ajoutent une tension inductive lors d’un événement de surtension. Les principes de sélection et d’installation des SPD PV sont traités dans l’IEC 61643-32 [1].
Architecture complète du câblage du parafoudre SPD dans une boîte de jonction solaire
Dans un coffret de regroupement typique, les chaînes PV arrivent par leurs dispositifs de protection de chaîne dédiés et sont réunies aux points de collecte positif et négatif. Le trajet normal de sortie DC se poursuit ensuite à travers l’organe d’isolement ou de commutation approuvé vers l’onduleur.
Le SPD se dérive de ce trajet de courant normal. En fonctionnement normal, il ne transporte pas le courant de charge du générateur. Lors d’un événement de surtension transitoire, il limite la tension en dérivant le courant de surtension par son trajet de protection conçu à cet effet vers PE.
Comment le SPD se raccorde aux porte-fusibles, isolateurs et disjoncteurs
Ces composants se trouvent dans le même boîtier, mais ils ne constituent pas une chaîne de protection interchangeable unique. Pour la vérification du câblage, la question essentielle est de savoir où se situe chaque composant par rapport au trajet de courant normal et à la branche du SPD.
| Composant | Position dans le câblage | Ce qu'il faut vérifier sur le schéma |
|---|---|---|
| Porte-fusible de chaîne | Installé en série avec le conducteur de chaîne PV applicable | Polarité correcte, affectation des chaînes et raccordement au point de collecte |
| SPD DC | Raccordé en dérivation parallèle depuis les nœuds CC protégés vers PE | Affectation des bornes, mode de protection, point de dérivation et chemin PE |
| Sectionneur CC | Installé en série avec le trajet principal de sortie CC | Quel côté reste protégé lorsque l'isolateur est ouvert |
| Disjoncteur CC | Installé dans le chemin de courant principal ou dérivé prévu | Disposition des pôles, directivité le cas échéant et coordination avec la conception approuvée |
| barre de PE | Raccordement à la liaison équipotentielle de l'enveloppe et au système de mise à la terre du projet | Connexion directe du parafoudre, continuité et évitement des boucles inutiles |
Le fusible de chaîne ne doit pas être automatiquement considéré comme le dispositif de protection de la branche du parafoudre. Lorsqu'une protection de secours distincte pour le parafoudre est requise, son type, son calibre et son emplacement doivent être conformes aux instructions du fabricant du parafoudre et à l'évaluation des courts-circuits du projet.
Où faut-il raccorder la dérivation du SPD ?
Le parafoudre doit être raccordé aux nœuds CC que la conception vise à protéger. Il ne doit pas être inséré en série entre une chaîne photovoltaïque et l'onduleur, comme si le courant de charge normal devait le traverser.
Vérifiez l'emplacement physique du raccordement de la branche du parafoudre, les conducteurs protégés, si l'ouverture d'un sectionneur modifie la zone protégée et si la connexion PE atteint directement le point de liaison désigné.
Comment raccorder DC+, DC− et PE
Les étiquettes des bornes présentes sur le parafoudre lui-même prévalent sur les schémas génériques. Les différents parafoudres PV peuvent utiliser des circuits de protection internes, des agencements de modules et des marquages de bornes distincts. Ce qui suit constitue donc une méthode de vérification et ne remplace en aucun cas la fiche d'instructions du produit.
Connexion CC+
Repérez le nœud de protection positif approuvé sur le schéma. Raccordez-le uniquement à la borne du parafoudre identifiée pour le CC+ ou au chemin de protection positif correspondant. Vérifiez que la connexion est effectuée depuis le côté prévu du fusible, de l'isolateur ou du disjoncteur.
Connexion CC−
Tracez le nœud de protection négatif séparément. Ne présumez pas que le conducteur négatif est relié à la terre. De nombreux champs photovoltaïques fonctionnent avec les deux pôles isolés de la terre ; la topologie du parafoudre doit donc être adaptée au système photovoltaïque réel.
Raccordement PE
Raccordez la borne de terre de protection du parafoudre à la barre PE désignée ou au point de liaison équipotentielle en suivant le chemin spécifié par la conception. Les dispositions relatives à la mise à la terre et au conducteur de protection doivent respecter les règles d'installation en vigueur et la documentation du projet [3][4].
Une polarité correcte est nécessaire, mais insuffisante. Un schéma techniquement conforme doit également indiquer les nœuds de protection prévus, le mode de protection interne du parafoudre et un chemin à faible impédance vers la terre de protection (PE).
Le SPD doit-il être placé avant ou après l’isolateur DC ?
Il n'existe pas de réponse universelle applicable sans le schéma du système. La position correcte dépend des conducteurs et des équipements qui doivent rester protégés lorsque l'isolateur est ouvert.
Parafoudre du côté champ du sectionneur
Cette configuration permet de maintenir une protection contre les surtensions pour les conducteurs et l'équipement du côté champ. Toutefois, la branche du parafoudre peut rester sous tension depuis le champ photovoltaïque après l'ouverture du sectionneur. Les procédures de maintenance doivent tenir compte de cette situation.
Parafoudre du côté onduleur du sectionneur
Cette configuration peut permettre au sectionneur de déconnecter le parafoudre du champ, selon la conception complète du circuit. Elle pourrait ne pas protéger tous les conducteurs en amont lorsque le sectionneur est ouvert.
Protection bilatérale
Certaines architectures système nécessitent une protection coordonnée à plusieurs emplacements en raison de la longueur des conducteurs, du zonage de protection contre la foudre, de l'exposition des équipements ou de l'évaluation des risques du projet. Il s'agit d'une décision de conception système qui ne doit pas être déduite d'un schéma générique de coffret de combinaison.
Marquez clairement la branche du parafoudre et la limite de l'isolateur sur le schéma unifilaire. Vérifiez ensuite l'état sous tension, la zone protégée et l'état d'isolement pour maintenance avant d'approuver la production.
Processus étape par étape de câblage du SPD et de vérification du schéma
- Confirmez les données du circuit PV. Vérifiez la tension CC maximale, la polarité des conducteurs, la configuration des chaînes et l'équipement connecté en aval.
- Ouvrez le schéma de câblage spécifique du parafoudre (SPD). Confirmez chaque marquage de borne et le mode de protection interne. Ne vous fiez pas uniquement à l'apparence du produit pour le câblage.
- Identifiez les nœuds CC protégés. Marquez les points de dérivation exacts CC+ et CC− sur le schéma de la boîte de combinaison.
- Identifiez la limite de l'isolateur. Confirmez quels conducteurs restent sous tension et protégés lorsque l'isolateur CC principal est ouvert.
- Acheminer les conducteurs du parafoudre. Veiller à ce que les chemins du conducteur protégé et du conducteur de protection (PE) soient courts, directs et exempts de boucles inutiles ou de détours brusques.
- Raccorder le point PE désigné. Vérifier la continuité entre la borne PE du parafoudre, la barre PE, la liaison équipotentielle du coffret et la connexion de mise à la terre du projet.
- Vérifiez les exigences de protection de la branche. Lorsque le fabricant du parafoudre exige une protection de secours externe, vérifiez le dispositif spécifié ainsi que son emplacement.
- Inspectez la polarité, le couple de serrage et le raccordement des conducteurs. Référez-vous aux instructions du produit et aux documents de fabrication approuvés pour connaître la section des conducteurs, la longueur de dénudage et le couple de serrage des bornes.
- Enregistrez la configuration finale. Assurez-vous que le plan publié, l'étiquette, la nomenclature et le modèle de parafoudre installé font tous référence au même schéma de câblage.
Comment lire les schémas de câblage des SPD PV 2P et 3P
Les mentions « 2P » et « 3P » ne suffisent pas à elles seules pour valider le câblage. Selon le fournisseur, ces termes peuvent désigner le nombre de modules, la largeur du boîtier ou un circuit interne spécifique.
Avant d'approuver le câblage, confirmez :
- quelle borne est reliée au DC+ ;
- quelle borne est reliée au DC− ;
- quelle borne est reliée à la terre (PE) ;
- si le circuit inclut une protection entre DC+ et DC− ;
- si les éléments de protection forment un circuit en Y ou une autre topologie ;
- si le produit sélectionné est testé pour l'application PV DC prévue selon la norme IEC 61643-31 [2].
Pourquoi Ucpv doit être confirmé avant la mise sous tension du câblage
Cette page ne constitue pas un guide général de sélection des parafoudres PV, mais la vérification de la tension demeure une étape obligatoire pour l'approbation du câblage. Un raccordement correctement dessiné peut néanmoins s'avérer dangereux ou peu fiable si le parafoudre installé n'est pas adapté à la tension PV maximale réelle.
Vérifiez la tension en circuit ouvert du module, le nombre de modules en série ainsi que le calcul de la tension à basse température du projet. Assurez-vous ensuite que la tension Ucpv du parafoudre et le mode de protection interne correspondent à la conception finale. N'approuvez pas un dispositif simplement parce que son étiquette indique « 1000V » ou « 1500V ».
Longueur de raccordement du SPD et cheminement du PE
Le courant de foudre varie rapidement. L'inductance des conducteurs de connexion génère donc une tension supplémentaire lors de la décharge. Pour cette raison, les directives d'application de la norme CEI et les instructions du fabricant du parafoudre exigent généralement des connexions courtes et directes [1].
Lors de l'examen de la disposition des panneaux :
- placez le parafoudre à proximité des nœuds CC protégés et du point de connexion à la terre (PE) ;
- évitez de faire passer les conducteurs CC et PE autour d'appareils non liés ;
- évitez les grandes boucles de conducteurs ;
- évitez tout détour inutilement long avant d'atteindre la barre de terre (PE) ;
- maintenez les conducteurs entrants et sortants disposés de manière à réduire les couplages indésirables ;
- respectez les exigences relatives à la section des conducteurs et aux bornes indiquées dans la documentation du produit.
La disposition acceptable dépend de la norme applicable, de la conception du parafoudre, de la disposition du boîtier et des instructions du fabricant. Consignez le cheminement réel sur le plan de production lorsque la géométrie de connexion influe sur l'homologation.
Erreurs courantes de câblage du SPD dans une boîte de jonction solaire
| Erreur de câblage | Pourquoi c'est important | Correction requise |
|---|---|---|
| Parafoudre (SPD) représenté en série avec la sortie PV | Représentation erronée de la fonction du parafoudre pouvant entraîner un circuit non conforme | Redessiner le parafoudre (SPD) en tant que branche de protection parallèle approuvée |
| Les bornes DC+ et DC− sont supposées à partir de la position du module | L'ordre externe des modules peut ne pas révéler la topologie de protection interne | Utiliser le schéma de bornage et de circuit spécifique au modèle |
| Conducteur PE long ou en boucle | Ajoute une impédance et peut augmenter la tension apparaissant au niveau de l'équipement protégé | Utiliser le chemin de liaison directe le plus court possible |
| Position de l'isolateur non prise en compte | La zone incorrecte pourrait rester non protégée ou être mise sous tension de manière inattendue | Vérifiez les états de protection et d'isolement sur le schéma unifilaire |
| Fusible de chaîne traité comme protection de secours du parafoudre | Les dispositifs pourraient ne pas assurer la coordination requise | Vérifiez les instructions de protection de secours du fabricant du parafoudre |
| Étiquette 1000V ou 1500V acceptée sans calcul | Le parafoudre installé peut ne pas correspondre à la tension PV maximale réelle | Vérifiez la tension du champ photovoltaïque et la valeur Ucpv avant la mise sous tension |
Liste de contrôle finale d’inspection du câblage du SPD dans une boîte de jonction PV
Effectuez ces vérifications avant de valider le dessin, d'approuver un échantillon ou de mettre sous tension le boîtier de combinaison.
Besoin d’une revue du câblage du SPD de la boîte de jonction PV ?
Veuillez partager le schéma unifilaire du coffret de combinaison, la tension PV maximale, la fiche technique du parafoudre (SPD), la position de l'isolateur et la disposition de la mise à la terre (PE). LEEYEE peut vous aider à examiner la connexion du SPD proposée et à identifier les détails nécessitant encore une confirmation de projet.
FAQ sur le câblage du SPD dans une boîte de jonction solaire
Le parafoudre CC est-il connecté en série ou en parallèle ?
Un parafoudre CC photovoltaïque est généralement raccordé en tant que branche de protection contre les surtensions en parallèle. Le courant de charge normal du champ photovoltaïque ne doit pas traverser le parafoudre comme s'il s'agissait d'un fusible, d'un sectionneur ou d'un disjoncteur.
Où le conducteur de protection (PE) du parafoudre doit-il être raccordé ?
Il doit être raccordé à la barre de terre ou au point de liaison équipotentielle désigné dans le plan approuvé. Le cheminement doit être court et direct, tandis que la section du conducteur et le raccordement doivent être conformes aux documents du produit et du projet.
Le parafoudre doit-il être câblé avant ou après le sectionneur ?
Le côté correct dépend de la zone de protection prévue et de la condition d'isolement. Le schéma doit indiquer quel équipement reste protégé et quels conducteurs du parafoudre restent sous tension lorsque l'isolateur est ouvert.
Le fusible de chaîne PV peut-il être utilisé comme fusible de secours du parafoudre ?
Ne partez pas de ce principe. Le fusible de chaîne et la protection de branche du parafoudre remplissent des fonctions différentes. Toute protection de secours externe requise pour le parafoudre doit respecter les instructions spécifiques du parafoudre et l'évaluation de coordination du projet.
Puis-je câbler un parafoudre PV 2P et 3P de la même manière ?
Cela n'est pas sûr sans consulter le schéma du circuit. Le nombre de modules ou de pôles ne révèle pas toujours le mode de protection interne. Utilisez le schéma de raccordement exact correspondant au modèle sélectionné.
Pourquoi faut-il vérifier l'Ucpv sur une page de câblage ?
Parce que des raccordements corrects ne rendent pas un parafoudre mal dimensionné approprié. La tension nominale et le mode de protection de l'appareil doivent être vérifiés avant la mise sous tension du circuit terminé.
Références
- IEC 61643-32, Parafoudres basse tension — Partie 32 : Parafoudres connectés du côté courant continu des installations photovoltaïques — Principes de choix et d'application.
- IEC 61643-31, Parafoudres basse tension — Partie 31 : Exigences et méthodes d'essai pour les parafoudres destinés aux installations photovoltaïques.
- IEC 60364-7-712, Installations électriques basse tension — Exigences pour les installations ou emplacements spéciaux — Systèmes d'alimentation photovoltaïques solaires.
- IEC 60364-5-54, Installations électriques basse tension — Choix et mise en œuvre des matériels électriques — Prises de terre et conducteurs de protection.
- Les instructions d'installation, la fiche technique, le schéma de circuit et les exigences de protection de secours fournis pour le modèle de parafoudre spécifique utilisé dans le projet.
