Protection contre les surtensions pour un générateur PV couplé au réseau

En règle générale, les mesures de protection coordonnées contre les surtensions pour un générateur PV couplé au réseau comprennent des parafoudres placés du côté DC et du côté AC du système PV. Si, au niveau du circuit, la distance entre le parafoudre et l’onduleur DC-AC est trop grande, la propagation de surtensions peut conduire à des oscillations. C’est ainsi que des coups de foudre à proximité d’un système PV induisent une surtension dans le câblage entre le parafoudre et l’onduleur. C’est pourquoi il est recommandé d’installer des parafoudres supplémentaires le plus près possible de l’onduleur PV si la distance entre le champ de modules et l’onduleur ou l’onduleur et le point d’alimentation de l’installation est supérieure à 10 mètres. Si le système PV est équipé d’une unité de saisie et de traitement de données, les circuits de communication doivent également être protégés par des parafoudres adéquats. Jusqu’ici, les normes d’installation telles que IEC 60364-5-53 et NF EN 61643-12 ainsi que les normes produits pour parafoudres telles que NF EN 61643-11 ne couvraient que les applications en courant alternatif des parafoudres. C’est pourquoi dans cet article, l’accent a été mis principalement sur l’utilisation spécifi que de parafoudres du côté courant continu d’un générateur PV.

Exigences de protection contre la foudre relatives aux parafoudres placés du côté courant continu

Les exigences spécifiques relatives aux parafoudres placés du côté courant continu de systèmes PV sont analysées au travers de simulations par ordinateur et d’essais de laboratoire. Les conséquences sur les méthodes d’essai particulières pour de tels parafoudres y sont également traitées.

Impulsion de courant (courant de foudre partiel) Iimp pour SPD Type 1

Comme indiqué plus haut, le système de protection contre la foudre et les parties métalliques du champ des modules doivent être reliés entre eux, lorsqu’un champ de modules est protégé par un système de protection contre la foudre et que la distance de séparation “s” ne peut pas être respectée. Dans ce cas, des courants de foudre partiels s’écoulent au travers des parties métalliques du système PV. La fig. 2 montre la répartition possible du courant de foudre dans une telle installation. Lorsqu’un coup de foudre direct frappe le système de protection contre la foudre, il se produit une différence de tension importante entre l’équilibrage de potentiel au niveau du toit et la “terre de référence” des conducteurs “plus” et “moins”.

À cause de cette différence de potentiel, les parafoudres situés sur les bornes DC du champ de modules sont activés et des courants de foudre partiels s’écoulent au travers des parafoudres et des conducteurs “plus” et “moins” vers la “terre de référence” de l’onduleur. Dans ce cas, les parafoudres écoulent des courants de foudre partiels aux deux extrémités du conducteur DC. L’impulsion de courant nominale Iimp pour de tels parafoudres, qui selon la norme NF EN 61643-1 sont désignés comme étant des SPD de type 1, doit correspondre à la charge attendue sur le lieu d’installation. La répartition du courant de foudre peut être calculée d’après les méthodes décrites dans les normes NF EN 62305 partie 1 et partie 4.

Des simulations par ordinateur peuvent constituer un moyen utile pour évaluer la répartition du courant de foudre. Dans ce cas, il est nécessaire de transformer l’installation réelle en un schéma équivalent comme décrit dans l’exemple de la fig. 2. Ainsi par ex. à la fig. 2 correspond le schéma équivalent de la fig. 3. Lorsque le courant de foudre est conduit à la terre, celui-ci se répartit entre les conducteurs de descente et les lignes électriques au travers d’un parafoudre de liaison.

Pour le calcul de la répartition du courant de foudre à l’intérieur de l’installation, on tiendra compte, dans la fig. 2, des chemins suivants menant à la terre :

• quatre conducteurs de descente du système de protection contre la foudre
• connexion de mise à la terre du champ de modules
• deux lignes courant continu

Fig. 2

Fig. 3

Si on néglige l’impédance des parafoudres et si on admet que les conducteurs de descente du système de protection contre la foudre et les lignes électriques sont de même longueur, la répartition du courant peut être évaluée à l’aide de la formule simplifiée suivante :

n = nombre total de chemins parallèles.

En se basant sur cette formule, on peut déterminer les valeurs de Iimp pour les parafoudres (voir tableau 2) en fonction des différents niveaux de danger (NPF) et des différentes valeurs du paramètre n.