Introduction
Alors que la production d'énergie photovoltaïque et les systèmes de stockage d'énergie deviennent de plus en plus répandus dans les applications résidentielles et commerciales, les onduleurs se sont imposés comme le pivot central de toute la chaîne d'alimentation. Dans la pratique, cependant, de nombreux intégrateurs et propriétaires de systèmes installent des dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) uniquement du côté CC, négligeant les risques de surtension tout aussi importants présents du côté CA, laissant le circuit CA sans protection adéquate et créant une lacune critique dans la défense globale du système contre la foudre et les surtensions.
Avez-vous besoin d'un parasurtenseur pour les systèmes à onduleur ?
La bonne réponse n'est généralement pas “toujours” ou “jamais”. C'est “oui, lorsque l'exposition à la surtension et les conséquences le justifient”, et c'est souvent le cas des systèmes à onduleur.
Exposition et facteurs de risque
Commencez par poser trois questions :
Quelle est la taille de l'environnement d'intervention ? Les sites dotés de conducteurs extérieurs, de longues lignes d'alimentation, de lignes aériennes et les régions sujettes à la foudre sont plus exposés.
Quelle est la gravité d'un échec ? Les onduleurs sont généralement des assemblages de grande valeur dont le coût d'immobilisation est élevé (interruption du processus, envoi de services, risque de garantie).
Où l'énergie de surtension entre-t-elle dans le système ? Le courant alternatif n'est pas le seul chemin - les liaisons, les longs câbles de commande et les charges de commutation adjacentes peuvent injecter des transitoires.
Pour les panneaux OEM, les “tueurs silencieux” les plus courants sont les commutations internes et le couplage avec des équipements voisins à dV/dt élevé, et non les coups de foudre spectaculaires. C'est pourquoi une protection échelonnée (service → distribution → équipement) est souvent plus réaliste qu'un dispositif unique à l'entrée.
Systèmes de mise à la terre : Considérations TN, TT, IT
Votre dispositif de mise à la terre modifie ce qui est “normal” et ce que des événements anormaux peuvent faire à un SPD.
Systèmes TN fournissent généralement une référence solide à la terre/PE par le biais de l'alimentation, mais l'intégrité du neutre et la qualité de la liaison restent importantes pour les événements en mode commun.
Systèmes TT peuvent subir des variations de tension neutre-terre plus prononcées sous l'effet de certains défauts, ce qui accroît l'importance du choix d'une tension nominale qui résiste aux surtensions temporaires (TOV).
systèmes informatiques tolèrent souvent un premier défaut sans déconnexion immédiate ; cela peut modifier la durée de persistance des conditions de surtension, ce qui place à nouveau le comportement TOV au premier plan de vos spécifications.
La conclusion pratique n'est pas “un système de mise à la terre nécessite des SPD et un autre non”. C'est que votre système de mise à la terre affecte le risque de TOV et le mode de protection SPD requis (L-N, L-PE, N-PE) ainsi que la coordination. Si vous n'en tenez pas compte, vous risquez de vous retrouver avec un fonctionnement nuisible ou un dispositif qui se dégrade silencieusement.
Points de service, de distribution et d'alimentation des onduleurs
Pensez en termes de zones plutôt qu'en termes de point d'installation unique :
Entrée de service / origine de l'installation: là où les surtensions externes et l'énergie de défaut sont les plus élevées.
Distribution et sous-panelsles zones où les transitoires de commutation sont fréquents et où l'on peut segmenter l'exposition en fonction de la source d'alimentation.
Alimentation de l'onduleur / bornes de l'onduleurLes systèmes d'alimentation en énergie sont des systèmes d'alimentation en énergie qui permettent de protéger l'électronique de puissance en utilisant la tension de passage la plus basse possible.
Point clé à retenir: Si vous avez de longues lignes d'alimentation, une activité de commutation élevée ou des conséquences importantes en termes de défaillance, considérez l'emplacement du SPD comme une décision d'architecture, et non comme un élément de ligne.
Protection stratifiée (type 1/2/3)
La stratification est importante parce qu'un seul dispositif ne peut pas être “le meilleur en tout”. Une capacité énergétique élevée et une faible tension de passage ne constituent pas le même objectif de conception.
SPD de type 1 au niveau du branchement (avec/sans LPS)
Utilisez un SPD de type 1 où vous devez gérer des événements à haute énergie à l'origine, en particulier si le bâtiment est équipé d'un système de protection contre la foudre (LPS) ou s'il est autrement exposé au courant de la foudre.
À cet endroit, vous contrôlez principalement la quantité d'énergie de choc autorisée dans l'installation, de sorte que la robustesse en amont est la priorité.
SPD de type 2 sur les alimentations et les sous-panneaux des onduleurs
SPD de type 2 sont le cheval de bataille de la protection au niveau de la distribution. Pour les systèmes d'onduleurs, l'emplacement le plus utile est généralement :
au niveau du sous-panneau alimentant l'onduleur, ou
dans la section d'alimentation de l'onduleur du panneau de commande, aussi près que possible du disjoncteur d'alimentation et du point de mise à la terre.
C'est là que l'on obtient souvent le meilleur compromis : une bonne capacité de courant de choc avec des niveaux de protection appropriés pour l'électronique en aval, à condition que le câblage soit fait correctement.
Type 3 SPD aux bornes sensibles
SPD de type 3 est le point d'utilisation : il s'agit des derniers mètres où la tolérance de l'équipement est la plus faible.
Dans la pratique, le type 3 est le plus pertinent dans les cas suivants :
l'onduleur ou son système de contrôle possède des bornes très sensibles,
l'équipement est physiquement éloigné de l'étage de type 2 le plus proche, ou
vous avez de longs conducteurs de “dernier parcours” qui augmentent la tension inductive pendant une surtension.
Spécifier le bon DOCUP
IEC 61643 SPD coordination basics for inverter systems (en anglais)
La coordination est ce qui permet à la protection échelonnée de se comporter comme un système et non comme trois dispositifs indépendants.
En termes pratiques, la coordination signifie :
l'étape en amont absorbe l'essentiel de l'énergie sans tomber en panne prématurément,
l'étage en aval serre la tension résiduelle plus près de l'onduleur,
et que la combinaison ne crée pas de nouveaux modes de défaillance (déclenchements intempestifs, SPD surchargés en aval, ou passage inopiné dû à l'inductance du câblage).
En tant que discipline de sélection, inscrivez des hypothèses de coordination dans vos spécifications (emplacements des étages, séparation/découplage prévus, niveau de protection cible au niveau de l'onduleur) afin que le panneau tel qu'il est construit corresponde à l'intention de la conception.
Une spécification claire permet d'éviter les 80% surprises sur le terrain. Pour les applications d'onduleurs, définissez l'environnement électrique (tension du système, mise à la terre, événements anormaux prévus), puis spécifiez les performances qui comptent pour l'électronique de puissance.
Uc et TOV résistants à la tension du système
Uc (terminologie de la CEI) est la tension nominale “stay out of the way” : quelle est la tension efficace qui peut être atteinte avant que le dispositif de protection solaire ne commence à fonctionner dans des conditions normales.
Pour les systèmes à onduleur, il ne faut pas s'arrêter à Uc :
Évaluer de manière explicite les scénarios de surtension temporaire (décalage du point mort, défauts, comportement de transfert du générateur/de la compagnie d'électricité, rejet de la charge).
Exigez les données de résistance TOV du fabricant en fonction de votre système de mise à la terre et de votre philosophie d'élimination des défauts.
Si vous sous-évaluez le TOV, le DOCUP peut se dégrader précocement, souvent sans qu'il y ait un “grand événement” évident.”
In/Imax/Iimp et target Up pour l'électronique de puissance
Les valeurs nominales du courant de surtension indiquent ce que le SPD peut absorber ; le niveau de protection indique la tension que votre onduleur peut réellement voir.
Iimp est utilisé lorsque le SPD est destiné à gérer des courants d'impulsion à haute énergie (généralement associés aux cas d'utilisation de type 1).
In (courant de décharge nominal) et Imax (courant de décharge maximal) sont couramment utilisés pour caractériser les appareils de distribution de type 2.
Pour la tension de passage :
Haut est le concept de niveau de protection de la CEI.
Pour les systèmes à onduleur, utilisez Up comme outil de coordination :
Vérifiez la résistance aux impulsions de l'onduleur/électronique de puissance (à partir de sa catégorie de normes ou des données du fabricant).
Spécifier un objectif Up qui laisse une marge en dessous de la résistance de l'équipement.
Vérifiez ensuite que la cible est réaliste par rapport à la disposition prévue du câblage (la longueur des fils peut ajouter une tension inductive importante).
Installation et coordination
Vous pouvez acheter un excellent SPD et n'obtenir qu'une protection médiocre si l'installation transforme la connexion en inductance.
Discipline en matière de câblage : fils courts, liaison, symétrie
Pour les SPD connectés en parallèle, la géométrie du câblage est une question de performance.
Règles de bonnes pratiques :
Placer le SPD à proximité des barres omnibus/du point de connexion de l'alimentation et veiller à ce que le chemin de connexion total soit court.
Évitez les boucles, les courbes prononcées et les longues nattes.
Acheminer les conducteurs L/N/PE avec des longueurs similaires et une géométrie serrée pour minimiser la surface de la boucle.
Si vous souhaitez obtenir une vue d'ensemble des raisons de cette importance, le guide du portail du génie électrique sur l'installation de dispositifs de protection contre les surtensions dans les installations à basse tension souligne que les détails de connexion (impédance et longueur des conducteurs) affectent fortement la protection réelle (Installation de dispositifs de protection contre les surtensions dans les installations à basse tension).
La discipline de mise à la terre/liaison est tout aussi importante. Les meilleures pratiques d'installation de DITEK recommandent d'utiliser une barre omnibus de mise à la terre et d'éviter le chaînage ou les épissures faibles qui augmentent l'impédance (Meilleures pratiques de mise à la terre et d'installation de la protection contre les surtensions).
Découplage : Séparation de 10 m ou réacteurs lorsqu'ils sont situés au même endroit
Les DOCUP étagés sont censés partager l'énergie, et non pas se battre entre eux.
Si deux étages sont montés trop près l'un de l'autre avec une impédance négligeable entre eux, ils peuvent conduire simultanément et perdre leur coordination. C'est pourquoi de nombreux documents d'orientation utilisent une règle empirique de séparation entre les étages (souvent exprimée comme “environ 10 m de longueur de conducteur”) et recommandent d'ajouter un élément de découplage (réacteur/inducteur) lorsqu'une séparation physique n'est pas possible.
Dans les panneaux d'alimentation des onduleurs où tout est nécessairement compact, la coordination est assurée par.. :
topologie de câblage délibérée qui limite la zone de bouclage,
la sélection de dispositifs échelonnés conçus pour coordonner, et/ou
l'ajout d'une impédance (réactance/inducteur) lorsque cela est nécessaire pour éviter une surcharge en aval.
Documentation et conformité (IEC 61643)
Pour les lignes de produits OEM, traiter la protection contre les surtensions comme un sous-système documenté :
Noter le type/étage du SPD, les valeurs nominales (Uc, In/Imax/Iimp, Up, SCCR) et l'OCPD prévu.
Saisir les intentions d'agencement du panneau (longueur maximale des fils, point de liaison, acheminement des conducteurs).
Définir les attentes en matière de service/inspection (méthode de contrôle, déclencheurs de remplacement).
C'est grâce à cette documentation que l'idée d'ajouter des DPS devient une architecture reproductible dans toutes les familles de produits.
Maintenance, diagnostic et retour sur investissement
La protection contre les surtensions n'est pas une décision d'installation unique. Les éléments de protection à base de MOV vieillissent avec le stress. Si vous ne pouvez pas voir la dégradation avant qu'une défaillance ne se produise, vous finirez par la payer en temps d'arrêt.
Surveillance, contacts à distance et modules enfichables
Pour les panneaux d'alimentation à onduleur, les caractéristiques facilitant le diagnostic valent la peine d'être spécifiées dès le départ :
Indication locale de l'état pour des contrôles visuels rapides pendant l'entretien.
Contacts de signalisation à distance (contact sec) dans le PLC/SCADA du panneau afin que les équipes de maintenance puissent voir un état dégradé/défaillant sans ouvrir le boîtier.
Modules enfichables permettant un remplacement rapide sans avoir à refaire le câblage sur le terrain.
Une bonne règle de base pour les conceptions OEM : si l'onduleur est critique, traitez l'état du SPD comme une entrée surveillée, et non comme une étiquette à l'intérieur de la porte.
Planification des remplacements et inspections en fonction des événements
Intégrez le remplacement dans votre stratégie de maintenance :
Définir les éléments déclencheurs de l'inspection (foudre connue, déclenchements intempestifs répétés, changement d'état du dispositif de protection ou travaux électriques importants en amont).
Conservez des modules de rechange dans le kit de maintenance pour les applications à forte utilisation.
Documenter qui est autorisé à remplacer les modules et quelle vérification est requise après le remplacement.
Risque d'immobilisation, coût-bénéfice et retour sur investissement du cycle de vie
Le cas du retour sur investissement est généralement simple pour les systèmes à onduleur :
Un coût initial modeste réduit la probabilité d'un événement coûteux (appel de service, interruption de la production, remplacement de l'onduleur, exposition à la garantie).
La protection par couches et la surveillance réduisent les “risques inconnus” en faisant de l'état du SPD une variable de maintenance visible.
Si vous créez des gammes de produits, les bénéfices les plus importants sont les suivants normalisationLe projet de loi sur la protection de l'environnement est une architecture SPD unique et coordonnée que l'industrie manufacturière peut construire de la même manière à chaque fois.
LSP AC Surge Protector pour les systèmes à onduleur
Pour LSP, tous les détails de chaque dispositif de protection contre les surtensions (SPD) que nous fabriquons sont centrés sur la fiabilité et la sécurité. Les dispositifs de protection contre les surtensions que nous produisons intègrent des MOV LKD et des GDT Vactech de haute qualité qui, ensemble, offrent une protection inégalée contre la foudre et les autres surtensions électriques. Nous effectuons des tests rigoureux tels que les tests de forme d'onde 8/20 et 10/350 qui garantissent la stabilité des performances opérationnelles à long terme de votre équipement. Nous avons adapté nos produits pour qu'ils offrent une protection suffisante pour les installations résidentielles et commerciales.
Au niveau de la conception, nous avons incorporé des caractéristiques telles qu'un mécanisme de déconnexion interne qui isole et nettoie les arcs, empêchant les incendies de se produire et fournissant une couche supplémentaire de sécurité. En outre, nos SPD sont dotés de technologies de déclenchement à basse température qui leur permettent de fonctionner à des températures extrêmes. Certifiés TUV, CE et ISO9001, nos produits ont passé avec succès les normes de sécurité internationales, pour votre plus grande sécurité.
Chez LSP, en plus d'un service exceptionnel, nous assurons une assistance à la clientèle exemplaire. Notre personnel répond aux demandes de renseignements des clients en 12 heures et assure une période de retour de 7 jours, sans aucune condition, avec des fenêtres d'échange d'une durée de 30 jours. En outre, nous proposons des fonctions auxiliaires telles que l'aide à la réparation et un service clientèle spécifique à la région qui permet de nous contacter plus facilement. En cas de défaillance de l'appareil, nous proposons une assistance à distance pour le dépannage et des conseils pour la préparation de l'inspection. Si vous avez besoin d'aide pour la protection de l'installation, notre service d'assistance au remplacement du SPD est toujours prêt à intervenir.
Conclusion
L'installation d'un parasurtenseur AC à la sortie de votre onduleur comble la lacune la plus négligée dans la protection du système, répond aux exigences des normes électriques internationales et, dans de nombreux cas, est une condition directe de la couverture de la garantie de votre onduleur.
Protéger le côté DC. Protéger le côté CA. Protéger l'ensemble du système.
FAQ
Qu'est-ce qu'un parasurtenseur et comment fonctionne-t-il ?
Un dispositif de protection contre les surtensions en courant alternatif (SPD) est installé sur le côté courant alternatif d'un système électrique pour bloquer les surtensions transitoires causées par la foudre ou les événements de commutation du réseau. Lorsqu'une pointe de tension dépasse un seuil de sécurité, le dispositif de protection contre les surtensions détourne l'énergie excédentaire vers la terre, l'empêchant ainsi d'atteindre et d'endommager les équipements connectés tels que les onduleurs.
Les onduleurs disposent-ils déjà d'une protection intégrée contre les surtensions ?
La plupart des onduleurs comprennent une protection interne de base contre les surtensions, mais elle ne remplace pas un parasurtenseur dédié. Les composants internes tels que les MOV (varistances à oxyde métallique) ont une capacité d'absorption d'énergie limitée et se dégradent avec le temps. Un parasurtenseur CA externe constitue une première ligne de défense, réduisant de manière significative l'énergie de la surtension avant qu'elle n'atteigne les circuits internes de l'onduleur.
Quels sont les risques de surtension spécifiques au côté AC d'un système d'onduleur ?
Le côté AC est exposé aux surtensions du réseau électrique, y compris celles causées par la foudre à proximité, la commutation des lignes électriques et les opérations de la batterie de condensateurs. Ces événements peuvent injecter des transitoires haute tension directement dans les bornes de sortie CA de l'onduleur. Sans parasurtenseur CA, ces transitoires peuvent endommager l'étage de sortie de l'onduleur, le transformateur et les charges connectées.
Où doit-on installer le parasurtenseur AC dans un système d'onduleur ?
Le parasurtenseur CA doit être installé au niveau du panneau de distribution CA principal ou au niveau du point de connexion de la sortie CA de l'onduleur, aussi près que possible de l'onduleur. Pour les systèmes plus importants, un parafoudre de type 1 est placé à l'entrée de service pour gérer les courants de foudre directs, et un parafoudre de type 2 est installé à la borne CA de l'onduleur pour supprimer les surtensions résiduelles.
L'absence de protection contre les surtensions peut-elle annuler la garantie de l'onduleur ?
Potentiellement, oui. De nombreux fabricants d'onduleurs indiquent explicitement dans leurs manuels d'installation qu'une protection contre les surtensions doit être installée à la fois sur les côtés DC et AC comme condition de la couverture de la garantie. Les dommages causés par les surtensions sont souvent identifiables lors d'une inspection après défaillance et, en l'absence d'installation documentée d'un dispositif de protection contre les surtensions, les fabricants peuvent refuser les demandes de garantie pour les défaillances liées aux surtensions.
