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Comment choisir le bon dispositif de protection contre les surtensions (SPD) pour les applications industrielles et renouvelables ?
Mise à jour : - Temps de lecture : ~18-22 min
Sélection de la bonne Dispositif de protection contre les surtensions (SPD) est l'une des décisions à plus fort ROI dans les domaines de la distribution BT, du PV/ESS, de la recharge des VE et de l'automatisation industrielle. Ce guide compile axé sur les normes les critères (IEC/UL/NEC), les règles de placement et les conseils de nomenclature pour les deux catégories de produits. AC et DC et les systèmes de gestion des déchets. Voir les tableaux de référence et sources à la fin.
1) Pourquoi l'investissement dans le DOCUP est rentable
Les temps d'arrêt non planifiés coûtent souvent 1-5M USD/heureles cas graves approchent USD 300k/min. Les surtensions dues à la foudre ou aux interrupteurs sont prévisible et réalisable; les SPD coordonnés bloquent les impulsions à haute énergie et protègent les PLC/VFD/IT.
Les réseaux de détection américains enregistrent des dizaines, voire des centaines de millions d'événements de foudre par an ; la Floride est souvent en tête pour la densité, le Texas pour les totaux. Utilisez des spécifications tenant compte de la géographie (voir §8) pour justifier des taux de foudre plus élevés. Iimp/In des notations.
2) Paysage des normes (IEC / UL / NEC)
La norme IEC 61643 définit les performances et les formes d'onde ; la norme UL 1449 énumère les normes de sécurité et de conformité pour l'Amérique du Nord ; l'article 242 de la norme NEC 2023 impose l'utilisation dans plusieurs contextes.
IEC 61643
Type 1 : 10/350 μs (Iimp) - Type 2 : 8/20 μs (In/Imax) - Type 3 : Combinaison (Uoc). PV/DC : IEC 61643-31 ≤1500 VDC.
UL 1449
Liste UL pour les SPD à connexion permanente ; 4e édition (2016) marquages affinés.
NEC 2023
Article 242 régit la protection contre les surtensions. Respecter les règles d'inscription et de placement.
3) Décodage du "type" de SPD par rapport aux formes d'onde de test
Choisir le type en fonction de l'exposition et de la hiérarchie des cartes ; coordonner la tension résiduelle (Haut de la page) à tous les stades.
Type 1 (classe I)
Test : 10/350 μs (Iimp). Installer à entrée de service en cas de LPS/frais généraux.
Type 2 (classe II)
Test : 8/20 μs (In/Imax). Protection de l'épine dorsale des cartes auxiliaires.
Type 3 (Classe III)
Test : Combinaison (Uoc). Proximité de charges sensibles (PLC, VFD, IT).
Hybride Type 1+2 = haute énergie + faible résidu. Sélecteurs : AC - DC
4) CA contre CC (PV/ESS) - même physique, contraintes différentes
Côté AC (IEC 61643-11 / UL 1449) : choisir le type 1/2/3 en fonction de l'exposition et de la hiérarchie des cartes, puis de la taille. Uc, In/Imax, Haut de la page. Côté DC (IEC 61643-31) : Réseaux photovoltaïques jusqu'à 1500 VDC avec des comportements différents en termes de température, de polarité et de courant inverse par rapport aux dispositifs à courant alternatif.
Dans le BOS moderne, Boîtes de raccordement PV intègrent souvent Type 2 DC SPDLes fusibles gPV et les déconnexions DC réduisent le nombre de boîtiers et simplifient le travail sur le terrain.
5) La "recette" de la protection multicouche
- Entrée de service / MSB : Type 1 (ou 1+2) avec un nombre suffisant de Iimp; chemin terrestre le plus court et le plus rectiligne.
- Tableaux de sous-distribution : Type 2 dimensionnés en fonction du niveau de défaut de la branche et de la longueur des câbles ; coordonner Haut de la page avec l'étage MSB.
- Critères d'évaluation sensibles : Type 3 à proximité des entrées d'appareils (PLC, VFD, serveurs).
Cette cascade reflète les principes de sélection et de montage de la norme CEI 60364-5-53 et les directives courantes des fabricants.
6) Liste de contrôle des tailles en neuf points
- Codes/Listes : UL 1449 (U.S.), NEC 242.
- Type : 1 / 1+2 / 2 / 3 par niveau d'exposition et de conseil.
- Uc (MCOV) : > tension continue la plus défavorable.
- Iimp / In / Imax : faire correspondre la densité de la foudre et les points d'entrée.
- En haut : la coordination étape par étape.
- Pôle et mise à la terre : Besoins TN/TT/IT et N-PE.
- SCCR / Backup OCPD : faire correspondre les tableaux des défauts actuels et des fournisseurs.
- L'environnement : Altitude, IP/NEMA, longueur du câble.
- Entretien : Modules remplaçables, fenêtre d'état, alarme à distance.
7) Où installer les SPD dans les projets PV, ESS et VE ?
- Panneaux photovoltaïques : Au boîtes combinées et entrées CC de l'onduleurles longues courses ou les terrains exposés peuvent nécessiter les deux.
- ESS : Bus DC près de l'interface batterie/DC-DC, et côté AC au PCS.
- Chargement des VE : Type 1 ou 1+2 au niveau du branchement (si LPS / aérien), Type 2 au niveau de la distribution, Type 3 à proximité des terminaux.
Voir aussi Boîtes combinées PV - Fusibles gPV haute tension
8) Instantané de données : l'exposition à la foudre et pourquoi elle modifie votre nomenclature
L'exposition à la foudre n'est pas uniforme. Les rapports américains sur la foudre citent régulièrement 90-240+ millions par an (dans le nuage + CG) en fonction de la méthodologie. Le Texas est souvent en tête pour le nombre total d'événements, tandis que la Floride est souvent en tête pour la densité. Pour les parcs éoliens et les infrastructures de grande hauteur, le nombre de coups par site peut dépasser les milliers.
Pour l'établissement du budget, utilisez les cartes au niveau du comté de NOAA/NCEI ou les rapports annuels de Vaisala/AEM pour justifier les éléments suivants Iimp/In les choix et l'emplacement des sites.
9) Tableaux de référence rapide
Copiez ces lignes dans vos fiches techniques comme point de départ.
| Type de DOCUP | Test primaire | Principales notations | Emplacement typique | Notes |
|---|---|---|---|---|
| Type 1 | 10/350 μs (Iimp) | Uc, Iimp, Up | Entrée de service / MSB | Courant de foudre direct partiel |
| Type 2 | 8/20 μs (In/Imax) | Uc, In/Imax, Up | Tableaux de sous-distribution | Protection de l'épine dorsale |
| Type 3 | Combinaison (Uoc) | Uc, Uoc, Up | A proximité de charges sensibles | Clampage final, coordonné avec le type 2 |
Image optionnelle : diagramme de formes d'ondes de test / gamme de produits
Tableau B - Données minimales à spécifier dans chaque DOCUP
| Paramètres | Pourquoi c'est important | Pièges typiques |
|---|---|---|
| Uc (MCOV) | Doit dépasser la tension continue la plus défavorable du système | Choix trop proche de la valeur nominale → stress thermique et fin de vie précoce |
| Iimp / In / Imax | Correspondre à l'environnement de surtension prévu | Sous-dimensionnement au niveau du branchement ; utilisation abusive du type 2 là où le type 1 est nécessaire |
| Haut de la page | Détermination des contraintes résiduelles sur l'isolation/électronique | Absence de coordination entre les étapes → protection de niveau égal |
| SCCR / Backup OCPD | Sécurité et sélectivité | Inadéquation avec le courant de défaut disponible ; ignorance des tables de dispositifs de secours du fournisseur |
| Nombre de pôles et mise à la terre | Les TN/TT/IT modifient l'ensemble des modules et les besoins des N-PE | N-PE manquant sur TT ; PEN mal connecté sur TN-C |
| Environnement et montage | Température, altitude, IP/NEMA ; acheminement des conducteurs | Grandes longueurs de fils ; les courbes aiguës augmentent l'inductance (augmentent le niveau de la borne). |
10) Règles relatives à la mise à la terre, au câblage et à la longueur des câbles
- Conserver les conducteurs SPD-terre et SPD-bus court, droit, adjacent.
- Évitez les boucles ou les jolis habillages de câbles qui augmentent l'inductance au moment de la surtension.
- Utiliser les spécifications de couple du fournisseur ; les terminaisons lâches s'échauffent sous l'effet de surtensions répétées.
- Sur les systèmes TT, veillez à ce que les modules N-PE et la liaison soient corrects afin que les courants reviennent par le chemin prévu.
Référence aux règles d'érection globales : IEC 60364-5-53.
11) Placements déclenchés par le NEC (États-Unis)
Le 2023 NEC (NFPA 70) renforce l'utilisation des DPS dans plusieurs contextes (par exemple, protection de l'ensemble de la maison dans les habitations, contrôleurs de pompes à incendie). Article 242 couvre la protection contre les surtensions pour les installations de ≤1000 V ; il faut toujours faire correspondre la protection contre les surtensions à celle de la protection contre les surtensions. UL 1449 l'inscription et lieu d'installation.
Référence : NFPA 70 (NEC) - Explication de la norme UL 1449
12) Exemples concrets - choisir rapidement les notes
A. Installation industrielle, service aérien, pas de LPS, 400/230 VAC TN-S
- MSB : Type 1 (ou 1+2) avec Iimp ≈ 12,5-25 kA/pôle typique ; Uc ≥ 275 VAC (L-N) pour les systèmes de 230 V ; Haut de la page ≤ 1,5 kV.
- Sous-BD : Type 2 à En 20-40 kA, Imax 40 à 80 kA par risque de carte.
- Critères d'évaluation : Type 3 aux charges VFD/PLC/IT.
B. Réseau PV 1000 VDC (longues chaînes, montage au sol)
- Boîte à combinaisons : Type 2 DC SPD à la norme IEC 61643-31 ; Uc ≥ Vstring(max at Tmin) ; coordonnées Haut de la page avec onduleur.
- Entrée DC de l'onduleur : Ajoutez un deuxième étage DC si les distances entre les câbles sont importantes ou si le terrain est très exposé.
C. Plaque de recharge pour VE (commerciale)
- Service : Type 1 ou 1+2 où il y a des LPS et des frais généraux.
- Distribution : Type 2 l'alimentation des groupes de chargeurs ; Type 3 près des entrées du chargeur (si elles sont prises en charge).
13) FAQ (réponses de niveau ingénieur)
Ai-je toujours besoin du type 1 à l'entrée du service ?
Si vous disposez d'une source lumineuse extérieure ou d'un branchement aérien, le type 1 (ou 1+2) est l'approche standard pour gérer un courant de foudre direct partiel. Les bâtiments alimentés par le sous-sol justifient parfois une installation robuste de type 2, mais il faut évaluer le risque (densité de foudre, voies d'entrée) et le code local.
En quoi les dénominations UL et IEC diffèrent-elles ?
La norme UL 1449 est une norme d'inscription et de sécurité ; la norme CEI 61643 définit les essais de performance et les types. De nombreuses fiches techniques affichent les deux. La 4e édition de la norme UL 1449 (2016) a normalisé des marquages et des exigences plus récents.
Quels sont les chiffres à optimiser ?
Dans l'ordre : Uc (droite, pas basse) → Iimp/In/Imax (suffisant) → Haut de la page (aussi bas que le permet la coordination) → SCCR/sauvegarde → caractéristiques d'entretien.
Et si je ne peux m'offrir qu'une seule étape aujourd'hui ?
Mettre le budget à l'ordre du jour entrée de service (Type 1 ou 1+2), puis ajouter le Type 2/3 plus tard. Cela permet d'empêcher l'énergie catastrophique de pénétrer profondément dans l'installation.
Comment la géographie modifie-t-elle ma spécification ?
Les corridors à forte densité (par exemple, la côte du Golfe, le centre de la Floride) justifient des taux d'occupation plus élevés. Iimp/In et plus serré Haut de la page cibles. Utiliser les cartes NCEI/Vaisala/AEM pour quantifier les densités d'éclairs de référence pour les discussions avec l'AHJ ou les assurances.
Crédits et sources
- IEC 61643-11 / 61643-31 (officielle) : Boutique en ligne de la CEI
- UL 1449 4e éd : Intertek - Schneider PDF
- NEC 2023 (article 242) : NFPA
