Explication des parafoudres CC de classe I, classe II et classe III : un guide pratique de la protection contre les surtensions photovoltaïques

Guide pratique des parafoudres de classe I, classe II et classe III

Parafoudres CC (SPD) sont utilisés du côté courant continu des systèmes photovoltaïques pour limiter les surtensions transitoires et dériver les courants de foudre avant qu'ils n'endommagent les onduleurs, les équipements de surveillance, les boîtiers de jonction et autres composants sensibles. Cependant, des marquages tels que Classe I, Classe II, En, Imax, Haut de la page et Iscpv sont souvent mal compris.

Ce guide explique les classes de parafoudres CC — classe I, classe II et classe III — et montre comment interpréter la plaque signalétique d'un parafoudre photovoltaïque CC typique de 1000 V.

Principaux enseignements

• Les classes I, II et III décrivent les classes d'essai des parafoudres, et non les niveaux de qualité des produits.
• La classe I est généralement associée aux parafoudres de type 1 et à l'onde de courant de foudre 10/350 μs.
• La classe II est généralement associée aux parafoudres de type 2 et à l'onde de courant de choc 8/20 μs.
• La classe III est généralement associée à une protection fine de type 3 et à un essai d'onde combinée.
• Ucpv, In, Imax, Up et Iscpv décrivent des caractéristiques électriques différentes et ne sont pas interchangeables.
• Un parafoudre de classe II ne doit pas être automatiquement considéré comme une protection contre le courant de foudre direct.

Que signifient les classes de parafoudres ?

Le mot Classe sur un parafoudre fait normalement référence à une classification d'essai. Cela ne signifie pas que la classe I est un produit de qualité supérieure et la classe II un produit de qualité inférieure. Cela ne décrit pas non plus une classe d'isolation ou un indice de protection IP.

Ces classes de parafoudres ne doivent pas être confondues avec les classes de systèmes de protection contre la foudre LPS I, II, III et IV. Les deux systèmes utilisent des chiffres romains similaires mais décrivent des sujets différents.

Parafoudre DC Classe I / Type 1

Un parafoudre de Classe I ou de Type 1 est conçu pour gérer les composantes de courant de foudre à haute énergie. Sa forme d'onde de test principale est généralement de 10/350 μs : le courant augmente rapidement puis décroît sur une période relativement longue, conférant à l'impulsion une énergie beaucoup plus élevée qu'une surtension conventionnelle de 8/20 μs de même courant de crête.

Une protection de type 1 ou de type 1+2 doit être évaluée lorsqu'une installation photovoltaïque est équipée d'un système de protection contre la foudre externe, lorsque la distance de séparation requise ne peut être maintenue, ou lorsque le courant de foudre peut pénétrer dans l'installation électrique à travers la limite d'une zone de protection contre la foudre.

Le paramètre clé du type 1 est normalement Iimp. Une valeur Imax élevée ne suffit pas à prouver qu'un parafoudre est adapté à une utilisation de type 1, car Imax est normalement associé à l'onde de courant 8/20 μs.

Parafoudre CC de classe II / type 2

La classe II correspond généralement à un parafoudre de type 2 testé avec une onde de courant 8/20 μs. C'est la classe la plus couramment utilisée pour la protection contre les surtensions induites par la foudre et les transitoires de commutation dans Boîtes de raccordement PV, les équipements de distribution CC et les entrées CC des onduleurs.

Un parafoudre de type 2 peut également être installé en aval d'un parafoudre de type 1 dans le cadre d'un système de protection coordonné. Il ne doit pas être commercialisé comme un parafoudre pour courant de foudre direct à moins que le produit ne soit également testé et déclaré comme type 1 ou type 1+2.

Parafoudre de classe III / type 3

Les parafoudres de classe III ou de type 3 assurent une protection fine à proximité des équipements sensibles. Ils sont généralement évalués à l'aide d'un générateur d'ondes combinées avec une forme d'onde de tension en circuit ouvert de 1,2/50 μs et une forme d'onde de courant de court-circuit de 8/20 μs.

Les dispositifs de type 3 fonctionnent normalement avec une protection de type 1 ou de type 2 en amont. Ils ne sont pas conçus pour absorber seuls la totalité de l'énergie de surtension entrante.

Comment lire la plaque signalétique d'un parafoudre 1000 V DC

Ucpv : 1000 V DC

Ucpv est la tension maximale de fonctionnement continu pour un parafoudre photovoltaïque. Il s'agit de la tension continue la plus élevée pouvant être appliquée en continu au parafoudre dans les conditions déclarées par le fabricant.

La valeur Ucpv sélectionnée ne doit pas être inférieure à la tension maximale en circuit ouvert du champ PV après correction pour la température la plus basse prévue. La tension Voc des modules augmente à mesure que la température baisse ; par conséquent, un système décrit comme “ 1000 V DC ” ne peut pas utiliser automatiquement un parafoudre avec un Ucpv de 1000 V sans vérifier la tension maximale par temps froid.

Classe II

Ce marquage indique un essai de classe II et normalement une application de type 2. Il traite principalement des surtensions induites et de manœuvre représentées par la forme d'onde 8/20 μs. Il ne décrit pas la qualité du produit ni sa capacité de court-circuit.

In : 20 kA

En est le courant nominal de décharge, normalement spécifié avec une forme d'onde 8/20 μs pour un parafoudre de type 2. Il est utilisé dans la séquence d'essai normalisée et constitue un indicateur important de la capacité de tenue aux courants de choc répétitifs dans les conditions d'essai spécifiées.

Imax : 40 kA

Imax est le courant de décharge maximal, généralement associé à l'onde 8/20 μs. Il s'agit d'une valeur de décharge limite supérieure qui ne doit pas être interprétée comme un courant que le parafoudre peut supporter de manière répétée.

In et Imax ne doivent pas non plus être comparés directement à Iimp sans prendre en compte les formes d'onde associées. Une impulsion de courant de foudre 10/350 μs contient nettement plus d'énergie qu'une impulsion 8/20 μs de même valeur de crête.

Up : 4,0 kV

Haut de la page est le niveau de protection en tension. Il indique le niveau auquel le parafoudre limite la tension dans les conditions d'essai spécifiées. Up doit être coordonné avec la tension de tenue aux chocs de l'équipement protégé.

Un Up plus faible peut améliorer la marge de protection, mais Up ne peut pas être évalué seul. Ucpv doit rester suffisamment élevé pour le système photovoltaïque, et la longueur des conducteurs d'installation doit être minimisée car l'inductance des conducteurs ajoute de la tension lors d'une surtension.

Iscpv : 10 kA

Iscpv est la valeur nominale du courant de court-circuit photovoltaïque du parafoudre. Il ne s'agit pas d'une valeur nominale de décharge de surtension. Il décrit le courant de court-circuit photovoltaïque prospectif pour lequel le parafoudre et son dispositif de déconnexion sont adaptés selon les conditions déclarées par le fabricant.

Cette valeur est particulièrement importante dans les systèmes photovoltaïques CC, car un parafoudre défaillant doit se déconnecter en toute sécurité sans maintenir un arc électrique CC dangereux.

5 % à 95 % d'humidité relative

Cela décrit normalement la plage d'humidité relative autorisée. La fiche technique complète doit être consultée pour des conditions telles que le fonctionnement sans condensation, la corrosion, le givrage et l'altitude.

-40 °C à +85 °C

Il s'agit de la plage de température déclarée. Pour les équipements installés à l'intérieur de boîtiers de jonction ou d'armoires extérieurs, la température interne de l'armoire peut être nettement supérieure à la température ambiante extérieure.

Intérieur et IP20

L'indice IP20 offre une protection de base contre l'accès avec les doigts et certains objets solides, mais le deuxième chiffre “ 0 ” signifie qu'aucune protection contre les infiltrations d'eau n'est déclarée. Un parafoudre IP20 ne doit pas être exposé directement à la pluie. Les applications photovoltaïques extérieures nécessitent un boîtier approprié sélectionné en fonction des conditions environnementales.

Où les parafoudres CC sont-ils installés dans un système photovoltaïque ?

Les parafoudres CC sont généralement installés dans les boîtiers de jonction PV et à proximité des entrées CC de l'onduleur. Le nombre et l'emplacement appropriés dépendent de la configuration du système, du cheminement des câbles, du concept de protection contre la foudre, du schéma de mise à la terre et des niveaux de tenue des équipements.

Lorsque les câbles CC sont longs, des parafoudres coordonnés peuvent être nécessaires aux deux extrémités. Le placement final et la coordination doivent suivre la conception d'installation applicable et la norme IEC 61643-32 plutôt qu'une règle universelle à dispositif unique.

Quand choisir un Type 1, un Type 2 ou un Type 1+2 ?

Envisagez un Type 1 ou un Type 1+2 lorsque :

• Le bâtiment est équipé d'un système de protection externe contre la foudre.
• La distance de séparation requise ne peut pas être maintenue.
• Le courant de foudre peut pénétrer dans le câblage PV ou franchir une limite de zone de protection contre la foudre (LPZ).
• L'évaluation des risques du projet nécessite une capacité de décharge du courant de foudre.

Envisagez le Type 2 lorsque :

• Le risque principal est la foudre induite ou les surtensions de manœuvre.
• Le parafoudre est installé en aval d'un dispositif de Type 1.
• Le coffret de jonction PV ou l'entrée de l'onduleur nécessite une protection locale contre les surtensions sans contrainte de courant de foudre direct.

La sélection finale doit toujours prendre en compte Ucpv, Iimp le cas échéant, In, Imax, Up, Iscpv, le mode de protection, le régime de neutre, la protection de secours et la certification — et non uniquement la valeur en kA la plus élevée sur l'étiquette.

Erreurs courantes lors de la sélection de parafoudres DC

1. Considérer la Classe II comme un niveau de qualité. Il s'agit d'une classe de test, et non d'une indication que le produit est de second choix.
2. Comparer les courants nominaux sans tenir compte de la forme d'onde. 40 kA à 8/20 μs n'est pas équivalent à 40 kA à 10/350 μs.
3. Confondre le Iscpv avec le courant de décharge. Le Iscpv se rapporte aux conditions de court-circuit PV ; In et Imax se rapportent à la décharge de surtension.
4. Sélectionner la Ucpv uniquement à partir de la tension nominale du système. La Voc à basse température doit être calculée.
5. Ignorer la longueur des conducteurs. Des connexions de parafoudre trop longues augmentent la tension effective subie par l'équipement protégé.
6. Installer un équipement IP20 à l'extérieur sans coffret de protection. L'indice IP20 n'offre aucune protection contre l'eau.
7. Utiliser un parafoudre de type 2 là où une protection de type 1 est requise. Le risque de foudroiement direct nécessite une classe d'essai et une conception de système appropriées.

Conclusion

Le choix correct d'un parafoudre CC est une décision d'ingénierie coordonnée. Le parafoudre doit présenter une tension de fonctionnement continu adaptée, la classe d'essai correcte, une capacité de décharge suffisante, un niveau de protection en tension approprié et une sécurité adéquate contre les courts-circuits photovoltaïques.

Pour l'exemple de plaque signalétique, la classe II indique une application de type 2 ; In 20 kA et Imax 40 kA décrivent les performances de courant de choc 8/20 μs ; Up 4,0 kV est le niveau de protection en tension ; et Iscpv 10 kA est la valeur nominale de courant de court-circuit PV. Aucune de ces valeurs ne peut se substituer à une autre.

Besoin d'aide pour choisir un parafoudre CC pour votre système photovoltaïque ? Envoyez KUANGYA votre tension maximale de système, la configuration des chaînes de modules, la température minimale du site, la position d'installation, le schéma de mise à la terre et les conditions de protection contre la foudre. Nous pouvons recommander un modèle de type 1, de type 2 ou de type 1+2 adapté à l'application.

Questions fréquemment posées

Quelle est la différence entre les parafoudres CC de classe I et de classe II ?

Class I (Type 1) DC SPDs are tested with a 10/350 μs lightning-current impulse and are intended for installations where partial lightning current may enter the PV system. Class II (Type 2) DC SPDs are tested with an 8/20 μs waveform and mainly protect against induced lightning and switching surges.

Can a Type 2 SPD protect a PV system from direct lightning?

A Type 2 SPD is not automatically suitable for direct-lightning-current duty. Where lightning current can enter the installation, use a properly tested Type 1 or Type 1+2 SPD as required by the lightning protection and risk assessment.

How do I choose Ucpv for a DC SPD?

Choose a Ucpv rating that is not lower than the PV array maximum open-circuit voltage after correcting module Voc for the lowest expected site temperature. Also verify the inverter voltage limit and the manufacturer’s installation requirements.

Where should DC SPDs be installed?

Typical locations include PV combiner boxes and inverter DC inputs. Long cable routes or lightning protection zone boundaries may require coordinated SPDs at more than one location.

Standards Referenced

• IEC 61643-31 — Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations.
• IEC 61643-32 — Selection and application principles for SPDs connected to the DC side of photovoltaic installations.