Comprendre les similitudes et les différences entre les fusibles, les disjoncteurs et les sectionneurs

L'industrie photovoltaïque (PV) connaît un développement rapide dans le cadre de la tendance générale au développement axé sur la neutralité carbone, qui a cependant entraîné de plus en plus de problèmes de sécurité des centrales électriques, car les modules de puissance supérieure sont largement utilisés. Les conceptions de systèmes photovoltaïques deviennent de plus en plus complexes à mesure que de nouvelles applications et situations d'utilisation sont découvertes. Comment déployer la conception de protection du côté DC a toujours été la préoccupation et la controverse dans l'industrie. Fondamentalement, l'incompréhension du fusible, du disjoncteur et du sectionneur qui sont généralement utilisés pour la protection du système PV en est la cause première.

Fusible, disjoncteur et sectionneur, en raison de leurs fonctions similaires (isolement, protection contre les courts-circuits, etc.), sont sujets à confusion et malentendus dans l'industrie. Cependant, en fait, ce sont des appareils totalement différents, car ils sont très différents en principe de protection, exigence standard, scénario d'application et effet protecteur ! En ce qui concerne la mise en place d'un système de protection de la distribution, il est nécessaire de bien comprendre les exigences en matière de production dans des scénarios d'application, afin que les dispositifs puissent être raisonnablement déployés en fonction de leurs propres caractéristiques pour appliquer correctement leurs fonctions, améliorant ainsi la sécurité du travail et fiabilité de la station.

Fusible: faisant référence à un protecteur de courant composé d'un élément fusible et d'une cartouche. L'élément fusible sera soufflé par la chaleur produite par lui-même lorsque le courant dépasse une limite pendant un certain temps, et dans ce cas, le circuit sera coupé afin que l'objectif de protection puisse être atteint.

Figure : Principe de protection par fusible

Disjoncteur: se référant à un appareil de commutation mécanique qui est capable d'allumer/d'éteindre et de transporter du courant et se compose d'un système de contact, d'un système d'extinction d'arc, d'un actionneur et d'un déclencheur. Il est utilisé pour couper un circuit avec un échec pour atteindre l'objectif de protection. En cas de court-circuit, le ressort de contre-force sera vaincu par un champ magnétique produit par un courant plus élevé, dans ce cas l'actionneur sera commandé par le déclencheur pour s'éteindre immédiatement. Dans un cas de surcharge, les bandes bimétalliques seront déformées dans une certaine mesure à une température croissante due à l'augmentation du courant, pour déclencher l'arrêt de l'actionneur. Plus le courant est élevé, plus le temps de cette action de protection sera court.

Grâce à une bonne capacité d'extinction d'arc, le disjoncteur est capable de couper un courant de court-circuit plus élevé et peut être utilisé à plusieurs reprises, car ses caractéristiques de protection globales ne sont pas affectées par le temps ou l'environnement.

Figure : Principe de protection par disjoncteur

Sectionneur : servir principalement d'isolateur qui peut former un point de rupture apparent entre l'appareillage électrique en cours de révision et l'alimentation électrique, pour garantir la sécurité des travaux de révision. Dans le passé, un sectionneur à commande manuelle était fourni sur le côté CC de l'onduleur de chaîne. Parallèlement au développement intelligent de la station PV, le sectionneur à commande manuelle est remplacé par un sectionneur à moteur.

Sectionneur motorisé : Le sectionneur manuel est remplacé par un sectionneur motorisé qui peut agir électriquement en mode de détection de courant dans la chaîne en utilisant un transformateur de courant pour le contrôle des signaux onduleur + DSP. On sait qu'à 1*In, la durée de vie électrique peut atteindre 100 à 300 cycles, alors qu'à 4*In, seulement 5 cycles. Cependant, le sectionneur motorisé qui a remplacé le sectionneur manuel n'est qu'une amélioration du mode d'action et ne peut donc pas être considéré comme un protecteur.

Avec un courant thermique jusqu'à 50A, le sectionneur est capable d'agir rapidement à un courant inférieur à 40A (le courant nominal). Il convient de noter que dans le cas multi-à-un (tel que 5 chaînes par MPPT), le courant de retour peut dépasser 50 A et peut générer de la chaleur accumulée à l'intérieur du sectionneur, ce qui peut entraîner une déformation et un blocage du support de contact mobile interne.

Figure : Sectionneur motorisé et principe d'action

Pour résumer les principes de protection et d'action pour ces trois dispositifs : le fusible et le disjoncteur sont des protecteurs qui peuvent réaliser une protection mécanique fiable par des actions physiques sans demande d'aucun circuit externe, tandis que le sectionneur est un isolateur qui s'appuie sur un circuit externe pour la détection , commande, etc. pour agir de manière fiable et électrique, ce qui signifie qu'en cas de panne de courant ou de défaillance du circuit de commande, les performances du sectionneur peuvent être limitées, ce qui peut entraîner un risque d'inaction.

Tableau : Différences entre les trois appareils

II. Différences importantes entre les exigences de protection contre les variantes de normes

GB/T 14048.2-2020 (CEI 60947-2:2019) s'applique actuellement au disjoncteur, tandis que GB/T 14048.3-2017 (CEI 60947-3:2015) s'applique actuellement au sectionneur. Il existe des différences significatives entre ces deux normes en matière de protection thermique, de protection magnétique, de multiples du courant de court-circuit nominal pour le pouvoir de fermeture/coupure, etc.

III. Exigences spécifiques sur les protecteurs dans différentes conceptions de système PV (différences dans les scénarios d'application)

Il existe des exigences spécifiques sur la protection du côté DC du système PV dans GBT et IEC, notamment comme suit :

1) Comme pour un module avec 3 chaînes et plus vers un chemin de MPPT, un protecteur de surintensité est nécessaire.

Remarque : Ns – nombre de chaînes connectées en parallèle ; ISC-MOD – courant de court-circuit du module PV ; IMOD-MAX-OCPR - cotes de protection maximales contre les surintensités pour le module PV.

2) Le protecteur de surintensité doit être un fusible ou un disjoncteur spécial conforme à la norme.

En raison d'une incapacité à la protection, le sectionneur motorisé est totalement différent du disjoncteur et du fusible dans les fonctions, et c'est la cause première que le sectionneur est exclu de la gamme de protecteurs dans les normes pertinentes.

IV. Incapacité du sectionneur à protéger efficacement le module (cassé) lors d'un essai sur le terrain (différences d'effet protecteur)

Quel est le risque de fournir uniquement un sectionneur motorisé (sans fusible, disjoncteur et autres protecteurs) ? Différentes conceptions pour la sécurité de l'onduleur entraîneront différentes conséquences par surintensité, en particulier comme suit :

1) Module avec 2 chaînes vers 1 chemin de MPPT : En cas de panne, le courant de court-circuit ou de retour maximal dans le système est juste égal au courant de court-circuit dans le module, sans impact sur la sécurité du système même le sectionneur n'agit pas.

2) Module avec 3 chaînes et plus (ici avec 5 chaînes prises comme exemple) vers 1 chemin de MPPT : avec 1 chaîne se court-circuite en cas de panne, le courant dans les 4 autres chaînes circulera jusqu'au point où le court-circuit se produit, et donc4 fois le courant de court-circuit sera dans le circuit en panne. Les pièces concernées seront endommagées par une surintensité ininterrompue jusqu'à ce qu'un incendie se produise si le sectionneur n'agit pas dans ce cas.

Retour sur les expériences de test récemment concernées par les initiés de l'industrie sur cette base :

Test de connexion inverse pour les chaînes : L'un des chemins a été emprunté pour effectuer un test de connexion inverse (inversement entre l'anode et la cathode), c'est-à-dire qu'un circuit a été formé avec ce chemin emprunté de chaîne et les 4 autres chemins, et dans ce cas, un courant de 70 A a été formé par le courant de reflux de ces 4 chemins de cordes. Une fois qu'une panne s'est produite, le sectionneur n'a pas agi, ce qui a entraîné une élévation rapide de la température dans les pièces concernées. Dans ce cas, la diode du module a explosé à une température supérieure à 150°C.

Test anti-refoulement pour les cordes : L'un des chemins a été emprunté pour effectuer un test de refoulement et, dans ce cas, le courant de refoulement (jusqu'à 30 A) est passé des 4 autres chemins de chaînes à la chaîne en panne. Une fois qu'une panne s'est produite, le sectionneur n'a pas agi, ce qui a entraîné une élévation rapide de la température dans les modules et circuits concernés (à 76,8 °C, de 49 °C en une minute).

Résumé : Un sectionneur motorisé n'est pas équivalent à un disjoncteur.

Le sectionneur motorisé est différent du disjoncteur dans le principe de protection (action) et les exigences standard, et donc ces deux ne sont pas mutuellement remplaçables. Le sectionneur peut être utilisé comme configuration de redondance conjointement avec un protecteur tel qu'un disjoncteur pour améliorer la capacité de protection du système, mais ne doit jamais être fourni indépendamment en remplacement d'un fusible ou d'un disjoncteur.

Une attention particulière doit être portée au choix et à la configuration des protecteurs de sécurité.