Utilisation de disjoncteurs différentiels (RCD)

Information technique
Critères de sélection d'un disjoncteur
différentiel RCD
Utilisation de disjoncteurs différentiels (RCD) dans les onduleurs
SUNNY BOY et SUNNY MINI CENTRAL
Contenu
L'installation d'onduleurs entraîne souvent un certain nombre d'incertitudes au moment de la mise en place d'un
disjoncteur différentiel (RCD). Pour les installations photovoltaïques, il est possible de consulter principalement
les normes DIN VDE 0100-410 (IEC 60364-4-41:2005) et DIN VDE 0100-712 (IEC60364-7-712:2002).
Le disjoncteur différentiel RCD sert ici de protection contre tout contact indirect (protection des personnes).
RCD-UFR090310
Version 1.0
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Définitions
1 Définitions
Mesures de protection selon la norme DIN VDE 0100-410 (IEC 60364-4-41:2005) :
Mesures de protection – Protection contre décharge électrique
D'après cette norme, une mesure de protection consiste de deux mesures de précaution :
• Protection de base : protection contre les contacts directs.
• Protection contre les défauts : protection en cas d'apparition d'un défaut (= protection en cas de contact
indirect), soit la protection après le premier défaut de façon à ce qu'aucun dommage corporel ne se
produise. Cette mesure de précaution s'applique lorsque la protection de base n'a plus d'effet.
La protection due à la coupure automatique de l'alimentation électrique est prévue la plupart du temps comme
mesure de protection pour la mise en place d'une installation photovoltaïque côté courant alternatif.
Outre l'isolation de pièces actives (protection de base), une liaison équipotentielle de protection et un dispositif
de coupure permettent d'établir la protection contre les défauts. Ce dispositif doit couper le courant pendant
les périodes prescrites une fois le défaut survenu (à 230 VAC : 0,2 s dans les réseaux TT ou 0,4 s dans les
réseaux TN).
1.1 Formes de réseau
Réseau TT
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Définitions
Réseaux TN
Réseau TN-C
Réseau TN-S
Réseau TN-C-S
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Définitions
1.2 Explications des termes
• LS
Disjoncteur
•
• RCD
• RCMU
• Ia
Symbole pour le disjoncteur
Disjoncteur différentiel / Dispositif de protection contre les courants de défaut
Unité de surveillance des courants de défaut (sensible à tous les courants)
Courant entraînant une coupure automatique pendant la période requise (protection contre
les courts-circuits) Pour la caractéristique B du disjoncteur, ce courant équivaut à 5 fois le
courant nominal (Inom) du disjoncteur LS. Pour la caractéristique C, ce courant équivaut à
10 fois le courant nominal ; par exemple : LS C16 A => Ia = 160 A.
Courant différentiel assigné du disjoncteur différentiel RCD
Somme des résistances de la prise de terre et du conducteur de protection du corps
(à protéger)
Tension alternative nominale phase contre terre
Impédance de la boucle de défaut (comprenant la source de courant, la phase jusqu'au
point de défaut et le disjoncteur entre le point de défaut et la source de courant)
• IΔf
• RA
• U0
• Zs
• Réseau TT
• Réseau TN
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Possibilités de coupure
2 Possibilités de coupure
La coupure automatique peut être atteinte par une liaison équipotentielle de protection et par l'une des mesures
suivantes [selon la norme DIN VDE 0100-410 (IEC 60364-4-41:2005)] :
a) Disjoncteur (LS)
Un disjoncteur peut assurer la coupure automatique lorsque les conditions suivantes peuvent être satisfaites :
• Réseau TN :
Si
, le disjoncteur LS peut assurer la protection par coupure automatique.
• Réseaux TT :
Un disjoncteur différentiel RCD est prévu en priorité comme protection contre les courants de défaut.
Si
, le disjoncteur LS peut également assurer la protection par coupure automatique.
Exemple : coupure par disjoncteur en cas de défaut dans le réseau TN-C-S
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Possibilités de coupure
b) Disjoncteur différentiel (RCD)
Un disjoncteur différentiel peut assurer une coupure automatique lorsque les conditions suivantes peuvent être
satisfaites :
• Réseau TN :
Dans le réseau TN, les courants de défaut sont considérablement supérieurs au courant différentiel assigné
(IΔf ) du disjoncteur différentiel RCD. Par conséquent, les temps de coupure sont toujours respectés avec le
disjoncteur différentiel RCD.
Dans les réseaux TN-C, l'utilisation d'un disjoncteur différentiel RCD n'est pas autorisée !
• Réseaux TT :
Un disjoncteur différentiel RCD est prévu en priorité comme protection contre les courants de défaut.
Si
, le disjoncteur différentiel RCD peut assurer la protection par une coupure automatique.
Exemple : coupure par disjoncteur différentiel RCD en cas de défaut dans le réseau TT
Résumé
Il est possible de déduire la procédure suivante :
Il est nécessaire de contrôler si le disjoncteur prévu pour la protection de ligne est suffisant afin d'effectuer la
coupure automatique selon le critère mentionné ci-dessus.
• Si cette condition est vérifiée, un courant supérieur au courant de déclenchement Ia (de la protection contre
les courts-circuits) circule par la boucle de défaut (en fonction du niveau de l'impédance de la boucle). Le
disjoncteur LS peut donc couper le courant pendant les périodes requises.
• Si l'impédance de la boucle est trop élevée, il est nécessaire d'installer un disjoncteur différentiel RCD en
supplément (sauf dans le réseau TN-C).
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Autres raisons pour l'utilisation d'un disjoncteur différentiel RCD
3 Autres raisons pour l'utilisation d'un disjoncteur
différentiel RCD
Outre la protection par coupure automatique (protection contre les défauts), il est possible de prévoir un
disjoncteur différentiel RCD servant de protection supplémentaire.
a) Installations en extérieur
Bien souvent, on estime qu'il est nécessaire de toujours mettre en place un disjoncteur différentiel pour les
installations en extérieur. D'après la norme DIN VDE 0100-410 (IEC 60364-4-41:2005), cet argument n'est
toutefois valable que pour les circuits terminaux des équipements portables en extérieur avec un courant
assigné allant jusqu'à 32 A.
b) Exigences de l'exploitant du réseau
Les différents exploitants du réseau adaptent les réglementations techniques de raccordement généralement
admises à leur réseau et, par conséquent, ne suivent pas les standards. Dans le cadre de ces réglementations
techniques de raccordement spécifiques, il se peut donc que l'installation d'un disjoncteur différentiel RCD soit
exigée. Si un disjoncteur différentiel RCD devait être exigé par l'exploitant du réseau, la façon de procéder et
les conditions d'installation sont fixées dans les réglementations techniques de raccordement spécifiques.
Toutefois, il n'existe bien souvent aucune exigence particulière en matière de disjoncteur différentiel RCD de la
part de l'exploitant du réseau qui souhaite uniquement une installation satisfaisant aux normes.
c) Nécessité en raison d'autres normes
En fonction du lieu d'installation ou des conditions liées au site, un disjoncteur différentiel RCD peut se révéler
nécessaire en raison d'autres normes ou réglementations.
Si l'installation est réalisée par exemple dans une grange ou des maisons en bois, la norme DIN VDE 0100482 (IEC 60364-4-42:2001-08) s'applique également. Un disjoncteur différentiel RCD avec un courant
différentiel assigné de 300 mA maximum est ensuite nécessaire pour des raisons de protection contre les
incendies.
Seul l'installateur sur site est en mesure d'évaluer les différents impacts. Le prochain chapitre décrit en détail les
installations standard et les particularités des installations photovoltaïques.
d) Protection supplémentaire
SMA Solar Technology recommande de toujours installer un disjoncteur différentiel RCD comme protection
supplémentaire afin d'atteindre un niveau de sécurité maximal. Ce disjoncteur différentiel peut également
assurer la fonction d'un sectionneur omnipolaire souvent nécessaire pour d'autres motifs ou en raison d'autres
réglementations.
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Impacts spécifiques au photovoltaïque pour la sélection du disjoncteur différentiel RCD
4 Impacts spécifiques au photovoltaïque pour la
sélection du disjoncteur différentiel RCD
Outre les critères mentionnés auparavant, il en existe d'autres pour les installations photovoltaïques afin de
procéder à la sélection du disjoncteur différentiel RCD :
a) Exigence de la norme DIN VDE 0100-712 (IEC60364-7-712:2002)
Si une protection contre les défauts est prévue (cf. 2 b, page 6), cette norme exige l'utilisation d'un disjoncteur
différentiel RCD de type B pour onduleurs sans transformateur. Cette exigence s'applique également aux
onduleurs avec transformateur haute fréquence car aucune séparation galvanique n'est disponible entre le
côté courant alternatif et le côté courant continu (circuit intermédiaire de l'onduleur).
Cette exigence ne s'applique pas aux onduleurs avec transformateur (transformateur basse fréquence).
Il existe une exception à cette exigence lorsque le fabricant de l'onduleur est en mesure d'exclure toute
apparition de courants de défaut continus au sein de l'installation. À ce moment-là, le disjoncteur différentiel
RCD, si nécessaire, peut être de type A.
Tous les onduleurs SMA avec transformateur et les onduleurs SMA sans transformateur désignés ci-dessous ne
peuvent, du fait de leur construction, en aucun cas injecter des courants de défaut continus. Ils satisfont à cette
exigence conformément à la norme DIN VDE 0100-712 (IEC60364-7-712:2002).
SUNNY BOY :
SB 2100TL, SB 2100TL HC, SB 4200TL HC, SB 5000TL HC, SB 3000TL-20, SB 4000TL-20, SB 5000TL-20
SUNNY MINI CENTRAL :
SMC 6000TL, SMC 7000TL, SMC 8000TL, SMC 9000TL-10, SMC 10000TL-10, SMC 11000TL-10
Les possibilités de défaut ont été vérifiées indépendamment de l'unité de surveillance du courant de défaut
(RCMU) intégrée. En considérant ces défauts d'après les normes d'installation en vigueur, aucun risque ne peut
exister en combinaison avec un disjoncteur différentiel (RCD) de type A monté en amont. Il est ensuite possible
d'exclure les défauts qui nécessiteraient l'installation d'un disjoncteur différentiel RCD de type B en raison de
l'onduleur. L'unité de surveillance du courant de défaut (RCMU) intégrée et sensible à tous les courants offre
en outre une garantie de sécurité supplémentaire.
Il est possible d'installer des disjoncteurs différentiels RCD de type A pour les onduleurs sans transformateur
mentionnés ci-dessus et tous les onduleurs avec transformateur de SMA Solar Technology.
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Impacts spécifiques au photovoltaïque pour la sélection du disjoncteur différentiel RCD
b) Courants différentiels liés au fonctionnement
Des courants différentiels continus (dus à la résistance d'isolement et aux capacités du générateur
photovoltaïque) liés à l'équipement surviennent lors du fonctionnement d'un onduleur sans transformateur. Afin
d'éviter un déclenchement accidentel au cours du fonctionnement, le courant différentiel assigné du disjoncteur
différentiel RCD doit s'élever au minimum à 100 mA.
Un courant différentiel assigné de 100 mA doit être prévu pour chaque onduleur raccordé. Le courant
différentiel assigné du disjoncteur différentiel RCD doit correspondre au minimum à la somme des courants
différentiels assignés des onduleurs raccordés. Autrement dit, lorsque par exemple 3 onduleurs sans
transformateur sont raccordés, le courant différentiel assigné du disjoncteur différentiel RCD doit s'élever au
minimum à 300 mA.
Lorsque cette exigence est satisfaite, il est permis d'utiliser les disjoncteurs différentiels suivants :
• RCD de type A de la société ABB, modèle F202A-xx/0,x ou F204A-xx/0,x
• RCD de type A de la société Doepke, modèle DFSx,xx A/0,x A
• RCD de type A de la société Siemens, modèle 5SM1…. ou 5SM3….
D'autres disjoncteurs différentiels de fabricants différents sont encore en cours d'inspection.
Il est nécessaire de prendre ici en considération que les courants de déclenchement dus aux courants de défaut
continus peuvent légèrement (de 0 à 30 %) dépasser le courant différentiel assigné du disjoncteur différentiel
RCD. Par conséquent, la condition mentionnée au point 2 b se trouve modifiée (cf. page 6):
Si
, le disjoncteur différentiel RCD peut assurer la protection par coupure automatique.
En prenant en compte les critères mentionnés auparavant, les installations photovoltaïques peuvent être
construites tout en satisfaisant aux normes et en optimisant les coûts. L'aptitude des onduleurs dits sans
transformateur pour disjoncteur différentiel RCD de type A permet notamment de réaliser une installation aux
meilleurs coûts.
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Annexe
5 Annexe
Les deux exemples ci-dessous décrivent le processus de sélection d'un équipement approprié à la protection
contre les défauts par coupure automatique. Il est toujours admis que la liaison équipotentielle de protection
nécessaire est simultanément réalisée.
5.1 Exemple de calcul 1 :
1 Sunny Boy SB 2100TL ; protection avec un disjoncteur LS B16A ; réseau TN ;
impédance de boucle Zs = 1,5 ohm ; propriété agricole (grange) :
• Le disjoncteur LS B16A dispose d'un courant de déclenchement de court-circuit de 80 A
(caractéristique B : facteur 5; Inom du disjoncteur LS = 16 A => 5 x 16 A = 80 A).
• À 230 V, des courants de 153 A peuvent circuler par la boucle de défaut (
).
• Les courants de 153 A dépassent les 80 A de courant de déclenchement nécessaires du disjoncteur LS.
Ainsi, le disjoncteur LS coupe le courant en toute sécurité pendant le temps prescrit.
• Le disjoncteur LS B16A (protection contre les défauts) est suffisant pour assurer la protection contre tout
contact indirect.
• Étant donné qu'il s'agit toutefois d'une grange, un disjoncteur différentiel RCD de type A avec un courant
différentiel assigné de 300 mA maximum devrait être installé en supplément dans ce cas-là. Ce dispositif
s'avérerait nécessaire pour des raisons de protection contre les incendies d'après la norme DIN VDE 0100482 (IEC 60364-4-42:2001-08).
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Annexe
5.2 Exemple de calcul 2 :
3 Sunny Mini Central SMC 8000TL ;
protection avec respectivement un disjoncteur LS C50A ; réseau TT ;
impédance de boucle Zs = 0,5 ohm ; RA = 5 ohms :
• Le disjoncteur LS C50A dispose d'un courant de déclenchement de court-circuit de 500 A
(caractéristique C : facteur 10; Inom du disjoncteur LS = 50 A => 10 x 50 A= 500 A)
• À 230 V, des courants de 460 A peuvent circuler par la boucle de défaut (
)
• Les courants de 460 A sont inférieurs aux 500 A de courant de déclenchement nécessaires du disjoncteur
LS. Ainsi, le disjoncteur LS ne coupe pas le courant pendant la période prescrite.
• Le disjoncteur LS C50A n'est pas suffisant pour assurer la protection contre tout contact indirect !
1ère possibilité : utilisation d'un disjoncteur LS (si possible)
‒ En cas d'utilisation d'un disjoncteur LS B50A, le courant de déclenchement de court-circuit s'élèverait à
250 A (caractéristique B : facteur 5; Inom du disjoncteur LS = 50 A => 5 x 50 A = 250 A).
‒ En cas de sélection d'un disjoncteur LS C40A, le courant de déclenchement de court-circuit s'élèverait à
400 A (caractéristique C : facteur 10; Inom du disjoncteur LS = 40 A => 10 x 40 A = 400 A).
‒ Le courant de déclenchement des deux variantes de disjoncteur LS (B50A, C40A) serait inférieure aux
460 A qui circuleraient en cas de défaut. Ainsi, ces disjoncteurs couperaient le courant pendant le
temps prescrit.
‒ Le disjoncteur LS B50A ou LS C40 A (protection contre les défauts) est suffisant pour assurer la
protection contre tout contact indirect.
2e possibilité : utilisation d'un disjoncteur différentiel RCD
‒ Si aucun autre disjoncteur ne peut être installé, il est nécessaire d'utiliser un disjoncteur différentiel RCD
pour la protection contre les défauts.
‒ Étant donné que 3 onduleurs sans transformateur sont utilisés, le courant différentiel assigné d'après le
point 4 b (cf. page 9) doit s'élever au minimum à 300 mA. On choisit un disjoncteur différentiel RCD
avec IΔf de 500 mA.
‒ D'après la condition du point 4 b (cf. page 9), il est nécessaire de vérifier si l'action de la protection est
suffisante :
‒
, donc
‒ Un disjoncteur différentiel RCD de type A avec un courant différentiel assigné de 500 mA assure la
protection contre les défauts et contre tout contact indirect.
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