Protection contre les surtensions pour ESS:tendances \'actuelles\'

Suprotection efficace pour ESS:tendances « actuelles »

Les systèmes de stockage d’énergie (ESS) sont désormais une technologie mature. ESS est installé sur les sites pour améliorer le contrôle de la gestion de l’énergie,comme la gestion des pointes ou la régulation des fréquences,ou pour le stockage d'énergie renouvelable pour les applications d'énergie photovoltaïque ou éolienne.

L’importance de tels équipements rend inacceptable l’interruption de leur service,des mesures doivent donc être prises pour limiter les dommages dus aux influences extérieures. L'un des risques à prendre en compte est l'éventuel dommage dû aux surtensions transitoires générées par la foudre ou par les manœuvres.

Le déploiement de l'ESS a démontré la robustesse limitée de ces équipements,y compris les systèmes de batteries. Les spécialistes de cette technologie ont constaté que leur faible tenue aux tensions de choc (Uw) pouvait conduire à des pannes critiques du système.

Parasurtenseur pour ESS
La technologie des dispositifs de protection contre les surtensions (SPD) est largement utilisée dans les réseaux électriques CA pour protéger les équipements qui y sont connectés contre les surtensions passagères.. Normes de test (IEC61643-11),et guides de sélection et d'installation (IEC61643-12,IEC60364-5-534) existent depuis de nombreuses années. Ils définissent des produits fiables ainsi que leur sélection et leur mise en œuvre.

Cependant,concernant les réseaux électriques DC,aucune des deux normalisations n’est disponible au moment de la rédaction. En fait,les normes de protection contre les surtensions pour l'alimentation CC sont en cours au niveau international (IEC). C'est,cependant,on s'attend à ce que d'ici la fin de 2021, les normes suivantes soient en place:

● CEI61643-41:Méthodes de test pour la protection contre les surtensions pour l'alimentation CC basse tension lignes
● CEI61643-42:Sélection et installation d'une protection contre les surtensions pour l'alimentation basse tension CC lignes

Cette prochaine norme IEC61643-41 sera extrapolée à partir des normes existantes de parafoudres pour réseaux AC (IEC61643-11) et des paramètres de dimensionnement (In,Uc,Imax,Up…) et les procédures de tests seront similaires car elles seront regroupées dans un nouveau document,commun aux deux documents.

La série CEI 61643 évolue vers une nouvelle philosophie. Un nouveau document (IEC61643-01) regroupera toutes les définitions et tests communs aux différentes applications des SPD (AC power,Puissance photovoltaïque,Données doubler,Alimentation CC) et les normes dédiées (IEC61643-11,CEI6163-21,CEI61643-31,et à venir IEC61643-41) se concentrera uniquement sur les tests spécifiques à l'application.

Concernant les tests de sécurité qui simulent la fin de vie du SPD – comme l'emballement thermique ou le comportement en court-circuit – les procédures sont similaires ainsi que les moyens nécessaires pour atteindre les exigences.,à savoir l'utilisation de sectionneurs internes pour résister aux tests d'emballement thermique,et les fusibles associés pour résister aux tests de court-circuit.

La situation actuelle
Concernant l’obligation de protection contre les surtensions transitoires pour les équipements ESS,la norme actuelle pour les installations électriques IEC60364 ne donne pas d'informations,exigence ou recommandation sur ce point.

La raison en est que la norme IEC60364 ne concerne que les installations basse tension connectées dans des applications d'alimentation CA (et non le courant CC).,et il applique les exigences de protection contre les surtensions uniquement à l'entrée du réseau extérieur. Ce n'est pas le cas pour l'emplacement de la partie DC de l’ESS.

Surtensions transitoires
Les spécialistes des équipements ESS ont constaté une robustesse réduite aux surtensions impulsionnelles de ces équipements – notamment dans les systèmes de batteries – et en raison de l’impérieuse nécessité de continuité de service ils recommandent l’utilisation de parasurtenseurs à leurs bornes.. Une protection contre les surtensions sur la partie AC est également recommandée.

Pour les raisons et conséquences suivantes,le point critique est la protection du système de stockage par batterie. Lorsque la tension de fonctionnement CC maximale est très élevée (1,000 Vcc et plus),dans de tels cas, un SPD spécifique est nécessaire,il étant compatible avec ces tensions et conforme à la future IEC61643-41. En cas de courant de court-circuit potentiellement extrêmement élevé (100 kA et plus),le parafoudre doit résister au test de court-circuit en étant associé à un fusible dimensionné en conséquence.

Pour gérer le test de court-circuit,il est impératif d'utiliser le parasurtenseur avec un fusible externe. Le fusible doit être suffisamment puissant pour conduire 5 kA à un courant d'impulsion de 8/20 μs sans ouverture.,mais évalué suffisamment bas pour protéger le parasurtenseur lors de sa défaillance lors du test de court-circuit.

Concernant le pouvoir de coupure,il s'agit du courant de court-circuit probable calculé au moment de l'installation. Fourni par le fabricant de la protection contre les surtensions,ces exigences peuvent rendre la sélection du calibre des fusibles quelque peu difficile dans le cas d'installations CC à très haute puissance.

Fusible amont existant
Il pourrait être envisagé d'utiliser le fusible de protection contre les surcharges SPD d'alimentation CA existant en amont (voir les fusibles de la figure 1 dans le schéma).,ci-dessous) comme protection du SPD. Ceci n'est possible que si sa puissance est égale ou inférieure à la valeur déclarée par le fabricant du SPD.. Pour les installations de forte puissance,les fusibles du chiffre 1 ont des calibres très élevés,ce qui fait de cette option un échec.

Sélection de parasurtenseurs ESS

En conclusion,les critères clés de sélection des SPD DC,extrapolé à partir des normes AC est:

● Parasurtenseur de type 2 (aucun risque avéré de décharge directe de foudre)

● Uc (max.. tension de fonctionnement) est supérieure à Umax du réseau DC + 10%

● In (courant de décharge nominal) est supérieur à 5 kA

● jeIsccr (courant de court-circuit admissible) avec le fusible associé est supérieur à Icc au point d'installation.