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Etape N°6 - Calibrer les dispositifs de coupure et protection > Partie Parc de batteries



Protection contre les surintensités


Côté Batteries, il convient d'assurer la protections des biens (câbles, connectiques, batteries) contre des éventuelles surintensités.

Origine des surintensités


Côté batteries, les causes de surintensités peuvent être :
  • Un courant de court-circuit, dans le cas où les bornes + et - entrent en contact (par usure des câbles ou par accident lors d'une intervention de maintenance, etc.). Le court-circuit peut apparaître à n'importe quel endroit du circuit.
  • Tout autre courant de surcharge non-prévu pouvant apparaître.
Pour cela, nous décidons de mettre en place des fusibles.



=> Emplacement des fusibles
Les fusibles doivent être positionnés au plus près du parc de batterie. En effet, si le court-circuit apparaît entre les batteries et les fusibles, le courant de court-circuit ne sera pas détecté, ainsi qu'illustré sur le schéma ci-dessous. Placer les fusibles au plus près du parc de batteries minimisera donc les risques d'incendie et de détérioration.

Emplacement des fusibles au plus près du parc de batteries
Emplacement des fusibles au plus près du parc de batteries


=> Calibrage en courant
Côté Batteries, pour que les fusibles assurent la protection contre les surintensités, il convient de (re)définir 3 types de courant :
  • IB : le courant maximal d'emploi dans les conducteurs.
  • IN : le courant assigné des fusibles (ou courant nominal des fusibles).
  • IZ : le courant maximal admissible dans les conducteurs.
Pour les fusibles, le calibrage en courant passent par le respect de deux conditions :

Calibrage en courant des fusibles côte Parc de Batteries


Pour le calcul du courant d'emploi IB, il convient de considérer la valeur maximum des 2 cas suivants :
→ Cas N°1 - Le parc de batteries est en cours de charge par le champ photovoltaïque
Le parc de batteries est en cours de charge par le champ photovoltaïque

Dans ce cas, s'agissant d'un régulateur MPPT, le courant d'emploi est égal au courant maximum de charge du régulateur.
Dans notre étude de cas, la fiche technique du régulateur indique un courant maximal de charge de 60 A. Ainsi, IB = 60 A.
→ Cas N°2 - Le parc de batteries se décharge dans les appareils électriques
Le parc de batteries se décharge dans les appareils électriques

Dans ce cas, le courant d'emploi correspond au plus grand courant consommé par les appareils électriques, en fonctionnement normal et en tenant compte des facteurs de simultanéité.
Dans notre étude de cas, nous avions calculé une puissance nominale foisonnée de 3,3 kW. Par conséquent, sous une tension de 48 V, le courant d'emploi vaut IB=(3 300)/48=69 A.
Détermination du courant d'emploi des batteries
La valeur maximum correspond au cas N°2, soit IB=69 A. La condition (1) devient alors IN ≥ 69 A.
Cette information nous permet de préciser la condition (2) : IN ≤ 0,90 × IZ. Or, le courant admissible des câbles IZ a été déterminé à l'Etape N°5 - Calculer la section des câbles, à savoir : IZ = 129 A. Par suite, la condition (2) devient : IN ≤ 0,90 × 129, soit IN ≤ 116,1 A.

En conséquence, le calibrage en courant des fusibles côté Batteries est le suivant :

69 A ≤ IN ≤ 116,1 A
Un fusible de 80 A serait donc adapté (par exemple).


=> Calibrage en tension
Il convient que la tension assignée UN des fusibles soit supérieure à la tension maximale du système. Dans notre cas, la tension maximale du système est égale à la tension à vide UCO du champ photovoltaïque majorée par le coefficient multiplicateur k prenant en compte l'effet de la température (voir tableau de sécurité prenant en compte l'élévation de la tension lorsque la température des cellules diminue). Dans notre étude de cas, k=1.14, et la tension à vide du champ photovoltaïque vaut 3 × 40 V = 120 V. La tension assignée des fusibles doit donc être au mois égale à UN = 1.14 × 120 = 136.8 V.

=> Pouvoir de coupure
En cas d'apparition d'un court-circuit côté Batteries, les fusibles doivent être en mesure d'interrompre le courant de court-circuit. Pour cela, le pouvoir de coupure des fusibles doit être supérieur au courant de court-circuit présumé. Il convient donc de calculer le courant de court-circuit susceptible d'apparaître côté Batteries. Pour ce faire, plusieurs solutions solutions sont possibles :
  • Le courant de court-circuit est indiqué par le fabricant des batteries sur la fiche technique.
  • La norme NF C15-100 préconise, en absence d'indication concernant la résistance interne des batteries, d'appliquer la règle suivante : ICC = 10 × C100. Ainsi, dans notre étude de cas : ICC = 10 × 1 256 = 12 560 A.
  • Si on connait la résistance interne des batteries, le courant de court-circuit ICC s'écrit : ICC=UBatterie/Ri , où Ri est la résistance interne équivalente à l'ensemble du circuit affectée par le court-circuit. Or, UBatterie = 48 V, et Ri est tout simplement la somme des résistance interne de chacun des éléments de batterie (en négligeant la résistance des câbles). Cette information peut être fournie par le constructeur, à défaut on prendra la valeur de 0,5 mΩ. Comme le parc de batteries est composé de 24 éléments en série : Ri = 24 × 0,5 × 10-3 = 12 × 10-3 Ω. Par suite, le courant de court-circuit vaut : ICC=48/0,012=4 000 A.


Courant de court-circuit produit par le parc de batteries
Courant de court-circuit produit par le parc de batteries


Ne disposant pas d'information sur la valeur de la résistance interne des batteries, nous retiendrons la valeur obtenue par la méthode de la norme NF c15-100 : le pouvoir de coupure des fusibles côté Batteries sera d'au moins 13 kA.

Dispositifs de coupure et sectionnement


Afin de garantir la sécurité lors des opérations de maintenance ultérieure, et en conformité avec le guide de l’UTE C15-712-2 concernant les dispositifs de coupure et de sectionnement, nous installons un interrupteur-sectionneur dans le coffret électrique.

Emplacement de l'organe de coupure et sectionnement côté Batteries
Emplacement de l'organe de coupure et sectionnement côté Batteries


Cet interrupteur-sectionneur sera calibré de façon identique aux fusibles :
  • En courant : La fonction d'interrupteur doit être capable de :
    1. Supporter et d'interrompre les courants dans les conditions normales, y compris des surcharges.

      Dans notre étude de cas :
      -Courant en condition normale = 69 A (voir tableau plus haut)
      - Courant en condition normale avec surcharge = 83 A (Il s'agit du courant maximal lorsque l'ensemble des appareils électriques sont en fonctionnement simultanément (P = 4 000 W sous 48 V - Voir Etape N°1 - Déterminer les besoins électriques)
    2. L'interrupteur doit également être capable de supporter des courants dans des conditions anormales (courant de court-circuit) pendant une durée spécifiée (un interrupteur peut être capable d'établir des courants de court-circuit mais n'est pas capable de les couper).

      Dans notre étude de cas : Courant de court-circuit = 13 kA (calculés précédemment)


  • En tension : La tension assignée doit être au moins égale à la tension à vide UCO du circuit majorée par le coefficient multiplicateur k prenant en compte l’effet de la température. Dans notre exemple, la valeur du coefficient k vaut k=1.14 (voir tableau de sécurité prenant en compte l'élévation de la tension lorsque la température des cellules diminue), avec des chaînes photovoltaïques constituées de 3 modules en série (chaque module présente une tension à vide de 40 V), soit :

    Tension assignée de l'interrupteur-sectionneur : UN ≥ 3 × 1.14 × 40 = 136.8 V