La foudre est une cause fréquente de pannes dans les systèmes photovoltaïques (PV) et éoliens.Une surtension dommageable peut se produire à partir d'un éclair qui frappe à une longue distance du système, ou même entre les nuages.Mais la plupart des dégâts causés par la foudre sont évitables.Voici quelques-unes des techniques les plus rentables généralement acceptées par les installateurs de systèmes électriques, basées sur des décennies d'expérience.Suivez ces conseils et vous avez de très bonnes chances d'éviter les dommages causés par la foudre à votre système d'énergie renouvelable (ER).
Mettez-vous à la terre
La mise à la terre est la technique la plus fondamentale de protection contre les dommages causés par la foudre.Vous ne pouvez pas arrêter une surtension, mais vous pouvez lui donner un chemin direct vers le sol qui contourne votre précieux équipement et décharge en toute sécurité la surtension dans la terre.Un chemin électrique vers la terre déchargera constamment l'électricité statique qui s'accumule dans une structure hors sol.Souvent, cela empêche l'attraction de la foudre en premier lieu.
Les parafoudres et les parasurtenseurs sont conçus pour protéger les équipements électroniques en absorbant les surtensions électriques.Cependant, ces appareils ne remplacent pas une bonne mise à la terre.Ils fonctionnent uniquement en conjonction avec une mise à la terre efficace.Le système de mise à la terre est une partie importante de votre infrastructure de câblage.Installez-le avant ou pendant l'installation du câblage d'alimentation.Sinon, une fois que le système fonctionne, cet élément important peut ne jamais être coché sur la liste des « choses à faire ».
La première étape de la mise à la terre consiste à construire un chemin de décharge à la terre en reliant (interconnectant) tous les composants structurels métalliques et les boîtiers électriques, tels que les cadres de modules PV, les supports de montage et les tours d'éoliennes.L'article 250 et l'article 690.41 à 690.47 du Code national de l'électricité (NEC) spécifient les tailles, les matériaux et les techniques de fil conformes au code.Évitez les virages serrés dans les fils de terre - les surintensités élevées n'aiment pas tourner dans les virages serrés et peuvent facilement sauter au câblage à proximité.Portez une attention particulière aux fixations du fil de cuivre sur les éléments structurels en aluminium (en particulier les cadres des modules PV).Utilisez des connecteurs étiquetés « AL/CU » et des attaches en acier inoxydable, qui réduisent le potentiel de corrosion.Les fils de terre des circuits CC et CA seront également connectés à ce système de mise à la terre.(Reportez-vous aux articles Code Corner sur la mise à la terre du générateur photovoltaïque dans HP102 et HP103 pour plus de conseils.)
Tiges de terre
L'aspect le plus faible de nombreuses installations est la connexion à la terre elle-même.Après tout, vous ne pouvez pas simplement raccorder un câble à la planète !Au lieu de cela, vous devez enterrer ou marteler une tige de métal conducteur et non corrosif (généralement du cuivre) dans le sol et vous assurer que la majeure partie de sa surface entre en contact avec un sol conducteur (c'est-à-dire humide).De cette façon, lorsque l'électricité statique ou une surtension arrive sur la ligne, les électrons peuvent s'écouler dans le sol avec une résistance minimale.
De la même manière qu'un champ de drainage dissipe l'eau, la mise à la terre agit pour dissiper les électrons.Si un tuyau de drainage ne se déverse pas correctement dans le sol, des refoulements se produisent.Lorsque les électrons reculent, ils sautent l'écart (formant un arc électrique) vers votre câblage d'alimentation, à travers votre équipement, et ensuite seulement vers la terre.
Pour éviter cela, installez une ou plusieurs tiges de mise à la terre cuivrées de 8 pieds (2,4 m) de 5/8 pouces (16 mm), de préférence dans de la terre humide.Une seule tige n'est généralement pas suffisante, surtout en sol sec.Dans les zones où le sol devient extrêmement sec, installez plusieurs tiges, en les espaçant d'au moins 6 pieds (3 m) et en les reliant avec du fil de cuivre nu, enterré.Une autre approche consiste à enterrer le fil de cuivre nu #6 (13 mm2), double #8 (8 mm2) ou plus gros dans une tranchée d'au moins 100 pieds (30 m) de long.(Le fil de terre en cuivre nu peut également être acheminé le long du fond d'une tranchée qui transporte des tuyaux d'eau ou d'égout, ou d'autres fils électriques.) Ou, coupez le fil de terre en deux et étendez-le dans deux directions.Connectez une extrémité de chaque fil enterré au système de mise à la terre.
Essayez d'acheminer une partie du système dans des zones plus humides, comme là où un toit draine ou là où les plantes doivent être arrosées.S'il y a un tubage de puits en acier à proximité, vous pouvez l'utiliser comme piquet de terre (faites une connexion solide et boulonnée au tubage).
Dans les climats humides, les semelles en béton d'un réseau monté au sol ou sur poteau, ou une tour d'éolienne, ou des tiges de terre encastrées dans du béton ne fourniront pas une mise à la terre idéale.À ces endroits, le béton sera généralement moins conducteur que le sol humide entourant les semelles.Si tel est le cas, installez un piquet de terre dans la terre à côté du béton à la base d'un générateur, ou à la base de votre tour d'éolienne et à chaque ancrage de hauban, puis connectez-les tous ensemble avec du fil nu et enterré.
Dans les climats secs ou arides, le contraire est souvent vrai : les semelles en béton peuvent avoir une teneur en humidité plus élevée que le sol environnant et offrir une opportunité économique pour la mise à la terre.Si une barre d'armature de 20 pieds de long (ou plus) doit être encastrée dans du béton, la barre d'armature elle-même peut servir de tige de mise à la terre.(Remarque : cela doit être planifié avant que le béton ne soit coulé.) Cette méthode de mise à la terre est courante dans les endroits secs et est décrite dans le NEC, article 250.52 (A3), « Électrode enrobée de béton ».
Si vous n'êtes pas sûr de la meilleure méthode de mise à la terre pour votre emplacement, parlez-en à votre inspecteur électrique pendant la phase de conception de votre système.Vous ne pouvez pas avoir trop d'ancrage.Dans un endroit sec, profitez de chaque occasion pour installer des tiges de terre redondantes, des fils enterrés, etc. Pour éviter la corrosion, utilisez uniquement du matériel approuvé pour effectuer les connexions aux tiges de terre.Utilisez des boulons fendus en cuivre pour épisser les fils de terre de manière fiable.
Mise à la terre des circuits d'alimentation
Pour le câblage du bâtiment, le NEC exige qu'un côté d'un système d'alimentation CC soit connecté - ou « relié » - à la terre.La partie AC d'un tel système doit également être mise à la terre de la manière conventionnelle de tout système connecté au réseau.(Cela est vrai aux États-Unis. Dans d'autres pays, les circuits électriques non mis à la terre sont la norme.) La mise à la terre du système d'alimentation est nécessaire pour un système domestique moderne aux États-Unis.Il est essentiel que le négatif CC et le neutre CA soient reliés à la terre en un seul point de leurs systèmes respectifs, et tous les deux au même point du système de mise à la terre.Cela se fait au niveau du panneau d'alimentation central.
Les producteurs de certains systèmes autonomes à usage unique (comme les pompes à eau solaires et les répéteurs radio) recommandent de ne pas mettre le circuit d'alimentation à la terre.Reportez-vous aux instructions du fabricant pour des recommandations spécifiques.
Câblage de réseau et technique de « paire torsadée »
Le câblage de la matrice doit utiliser des longueurs minimales de fil, rentrés dans le cadre métallique.Les fils positifs et négatifs doivent être de longueur égale et être acheminés ensemble dans la mesure du possible.Cela minimisera l'induction d'une tension excessive entre les conducteurs.Le conduit métallique (mis à la terre) ajoute également une couche de protection.Enterrez les longs câbles extérieurs au lieu de les faire passer au-dessus de votre tête.Un câble de 100 pieds (30 m) ou plus est comme une antenne - il recevra des surtensions même de la foudre dans les nuages.Des surtensions similaires peuvent encore se produire même si les fils sont enterrés, mais la plupart des installateurs s'accordent à dire que le câblage de transmission enterré limite davantage la possibilité de dommages causés par la foudre.
Une stratégie simple pour réduire la sensibilité aux surtensions est la technique de la "paire torsadée", qui aide à égaliser et à annuler toute tension induite entre les deux conducteurs ou plus.Il peut être difficile de trouver un câble d'alimentation approprié qui est déjà torsadé, alors voici ce qu'il faut faire : Disposez une paire de fils d'alimentation le long du sol.Insérez un bâton entre les fils et torsadez-les ensemble.Tous les 30 pieds (10 m), alternez la direction.(C'est beaucoup plus facile que d'essayer de tordre toute la distance dans une direction.) Une perceuse électrique peut parfois être utilisée pour tordre le câblage également, en fonction de la taille du fil.Fixez simplement les extrémités du câblage dans le mandrin de la perceuse et laissez l'action de la perceuse tordre les câbles ensemble.Assurez-vous d'exécuter la perceuse à la vitesse la plus basse possible si vous essayez cette technique.
Le fil de terre n'a pas besoin d'être torsadé avec les fils d'alimentation.Pour les enfouissements, utilisez du fil de cuivre nu ;si vous utilisez un conduit, faites passer le fil de terre à l'extérieur du conduit.Le contact de terre supplémentaire améliorera la mise à la terre du système.
Utilisez un câble à paire torsadée pour tous les câbles de communication ou de commande (par exemple, un câble d'interrupteur à flotteur pour l'arrêt du réservoir plein d'une pompe à eau solaire).Ce fil de calibre plus petit est facilement disponible en câbles pré-torsadés, à paires multiples ou à paire unique.Vous pouvez également acheter un câble à paire torsadée blindé, qui a une feuille métallique entourant les fils torsadés, et généralement un fil de « drain » nu séparé également.Mettez à la terre le blindage du câble et le fil de drainage à une seule extrémité, pour éliminer la possibilité de créer une boucle de terre (chemin moins direct vers la terre) dans le câblage.
Protection supplémentaire contre la foudre
En plus des mesures de mise à la terre étendues, des dispositifs de protection contre les surtensions spécialisés et (éventuellement) des paratonnerres sont recommandés pour les sites présentant l'une des conditions suivantes :
• Emplacement isolé sur un terrain élevé dans une zone fortement éclairée par la foudre
• Sol sec, rocheux ou autrement peu conducteur
• Le fil s'étend sur plus de 100 pieds (30 m)
Parafoudres
Les parafoudres (surtensions) sont conçus pour absorber les pointes de tension causées par les orages électriques (ou une alimentation électrique hors spécifications) et permettent efficacement à la surtension de contourner le câblage électrique et votre équipement.Les parasurtenseurs doivent être installés aux deux extrémités de tout long câble connecté à n'importe quelle partie de votre système, y compris les lignes CA d'un onduleur.Les parafoudres sont conçus pour différentes tensions pour le courant alternatif et le courant continu.Assurez-vous d'utiliser les parafoudres appropriés pour votre application.De nombreux installateurs de systèmes utilisent régulièrement des parafoudres Delta, qui sont peu coûteux et offrent une certaine protection lorsque la menace de foudre est modérée, mais ces unités ne sont plus répertoriées UL.
Les parafoudres PolyPhaser et Transtector sont des produits de haute qualité pour les sites sujets à la foudre et les grandes installations.Ces unités durables offrent une protection robuste et une compatibilité avec une grande variété de tensions de système.Certains appareils ont des indicateurs pour afficher les modes de défaillance.
Paratonnerres
Les « paratonnerres » sont des dispositifs de décharge statique qui sont placés au-dessus des bâtiments et des panneaux solaires électriques, et connectés à la terre.Ils sont destinés à empêcher l'accumulation de charge statique et l'éventuelle ionisation de l'atmosphère environnante.Ils peuvent aider à prévenir une grève et peuvent fournir un chemin pour un courant très élevé à la terre si une grève se produit.Les appareils modernes sont en forme de pointe, souvent avec plusieurs pointes.
Les tiges d'éclairage ne sont généralement utilisées que sur les sites qui subissent des orages électriques extrêmes.Si vous pensez que votre site entre dans cette catégorie, engagez un entrepreneur qui a de l'expérience dans la protection contre la foudre.Si l'installateur de votre système n'est pas aussi qualifié, envisagez de consulter un spécialiste de la protection contre la foudre avant l'installation du système.Si possible, sélectionnez un installateur PV certifié par le North American Board of Certified Energy Practitioners (NABCEP) (voir Accès).Bien que cette certification ne soit pas spécifique à la protection contre la foudre, elle peut être une indication du niveau de compétence globale d'un installateur.
Loin des yeux mais pas du coeur
De nombreux travaux de protection contre la foudre sont enterrés et hors de vue.Pour vous assurer que cela est fait correctement, écrivez-le dans votre ou vos contrats avec votre installateur de système, votre électricien, votre excavateur, votre plombier, votre foreur de puits ou toute personne effectuant des travaux de terrassement qui contiendront votre système de mise à la terre.
Heure de publication : 10 août 2020