Comment un installateur solaire réduit les défauts des circuits CC de 62 % grâce aux MCB CC

Un entrepreneur solaire EPC et O&M exploitant 60 MW de panneaux commerciaux sur toit et de petits panneaux au sol en Arizona et au Nevada a remplacé la protection des chaînes CC à base de fusibles par des disjoncteurs miniatures CC Soutya dans 210 boîtiers de combinaison. Les temps d'arrêt dus à des pannes ont diminué de 62 % et la mise à niveau a été amortie en moins de sept mois.

Contexte client : qui a pris en charge la mise à niveau de la protection DC ?

Le client est une entreprise d’ingénierie, d’approvisionnement et de construction solaire dotée d’une division interne d’exploitation et de maintenance. L'effectif s'élève à 120 personnes. La flotte couvre 60 MW répartis sur 340 systèmes commerciaux sur toit et six baies au sol en Arizona, au Nevada et dans le sud de l'Utah. Les propriétaires d'actifs comprennent des chaînes de vente au détail, des opérateurs d'entrepôts frigorifiques et deux services publics municipaux.

La taille de la flotte a augmenté de 40 % en 18 mois, tandis que les effectifs d'exploitation et d'entretien sont restés stables. Les contrats de service prévoient un délai de réponse de 48 heures pour les défauts affectant la production, avec des pénalités attachées aux délais manqués.

Quels problèmes la protection DC existante a-t-elle créé ?

Chaque boîtier de combinaison protégeait 12 à 16 chaînes avec des fusibles de 15 A et 20 A CC. Cet arrangement a donné lieu à trois problèmes récurrents.

• Le diagnostic a pris plus de temps que la réparation.Un fusible grillé ne dit rien sur la chaîne qui en est la cause. Les équipes ont isolé l'ensemble du combineur, puis ont testé les cordes une par une avec une pince multimètre. Le temps moyen pour isoler une chaîne défectueuse était de 74 minutes et deux techniciens étaient nécessaires à chaque appel.
• Les pièces de rechange se sont multipliées.Douze références de fusibles étaient installées sur les camions pour couvrir les tensions nominales, les ampères et les types de supports, pour une dépense annuelle de 26 400 $.
• Les temps d’arrêt se sont accumulés.Les pannes de réseau ont supprimé 1 480 MWh de production sur l'ensemble du parc en un an, d'une valeur d'environ 77 000 dollars aux tarifs contractuels, et ont entraîné 620 déplacements de camions imprévus à 310 dollars chacun.

La grêle dans la région métropolitaine de Phoenix au cours d'un printemps a provoqué 90 pannes de fusibles en une semaine. Les équipes ont travaillé tout le week-end et deux propriétaires d'actifs ont déposé des crédits de service dans le délai de réponse.

Pourquoi choisir les disjoncteurs miniatures Soutya DC ?

L’équipe d’ingénierie a comparé quatre chemins. La surveillance au niveau des chaînes avec les fusibles existants entraînait un coût en capital supérieur à 900 $ par combineur. L'indication des porte-fusibles a résolu le diagnostic mais a conservé l'inventaire des fusibles et les temps d'arrêt. Les disjoncteurs CC à boîtier moulé dépassaient la profondeur des armoires existantes, ce qui impliquait de nouveaux boîtiers et de nouvelles dalles en béton sur les sites de montage au sol.

Le disjoncteur miniature Soutya DC correspondait au boîtier et au flux de travail sur quatre points :

• Fonctionnement réinitialisable avec un indicateur de déclenchement visible, de sorte qu'un technicien identifie à vue la chaîne défectueuse.
• Une empreinte de rail DIN bipolaire qui s'insère dans le rail existant de 35 mm sans modification du boîtier.
• Une chambre à arc spécifique au courant continu avec plaques séparatrices. Le courant continu n'a pas de zéro naturel, donc l'extinction de l'arc dépend de la géométrie de la chambre et de la vitesse de déclenchement plutôt que d'un passage par zéro.
• Une gamme d'ampères de 6 A à 63 A qui couvrait l'ensemble du parc avec trois références au lieu de douze.

Les valeurs nominales ont été vérifiées par rapport à la norme CEI 60947-2 et à la liste des combineurs, y compris la tension nominale CC, le pouvoir de coupure et le marquage de polarité.

Comment le déploiement du DC MCB a-t-il été mis en œuvre ?

Le projet a duré 14 semaines dans deux États.

1. Audit de la flotte (semaines 1 à 3).Les équipes ont enregistré le nombre de chaînes, la tension en circuit ouvert, le courant de fonctionnement, les dimensions du boîtier et la température ambiante interne de chaque combineur.
2. Spécification et validation sur banc (semaines 4 à 6).Vingt unités ont été testées sur un générateur de 1,2 MW avec imagerie thermique pendant l'irradiation maximale, ainsi qu'une vérification du déclenchement aux limites CC de l'onduleur.
3. Pilote sur trois sites (semaines 7 à 9).Les équipes de terrain ont chronométré la procédure de réinitialisation et ont enregistré chaque événement de déclenchement.
4. Déploiement de la flotte en deux vagues (semaines 10 à 13).Les travaux se sont déroulés dans les délais de maintenance planifiés, de sorte qu'aucune génération n'a été perdue à cause de la modernisation.
5. Documentation et pièces de rechange (semaine 14).Les schémas unifilaires, les spécifications de couple et l'étiquetage ont été mis à jour, et chaque camion a reçu un kit de pièces de rechange standardisé.

Le moment difficile.Deux combineurs du projet pilote se sont déclenchés entre 13h00 et 15h00 par temps clair. Le courant de chaîne a été mesuré à 8,6 A contre un disjoncteur de 10 A à l'intérieur d'un boîtier à une température ambiante interne de 68 °C. Le déclassement thermique à l'intérieur de la boîte a poussé la capacité effective en dessous de la sortie de la chaîne. La solution consistait à augmenter la taille de ces emplacements avec des disjoncteurs de 16 A et à ajouter un espace de ventilation de 20 mm à l'intérieur de la porte de l'enceinte, après quoi les sites ont fonctionné pendant huit semaines sans déclenchement intempestif.

Qu’a apporté le passage aux MCB DC en chiffres ?

• Déplacements de camions imprévus : 620 à 260 par an, soit une réduction de 58 %, ce qui permet d'économiser 111 600 $ en main-d'œuvre et en coûts de véhicule.
• Production perdue suite aux pannes de branchement : 1 480 MWh à 562 MWh par an, en baisse de 62 %, récupérant environ 47 800 $ de revenus contractuels.
• Temps moyen pour isoler une chaîne défaillante : 74 minutes à 22 minutes, en baisse de 70 %.
• Dépenses annuelles en matière de protection : 26 400 $ à 17 400 $, en baisse de 34 %.
• Économies totales identifiées : 187 000 $ par an contre un coût de rénovation proche de 96 000 $, un retour sur investissement en moins de sept mois.

Le profil de sécurité de l'équipage a également changé. Le remplacement des fusibles sous charge a disparu de la procédure standard, et les instructions de travail en courant continu en cas de défaut de chaîne sont désormais un verrouillage, un contrôle visuel et une réinitialisation.

Que dit le client du projet ?

"Auparavant, un défaut de chaîne signifiait deux techniciens, un kit de fusibles et presque toute une après-midi", a déclaré le directeur d'O&M. "Maintenant, un technicien ouvre le boîtier, lit le disjoncteur déclenché, répare la chaîne et la réinitialise. Les interventions de l'après-midi ont diminué de moitié au cours du premier mois."

Le responsable de l'ingénierie a ajouté : "L'audit était la partie qui comptait. Le dimensionnement des disjoncteurs en fonction de la température ambiante du boîtier au lieu du courant de chaîne de la plaque signalétique est ce qui a permis d'éviter les déclenchements intempestifs."

Que peuvent apprendre les autres EPC et propriétaires d’actifs de ce projet ?

• Taille de la boîte, pas de la fiche technique.La température ambiante interne d'un boîtier de toit peut se situer à 25 °C au-dessus de l'air extérieur et déclasser un disjoncteur bien en dessous de la valeur nominale indiquée sur sa plaque signalétique.
• Pilotez sur le site le plus chaud et le plus irradiant.Un seul essai par temps frais masque le comportement thermique qui crée des déplacements intempestifs en juillet.
• Considérez le temps de diagnostic comme la principale économie.Les pièces de rechange ont permis de réaliser un tiers des économies réalisées ; une localisation plus rapide des défauts a permis de faire le reste.
• Réflexion.L'équipe commencerait l'audit avant la saison de la grêle et négocierait un kit de modernisation pré-assemblé avec le fournisseur de l'enceinte, un changement d'une valeur de 12 $ par enceinte en main d'œuvre d'installation.

Références

• CEI 60947-2:2019, Appareillage à basse tension — Partie 2 : Disjoncteurs.boutique en ligne.iec.ch/publication/62482
• UL 1699B:2018, Protection des circuits photovoltaïques (PV) contre les défauts d'arc CC.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B
• Étude de simulation sur le processus de mouvement d'arc des disjoncteurs miniatures CC.est ce que je.org/10.1063/5.0174184

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Les spécifications et les ampères nominaux du disjoncteur miniature Soutya DC sont disponibles sur leDisjoncteur miniature DCpage produit.