Les disjoncteurs à boîtier moulé Soutya DC réduisent les temps d'arrêt du système solaire de 35 %

Une centrale photovoltaïque de 50 MW dans le sud-ouest américain a remplacé 120 disjoncteurs vieillissants par des disjoncteurs à boîtier moulé Soutya DC. Le résultat : une réduction de 35 % des temps d'arrêt imprévus, une baisse du taux de défaillance des disjoncteurs de 4,2 % à 0,8 % et des économies annuelles de maintenance de plus de 60 000 $.

Quelle était la situation opérationnelle de l’installation solaire ?

L'installation exploite 24 blocs solaires, chacun alimentant une station de conversion DC-AC de 2 MW. Son système de protection CC d'origine était constitué de disjoncteurs miniatures non répertoriés UL installés pendant la construction. Après 14 années passées dans un environnement désertique, les disjoncteurs présentaient des signes visibles de contrainte thermique, et plusieurs s'étaient déclenchés lors d'opérations de nettoyage de routine lorsqu'une humidité élevée créait des chemins de fuite.

Les directeurs d'usine étaient sous pression pour augmenter la disponibilité énergétique de 98,2 % à plus de 99 % dans le cadre d'un accord d'achat d'électricité. Chaque déplacement imprévu signifiait une perte de production, et chaque visite de remplacement nécessitait un arrêt complet de la chaîne.

Quels défis l’ancien système de protection DC a-t-il causé ?

Au cours des 12 mois précédents, la centrale a enregistré 47 pannes liées aux disjoncteurs. Le problème le plus courant était un déclenchement intempestif sous surintensité transitoire, déclenché par des défauts de chaînes adjacentes. Lorsqu’un seul disjoncteur en amont s’est ouvert, sept chaînes en aval sont devenues sombres. L'équipe de maintenance a passé en moyenne 3,5 heures par événement, y compris les déplacements sur le site de 200 acres.

Les disjoncteurs plus anciens manquaient également d’indication claire des défauts. Les techniciens ont dû retirer les couvercles et utiliser des caméras infrarouges pour identifier quelle unité s'était ouverte. Dans deux incidents, un disjoncteur qui s'était déclenché a été refermé par erreur alors que le défaut en aval existait toujours, endommageant le boîtier de mixage et un onduleur.

Les pièces de rechange devenaient rares et le fournisseur d'origine avait abandonné le modèle. L'usine stockait 40 unités de plusieurs marques différentes, mais aucune ne correspondait à l'empreinte existante, de sorte que chaque reconstruction nécessitait des modifications des panneaux.

Pourquoi l'usine a-t-elle choisi les disjoncteurs à boîtier moulé Soutya DC ?

L'équipe d'ingénierie a évalué trois options de remplacement : des disjoncteurs CA avec des valeurs CC provenant d'un distributeur local, des unités reconditionnées du fabricant d'origine et la gamme DC MCCB de Soutya. Les disjoncteurs hybrides AC-DC avaient des capacités de coupure inférieures et ont échoué au test de court-circuit interne de l'usine à 10 kA. Les unités reconditionnées bénéficiaient d'une garantie de 90 jours et ne répondaient pas aux problèmes de déclenchement intempestif.

Le disjoncteur à boîtier moulé CC de Soutya a été sélectionné après un essai côte à côte sur deux chaînes. Le produit répondait aux exigences de la norme UL 489 et offrait une tension de fonctionnement nominale de 1 000 V CC avec un pouvoir de coupure de 25 kA, confortablement supérieur au courant de défaut maximum disponible sur site de 12 kA. Les disjoncteurs comportaient également un indicateur de déclenchement visuel et des contacts auxiliaires pour la surveillance à distance, qu'aucun autre candidat n'offrait à un prix comparable.

La décision a également été influencée par la volonté de Soutya de fournir une assistance en matière d'ingénierie d'application et une garantie sans question de 5 ans sur les pièces.

Comment le Soutya DC MCCB a-t-il été déployé ?

Le programme de remplacement a duré huit semaines dans cinq sous-stations. Le projet a été divisé en cinq phases :

• Phase 1 : Enquête sur le terrain et étiquetage des 120 positions des disjoncteurs.
• Phase 2 : Installation de deux panneaux sur le bloc 7 et essai en charge de 48 heures.
• Phase 3 : Déploiement complet sur les blocs 7 et 8, avec une chaîne restante sur les anciens disjoncteurs comme contrôle.
• Phase 4 : le remplacement des blocs restants après la comparaison de contrôle a montré une réduction des défaillances de 4 : 1.
• Phase 5 : Formation de deux électriciens d'usine sur les diagnostics de déclenchement et les procédures de remplacement.

Le principal défi technique consistait à adapter les rails de montage du boîtier de mixage existant. Les dimensions compactes du Soutya correspondaient à la disposition standard des rails DIN, mais les cosses du jeu de barres étaient légèrement plus grandes. L'usine a utilisé un adaptateur en cuivre personnalisé fourni par Soutya, et le temps d'installation par disjoncteur était en moyenne de 27 minutes, ce qui comprenait le serrage des cosses et l'application d'une pâte antioxydante.

Quels résultats l’installation a-t-elle obtenus ?

Après l'installation du dernier disjoncteur, l'usine a suivi ses performances pendant neuf mois. Les temps d'arrêt imprévus dus à des pannes de disjoncteurs CC sont passés de 11,6 heures par mois à 0,8 heure par mois, soit une réduction de 35 % du temps d'arrêt total de l'usine une fois normalisé en fonction de la saisonnalité. Le taux de défaillance des disjoncteurs est passé de 4,2 % par an à 0,8 %.

Les coûts de maintenance ont diminué de 60 000 $ par an, grâce à la diminution du nombre de visites sur site et à l'élimination du stock de pièces de rechange. L'usine a renvoyé les vieux disjoncteurs inutilisés à un revendeur pour 7 000 $. La disponibilité de l'énergie s'est améliorée à 99,4 %, ce qui a déclenché une prime de performance de 150 000 $ de la part de l'acheteur d'électricité.

Les contacts auxiliaires ont permis au système SCADA de l'usine d'afficher un disjoncteur ouvert en temps réel. Dispatch peut désormais envoyer un électricien vers la chaîne appropriée, réduisant ainsi le temps de diagnostic moyen de 35 minutes à 6 minutes.

Qu'a dit le responsable de la maintenance de l'usine ?

"Nous nous attendions à un taux de déclenchement plus faible, mais nous ne nous attendions pas à ce que les diagnostics soient aussi précis. L'indicateur de déclenchement et le contact à distance permettent à nos opérateurs de panneaux de voir la position exacte sans quitter la salle de contrôle. Cela a réduit notre temps de réponse à une fraction de ce qu'il était", a déclaré le responsable de la maintenance électrique.

Quelles leçons les autres opérateurs peuvent-ils tirer ?

Trois points de ce projet s’appliquent à toute installation dotée d’équipements de protection CC vieillissants :

• Vérifiez la capacité de coupure réelle à la tension maximale de votre système. Un disjoncteur évalué à 25 kA à 1 000 V CC n'est pas la même chose qu'un disjoncteur évalué à 25 kA à 500 V CC.
• Utilisez un remplacement progressif et conservez deux ou trois chaînes sur l'ancien équipement comme groupe de contrôle. Des données comparables provenant de l'usine ont montré le résultat en quatre semaines.
• Investissez dans des disjoncteurs avec contacts auxiliaires. Le signal d'état à distance s'est rentabilisé en éliminant le temps de patrouille et en empêchant un réenclenchement erroné après un voyage.

Si le projet avait été répété, le gestionnaire aurait commandé des disjoncteurs de rechange supplémentaires pour couvrir un deuxième site plutôt que de vendre les anciennes unités. "Nous avons sous-estimé la confiance que nous accorderions aux démolisseurs de Soutya et souhaitons standardiser l'usine sœur", a-t-il noté.

Références

• UL 489 éd. 14-2025 - Disjoncteurs à boîtier moulé, interrupteurs à boîtier moulé et boîtiers de disjoncteur
• Étude de simulation sur le processus de mouvement de l'arc des disjoncteurs miniatures CC, DOI : 10.1063/5.0174184