Parafoudres DC : PV, BESS, EV et industriel

Un dispositif de protection contre les surtensions DC (SPD DC) limite les surtensions transitoires sur un circuit d'alimentation en courant continu. Une sélection correcte commence par la fonction du circuit protégé, et non simplement sa tension : les applications DC dédiées aux générateurs photovoltaïques relèvent de la norme IEC 61643-31 ; les applications d'alimentation DC non photovoltaïques éligibles relèvent de la norme IEC 61643-41 ; les circuits d'alimentation AC utilisent la norme IEC 61643-11 ; les circuits de télécommunication et de signalisation utilisent la norme IEC 61643-21.

After identifying the correct product-standard scope, verify maximum continuous DC voltage, source and fault-current behavior, protection modes, surge duty, voltage protection level, grounding arrangement, disconnection, and backup protection. A solar SPD and a battery SPD are not automatically interchangeable because both labels show the same voltage.

Principaux enseignements

DC générateur PV : évaluer CEI 61643-31:2018, y compris l'exclusion énoncée par la norme pour les SPD associés aux systèmes de stockage d'énergie PV.
Alimentation DC non-PV : évaluer IEC 61643-41:2025 avec les IEC 61643-01 exigences applicables, ainsi que les conditions réelles de source et de défaut.
Circuits d'alimentation AC : utiliser la spécification AC CEI 61643-11:2025; ne pas la citer comme norme de produit globale actuelle pour les batteries, les VE ou l'alimentation DC industrielle.
Données et signalisation : utiliser IEC 61643-21:2025 le cas échéant, y compris les lignes de communication qui transportent également de l'énergie.
Sélectionnez la tension nominale en fonction de la tension de circuit continue la plus élevée crédible ; pour le PV, tenez compte de la tension en circuit ouvert à la température de cellule la plus basse pertinente.
Vérifiez le courant de court-circuit présumé, le comportement de la source, la capacité du sectionneur, la protection de secours et les modes de protection indiqués par le fabricant avant d'accepter tout SPD DC.

Quelle norme IEC s'applique à chaque circuit ?

Circuit protégé	Début de l'évaluation de la norme produit	Pourquoi il appartient à cette catégorie	Limitation importante
Chaîne DC du générateur PV, sortie du boîtier de jonction ou entrée côté PV de l'onduleur	CEI 61643-31:2018	Le champ d'application publié traite spécifiquement du côté DC des générateurs photovoltaïques et des onduleurs.	La norme exclut les SPD pour les systèmes PV avec stockage d'énergie tels que les batteries ou les bancs de condensateurs.
Alimentation DC connectée à une batterie, bus DC non-PV ou alimentation DC industrielle admissible	IEC 61643-41:2025 avec les exigences applicables de la norme IEC 61643-01	Part 41 addresses DC low-voltage power circuits and equipment up to 1,500 V DC.	Les caractéristiques de la source, les surtensions temporaires, le courant de défaut, le champ d'application exact du produit et les règles spécifiques à l'équipement nécessitent une évaluation distincte.
Entrée AC de recharge de VE, sortie AC d'onduleur ou tableau de distribution AC	IEC 61643-11:2025 avec les exigences applicables de la norme IEC 61643-01	La partie 11 traite des circuits et équipements d'alimentation basse tension AC.	Une référence à une norme de produit AC n'établit pas l'adéquation pour un circuit d'alimentation DC.
Ethernet, PoE, RS485, instrumentation ou toute autre interface de signalisation admissible	IEC 61643-21:2025 avec IEC 61643-01:2024	La partie 21 traite des réseaux de télécommunications et de signalisation, y compris les lignes fournissant également de l'alimentation.	Une ligne de communication transportant du courant DC ne devient pas automatiquement un circuit d'alimentation DC de la partie 41.

Le numéro de la norme identifie un cadre d'évaluation ; il n'établit pas que chaque modèle est adapté à chaque circuit entrant dans ce champ d'application. Vérifiez l'édition exacte, la documentation du produit, les modes de fonctionnement déclarés, le marché du projet et les conditions d'installation réelles.

Pour une correspondance plus large publication par publication, voir Explication des normes IEC 61643 pour les SPD.

Pourquoi la sélection d'un SPD DC diffère de la sélection d'un SPD AC

Les circuits DC maintiennent une polarité constante plutôt que de suivre les passages par zéro de la tension alternative d'un système AC. Cela modifie la contrainte de tension, le comportement de la source, l'interruption des défauts, la conception des sectionneurs et la coordination.

Les conséquences dépendent de la source :

Un champ PV présente des caractéristiques de source régies par les modules, l'irradiance, la température et la configuration des chaînes.
Un banc de batteries peut présenter une énergie disponible et un courant de court-circuit présumé substantiels.
Un convertisseur de recharge pour VE peut imposer des conditions spécifiques de mise à la terre, d'isolation, de contrôle et de défaut pour l'équipement.
Une alimentation DC industrielle peut être mise à la terre, flottante, isolée, bipolaire, limitée en courant ou secourue par un banc de batteries ou de condensateurs.

Un SPD AC uniquement ne doit pas être installé sur un circuit DC sans l'approbation explicite du fabricant pour cette application DC spécifique. Inversement, un SPD classé PV ne doit pas être considéré comme automatiquement adapté à un bus de batterie, et un SPD DC général ne doit pas être supposé adapté à un circuit de générateur PV.

Valeurs nominales des SPD DC : convertir les conditions de fonctionnement en spécifications

Variable de sélection	Déclaration commune	Ce qu'il faut établir	Ce qu'il ne faut pas supposer
Tension de fonctionnement continu	Uc, Ucpv en DC, ou MCOV spécifique au marché	La tension continue maximale crédible dans chaque mode de protection déclaré.	La tension nominale du bus est égale à la tension de fonctionnement dans le pire des cas.
Niveau de protection	Up ou déclaration spécifique au marché applicable	Le dispositif et le raccordement installé doivent protéger le niveau de tenue aux chocs pertinent de l'équipement.	La valeur Up de la fiche technique inclut à elle seule toute la chute de tension du câblage sur site.
Capacité de tenue aux surtensions répétées	In, le cas échéant	Le courant de décharge nominal déclaré et la base d'essai correspondent à l'exposition évaluée.	Un courant de crête annoncé plus élevé n'améliore pas automatiquement chaque installation.
Capacité de tenue aux surtensions maximale	Imax, le cas échéant	La forme d'onde déclarée, par mode/par pôle, et le service prévu sont appropriés.	Les valeurs globales de kA marketing sont directement comparables aux déclarations par mode.
Service d'impulsion de foudre	Iimp, le cas échéant	La conception et l'évaluation des risques imposent réellement le service d'essai de courant de foudre déclaré.	Tout système extérieur nécessite automatiquement la même classification de Type 1.
Comportement en court-circuit	Déclaration de tenue/courant de court-circuit applicable, telle que Isccr ; SCCR lorsque ce cadre s'applique	Courant de défaut disponible, dispositif de protection de secours testé, comportement du sectionneur et limites du fabricant.	Le SCCR est la terminologie de marquage universelle pour tout produit IEC.
Modes de protection	DC+/DC−, DC+/PE, DC−/PE, ou alternative indiquée	Le dispositif de protection correspond à la mise à la terre de la source, à la topologie du système et aux conducteurs protégés.	Chaque appareil à deux ou trois modules possède la même connexion interne.

La terminologie IEC et nord-américaine doit rester dans son propre cadre. Les exigences du marché UL 1449, les listes de produits, les niveaux de protection en tension et les catégories d'installation doivent être vérifiés lorsque le projet les exige explicitement ; ils ne sont pas automatiquement interchangeables avec les déclarations IEC.

Pour un examen plus approfondi paramètre par paramètre, voir comment lire une fiche technique de SPD.

Solaire PV DC : commencer par la tension en circuit ouvert corrigée à froid

Les modules PV peuvent atteindre une tension en circuit ouvert plus élevée lorsqu'ils fonctionnent en dessous de leur température de référence. Sélectionner un SPD uniquement sur la base de la tension nominale de la chaîne peut donc laisser une marge de tension inadéquate.

Utilisez le coefficient de température de tension du fabricant du module et la température de cellule de conception pertinente la plus basse. Une équation de sélection linéaire simplifiée est :

Voc,cold ≈ Voc,STC × [1 + |βVoc| × (25°C − Tmin)]
String Voc,cold ≈ nombre de modules en série × module Voc,cold

Le coefficient doit être saisi sous forme de fraction par degré Celsius. Par exemple, un module avec une tension en circuit ouvert de 45 V dans les conditions de test standard, une amplitude de coefficient de tension de 0,0028/°C et une température de cellule de conception de −10°C donne :

Module Voc,cold ≈ 45 × [1 + 0.0028 × 35]
Module Voc,cold ≈ 49.41 V
20-module string Voc,cold ≈ 988.2 V

Il s'agit d'un calcul illustratif et non d'une recommandation de produit. La conception PV finale doit utiliser la fiche technique réelle du module, la méthode de température applicable, les conditions de conception locales pertinentes, les limites de l'onduleur, la mise à la terre du système, les tolérances et les exigences du fabricant. Sélectionnez un SPD PV dont le Ucpv déclaré et les modes de protection restent adaptés à l'ensemble du circuit dans le pire des cas.

Où la protection DC PV est évaluée

Les emplacements d'évaluation typiques incluent le boîtier de jonction PV, l'entrée de l'onduleur côté PV et d'autres transitions exposées identifiées par l'évaluation des risques de foudre et la conception de l'installation.

Des conducteurs longs ou acheminés à l'extérieur peuvent justifier une évaluation de la protection à plusieurs emplacements. Ne présentez pas de seuil de longueur de câble fixe ou de sélection de type universelle, sauf si la norme applicable, la règle d'installation, le cahier des charges du projet ou les instructions du fabricant le justifient.

Utilisez la guide de sélection des SPD pour applications solaires pour l'application photovoltaïque dédiée.

Stockage d'énergie par batterie : le courant de défaut modifie la décision

Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) peut contenir plusieurs circuits électriques différents, chacun nécessitant sa propre évaluation de protection :

Circuits DC connectés aux batteries et bus DC non-PV éligibles : évaluer les exigences des normes IEC 61643-41 et IEC 61643-01 applicables.
Conducteurs DC dédiés au générateur PV, s'ils sont présents séparément : évaluer la norme IEC 61643-31 dans le cadre de son domaine d'application publié actuel.
Sortie AC du système de conversion de puissance et raccordement au réseau : évaluer la norme IEC 61643-11.
Interfaces de gestion de batterie, Ethernet, de surveillance et de signalisation : évaluez la norme IEC 61643-21 le cas échéant.

La distinction critique ne réside pas dans le fait qu'un système contienne des équipements solaires. Elle réside dans le fait que le circuit protégé spécifique soit en courant continu (DC) de générateur PV, en courant continu (DC) de batterie/non-PV, en courant alternatif (AC) ou en signalisation.

La norme IEC 61643-41 note que ses hypothèses de test sont basées sur une source d'alimentation DC avec une caractéristique tension-courant linéaire et appelle à une attention particulière lorsque les caractéristiques de la source diffèrent, notamment en ce qui concerne le courant de court-circuit présumé et la surtension temporaire. Les systèmes de batterie nécessitent donc une preuve de conformité spécifique au modèle, une déconnexion coordonnée et une protection de secours, et non une simple correspondance de tension.

Pour l'architecture complète du circuit mixte, voir Protection contre les surtensions pour BESS sur les circuits DC, AC et de signal.

Recharge de VE : classifiez le circuit, pas la borne de recharge

Un chargeur de VE peut inclure une alimentation AC, un étage de conversion DC interne, une sortie DC, une alimentation de commande, un comptage, une mise en réseau et des interfaces de communication. Une seule déclaration de SPD ne couvre pas toutes les sections.

Section du chargeur	Démarrage de l'évaluation du SPD	Vérifications supplémentaires
Entrée AC ou distribution AC en amont	IEC 61643-11 et exigences du marché pertinentes.	Tension du système, schéma de liaison à la terre, emplacement, capacité de décharge et protection externe.
Section d'alimentation DC non-PV éligible	IEC 61643-41 et exigences applicables de la norme IEC 61643-01.	Architecture du chargeur, plage de tension, comportement de la source, isolation, courant de défaut et approbation du fabricant.
Bus d'alimentation de commande	Partie 41 lorsqu'il s'agit réellement d'un circuit d'alimentation DC entrant dans son champ d'application.	Tension réelle du rail, mise à la terre, exigences de continuité et courant de défaut disponible.
Ethernet, communications ou PoE	IEC 61643-21 lorsque l'interface relève de son champ d'application en matière de signalisation.	Connecteur, bande passante, blindage, alimentation, perte d'insertion et liaison équipotentielle.

L'architecture de l'équipement du fabricant du chargeur et les normes applicables aux équipements de charge peuvent imposer des exigences supplémentaires. Ne prescrivez pas de point d'installation interne et n'affirmez pas que chaque sortie DC nécessite le même SPD sans la documentation de conception du fabricant et l'évaluation des risques du projet.

Industrial and Telecom DC: Nominal Voltage Is Only the Beginning

Les installations industrielles peuvent utiliser des alimentations de commande basse tension, une distribution DC pour les télécommunications, une alimentation de commande secourue par batterie ou des bus DC à tension plus élevée. Un même rail de plaque signalétique peut présenter des caractéristiques de mise à la terre et de défaut très différentes.

Before choosing an industrial DC SPD, record:

La tension continue normale et maximale, y compris les conditions de charge flottante ou de boost du chargeur, le cas échéant.
La configuration de la source : mise à la terre positive, mise à la terre négative, flottante, isolée ou bipolaire.
Quels conducteurs et modes de protection nécessitent une coordination.
La capacité de courant de défaut de la source, la contribution du stockage et le dispositif d'élimination des défauts.
La tenue aux impulsions de l'équipement connecté et le chemin de connexion installé.
Conditions environnementales, accès pour la maintenance, signalisation à distance et exigences de continuité.
Si les conducteurs protégés transportent du courant continu (DC) est toujours sur « ON », mais l’ ou une communication de signal.

Une installation d'alimentation télécom peut impliquer un bus d'alimentation DC évalué selon la Partie 41 et une connexion Ethernet ou de signalisation séparée évaluée selon la Partie 21. La présence d'une tension DC ne fusionne pas ces fonctions de circuit en une seule norme.

Protection DC de Type 1, Type 2 et combinée

La classe d'essai de surtension pertinente et la classification du SPD doivent correspondre à la norme produit, à la déclaration du fabricant, à la position d'installation, à l'évaluation du risque de foudre et à la conception du système.

Lorsque le cadre applicable et la documentation produit utilisent ces désignations :

Une capacité de type 1 ou combinée de type 1+2 peut être envisagée lorsque la conception réelle nécessite une capacité déclarée en courant de foudre.
Une capacité de type 2 peut être appropriée pour les surtensions induites et de manœuvre au niveau de la distribution lorsque l'exposition évaluée et les conseils du fabricant justifient ce choix.
Les étages multiples nécessitent une coordination vérifiée ; leur compatibilité ne peut être présumée simplement parce que leurs numéros de type imprimés diffèrent.

L'existence d'un système de protection externe contre la foudre n'établit pas, en soi, une configuration SPD universelle pour chaque conducteur, position d'installation ou disposition de mise à la terre. Utilisez Sélection de SPD de type 1, type 2 ou type 3 pour la question de classification dédiée.

Installation : Liaison équipotentielle, longueur des conducteurs et protection de secours

Des calibres d'appareil corrects ne compensent pas une mauvaise installation. Le SPD doit être raccordé conformément à son schéma exact et à l'architecture de mise à la terre du circuit DC protégé.

Maintenez la connexion complète entre les conducteurs protégés, tout dispositif de secours spécifié, les bornes du SPD et le point de liaison équipotentielle de protection approuvé aussi courte et directe que possible. Un courant de foudre à montée rapide peut créer une chute de tension supplémentaire dans le conducteur, augmentant le niveau de protection perçu par l'équipement.

Utilisez l'agencement de liaison équipotentielle approuvé et coordonné de l'installation. Ne connectez pas un SPD à un piquet de terre isolé, n'inventez pas de liaison neutre-terre supplémentaire et ne modifiez pas la référence de mise à la terre du système sans une conception technique conforme aux normes.

Vérifiez les points suivants avant la mise en service :

Les connexions positive, négative et PE correspondent au schéma du fabricant et à la topologie réelle du système.
La valeur Uc ou Ucpv en DC sélectionnée couvre la tension continue dans le pire des cas pour le mode concerné.
Le courant de défaut présumé ne dépasse pas la capacité de court-circuit déclarée applicable au dispositif avec son agencement de protection spécifié.
Les fusibles ou disjoncteurs externes sont calibrés pour le DC là où requis et correspondent aux conditions de coordination testées par le fabricant du SPD.
Les sectionneurs internes et l'indication à distance se comportent comme spécifié pour la source réelle et l'environnement de défaut.
Le niveau de protection contre les surtensions installé et son emplacement sont compatibles avec l'équipement protégé.
Les circuits AC et de communication adjacents bénéficient d'une protection conforme à leur propre cadre de produit approprié.

Pour obtenir des conseils complets sur les phases, le neutre, le PE, les dispositifs de protection et le routage, utilisez le guide de câblage SPD.

Spécification pratique d'approvisionnement en SPD DC

Demandez au fournisseur d'identifier le dispositif exact en fonction des champs suivants :

Champ d'approvisionnement	Informations requises
Circuit protégé	DC de générateur PV, alimentation DC batterie/non-PV, rail DC industriel ou tout autre circuit défini.
Norme et édition	Partie et édition du produit IEC applicables, relation pertinente avec la Partie 01 et approbation régionale requise.
Tension de fonctionnement maximale	Tension DC continue dans le pire des cas et Ucpv déclaré, Uc DC ou MCOV applicable.
Modes de mise à la terre et de protection	Configuration mise à la terre/isolée/bipolaire et déclarations réelles du mode DC+/DC−/PE.
Tenue aux surtensions et à la foudre	In, Imax, Iimp déclarés le cas échéant, formes d'onde associées et base par mode.
Niveau de protection de l'équipement	Up déclaré et hypothèses de raccordement installées pertinentes pour la tenue de l'équipement.
Source et courant de défaut	Caractéristiques réelles de la source, courant de court-circuit disponible et informations applicables sur la tenue au court-circuit/courant déclaré.
Protection de sauvegarde	Type de dispositif externe requis, tension nominale DC, conditions de coordination et calibre de protection maximal autorisé par le fabricant.
Surveillance et maintenance	Indication d'état, modules remplaçables, contact distant optionnel, accès pour la maintenance et instructions de remplacement.
Preuve	Fiche technique exacte du modèle, schéma de câblage, rapport d'essai ou certificat pertinent si nécessaire, et documentation spécifique au marché.

Une demande de prix (RFQ) utile ne se limite pas à “ SPD 1500 V DC, 40 kA ”. Elle identifie le circuit, la source, la norme, le schéma de mise à la terre, la tension, les modes de protection, la capacité de décharge, les conditions de courant de défaut et les preuves de conformité du produit requises.

Examiner le Gamme de parafoudres VIOX qu'une fois ces exigences d'application définies.

Références techniques principales

L'adoption nationale applicable, les instructions du fabricant, les exigences spécifiques à l'équipement, les règles du marché et les conditions réelles du circuit protégé doivent être vérifiées pour chaque installation.

Dispositifs de protection contre les surtensions DC : Guide de sélection pour le solaire PV, le BESS, la recharge de VE et les applications industrielles DC