Importance des tests de détection des défauts de mise à la terre au sein des installations PV

Il convient de tester toute installation électrique pour s’assurer que son exploitation et son pilotage ne présentent aucun risque. C’est pourquoi l’exécution d’inspections et d’essais revêt une grande importance pour la prévention des accidents électriques et la protection des personnes et des biens.

Les installations photovoltaïques sont susceptibles de produire des courants continus à haute tension. Les chocs électriques imputables à des sources de courant continu sont particulièrement dangereux et leur raccordement à leur dispositifs de mise à la terre est susceptible de comporter divers risques : chocs électriques subis par les personnes se trouvant à proximité, incendie en cas de défauts, transmission de surtensions provoquées par la foudre et présence de perturbations électromagnétiques.

Une méthode sûre et commode d’exécution d’essais permettant de s’abstenir de tout recours aux méthodes conventionnelles (lesquelles consistent à interrompre le circuit concerné pour raccorder un testeur) réside dans l’utilisation d’une pince ampérométrique parce que son usage dispense de toute interruption. Certains tests peuvent être effectués sans nécessiter aucune mise hors service des panneaux solaires. De plus, le risque de chocs électriques s’en trouve considérablement réduit.

Une option Bluetooth autorise l’enregistrement à distance des données de mesure ainsi que l’exécution de tests et d’opérations de télésurveillance, tout en permettant à l’opérateur de se tenir à une distance respectable par rapport aux sources potentielles d’arcs électriques et de décharges électriques entre l’atmosphère et la terre ou une phase.

La liaison Bluetooth permet d’une part à la pince DCM1500S de procéder, par l’intermédiaire de l’appli. Megger Link, au transfert en temps réel des valeurs mesurées vers un smartphone ou une tablette et d’autre part aux testeurs MIT430/2 et MIT2500 de télécharger les données enregistrées sur un ordinateur par le biais du logiciel Megger Download Manager. La pince DCM1500S est parfaitement conforme aux exigences de la norme IEC 61010 s’appliquant aux applications de CAT III 1.000 V et CAT IV 600 V. Cet instrument permet de mesurer des tensions maximales de 1.500 V CA et de 2.000 V CC, ainsi qu’une intensité maximale de 1.500 A en CA et en CC. En outre, la pince DCM1500S est livrée avec des cordons de mesure standard et pourvue d’un connecteur MC4PV de mesure du courant continu généré par les panneaux solaires.

Par ailleurs, les testeurs manuels MIT430/2 et MIT2500 CAT IV 600 V sont des instruments robustes et légers dont la tension maximale d’essai s’élève à 2.500 Vcc et la résistance maximale de mesure à 200 GΩ.

Raccordements à la terre au sein d’installations PV

Correspondant à deux types de base, les dispositifs de raccordement à la terre sont susceptibles de subir diverses pertes à la terre.

Installations suspendues

La mise à la terre d’installations ou d’équipements suspendus s’effectue par le biais d’un dispositif souterrain qui relie à la terre des composants conducteurs hors tension tels que les structures, boîtiers, bâtis, châssis, cadres de modules photovoltaïques, boîtes de connexion, lignes, conduites et autres composants métalliques.

Nombre d’installations sont équipées de modules, câbles et conducteurs de courant continu de Classe II et reliées au réseau électrique par l’intermédiaire d’un onduleur équipé d’un transformateur de découplage. Cette méthode permet au champ de panneaux de demeurer en suspension. Il est important de savoir que des pertes à la terre accidentelles sont susceptibles de survenir en raison d’un équipement défectueux ou d’une isolation endommagée.

Les installations suspendues requièrent le montage d’onduleurs spéciaux permettant de déceler tout défaut affectant le champ de panneaux ainsi que le montage de disjoncteurs, dispositifs de protection du câblage, dispositifs de protection contre les surintensités et de protection contre les défauts à la terre sur les deux conducteurs de courant continu non mis à la terre.

Dispositif de mise à la terre

Un dispositif de terre ou de mise à la terre se définit comme un dispositif assurant la mise à la terre de tout élément conducteur sous tension au sein d’une installation électrique ou le raccordement de ce dernier au potentiel de terre.

Tout conducteur de terre ou câble de sortie d’un champ de panneaux PV est raccordé à la terre. Dans ce cas, une liaison équipotentielle avec la terre s’effectue par le biais de l’un des conducteurs de courant continu sous tension. Ici, les pertes à la terre prévues surviennent en raison de la conception de l’équipement.

Les installations PV doivent être équipées d’origine d’un dispositif de mise à la terre de l’équipement et généralement de l’installation en tant que telle. Sur les dispositifs de mise à la terre ayant donné lieu à la détection d’une situation de défaut à la terre en raison d’un débit de courant le long d’un conducteur mis à la terre et d’une électrode de terre, le circuit est ouvert et l’onduleur émet une alarme de défaut à la terre. La liaison entre le conducteur mis à la terre et le circuit de l’électrode de terre s’effectue normalement par l’intermédiaire du dispositif de protection contre les défauts à la terre.

Il convient d’observer que les coups de foudre directs ou voisins peuvent également causer des dégâts. En outre, des surtensions éventuelles sont susceptibles d’être induites sur les câbles de courant alternatif et les conducteurs que présentent les champs de panneaux PV.

Tests de localisation des défauts à la terre

Il convient de soumettre régulièrement les installations PV à l’exécution d’inspections et de tests pour s’assurer de leur sécurité et de leur bon fonctionnement tout au long de leur durée de vie opérationnelle.

Il est important d’avoir accès aux données et mesures initialement enregistrées lors de la première mise en service de l’installation, y compris à celles relatives à l’ensemble des modifications subies par les composants. En effet, ces données initialement enregistrées peuvent contribuer à l’analyse comparative des modifications subies par l’installation ainsi qu’à l’identification de tout problème nécessitant la prise de mesures préventives ou correctives.
 

Les installations PV sont susceptibles d’être soumises à six tests :

1. Examen visuel

Cet examen s’avère utile à l’identification d’imperfections affectant l’installation visée ainsi qu’à la validation du respect des exigences locales en vigueur. Un examen de cette nature permet d’identifier tout dommage matériel, ainsi que toute modification ou dégradation de l’équipement imputable à l’impact des conditions ambiantes, températures extrêmes, poussières, corrosion, humidité ainsi que tout dommage causé par des rongeurs et autres espèces nidificatrices.

2. Tests de continuité

Ces tests permettent de vérifier si les dispositifs de mise à la terre présentent une liaison équipotentielle appropriée entre les cadres de modules photovoltaïques, structures, conducteurs, connecteurs et autres terminaisons montées sur les circuits hors tension.

Il y a lieu de s’assurer que le conducteur de l’électrode de terre ne présente aucune discontinuité et que l’ensemble des dérivations irréversibles, connexions soudées et autres raccords ont été exécutés en recourant à des méthodes admises. Il convient aussi de valider la connexion du conducteur de l’électrode de terre avec cette dernière. Il faut également tester la continuité de la liaison équipotentielle au niveau des goulottes de câbles métalliques, boîtiers, bâtis, accessoires et aitres composants faisant office de conducteurs de mise à la terre de l’équipement. La continuité électrique risque d’être compromise par une installation mécanique incorrect. Il convient de tester la continuité électrique entre le circuit source mis à la terre du champ de panneaux PV et les conducteurs du circuit de sortie vers le conducteur de l’électrode de terre, surtout en cas de démontage de l’équipement aux fins de maintenance ou de remplacement.

3. Tests de polarité

Ce test permet de s’assurer de la polarité correcte des circuits à courant continu d’une installation PV et du montage des terminaisons adéquates pour l’équipement d’exploitation CC, en mesurant la tension aux bornes des circuits sous tension avant d’enclencher les disjoncteurs et de piloter l’installation. Ce test doit être validé au niveau des modules PV, circuits sources PV, circuits de sortie PV, disjoncteurs, circuits de gestion de la batterie et de sa charge, terminaisons d’entrée de l’onduleur et des charges électriques.

Il est important de tester la polarité de chaque circuit source et de toute l’alimentation PV avant de les raccorder à n’importe quel équipement à courant continu. Toute inversion de polarité lors du raccordement d’un champ de panneaux PV à une batterie est susceptible de provoquer des dommages matériels et des lésions corporelles graves.

4. Tests de la tension et de l’intensité

Ces essais permettent de vérifier si le fonctionnement du champ de panneaux PV et de l’installation PV respecte les spécifications de mise en service et de fabrication relatives à l’équipement considéré en testant la tension et l’intensité du courant aux bornes des circuits CC et CA de l’installation PV avant d’enclencher les disjoncteurs et de piloter l’installation. Ce test permet de contrôler la tension alternative et les phases au niveau de l’alimentation électrique, des terminaisons CA de l’onduleur et des disjoncteurs. Ce test permet aussi de contrôler la tension continue et de s’assurer de la polarité correcte du circuit source du champ de panneaux PV, des circuits de sortie et des disjoncteurs de courant continu. Le cas échéant, on testera également les tensions continues et l’on s’assurera de la polarité correcte aux bornes des batteries, régulateurs et chargeurs de batteries.

Tests de la tension à vide
Ces tests permettent aussi de s’assurer de la polarité correcte du circuit source du champ de panneaux PV. Les tests de la tension à vide (Vco) requièrent l’utilisation de testeurs adéquats et aptes à la mesure de tensions continues supérieures à 600 V.

Les tensions mesurées lors de l’essai de plusieurs chaînes sont susceptibles de présenter des écarts de l’ordre de 5 % max. entre les champs de panneaux photovoltaïques. Un câblage incorrect du champ de panneaux, des diodes de dérivation ou des modules PV endommagés peuvent être à l’origine de la mesure de tensions inférieures lors des tests. Le rayonnement solaire et la température ambiante lors de l’exécution de ce test peuvent également influer sur les valeurs relevées. De ce fait, les tensions sont susceptibles de fluctuer dans une plage de 2,5 % pour toute évolution de 10 °C de la température du module.

Pour identifier les chaînes défectueuses, il faut en contrôler la tension à vide. Il convient de diviser la tension mesurée aux bornes de l’une des chaînes par le nombre des modules en série pour déterminer la tension aux bornes d’un module. Exemple : Vco = 500 V ; 10 modules en série; Vco par module = 500 V divisé par 10 modules = 50 Vcc par module. Les modules que comportent la plupart des circuits sources PV sont montés en série ; dès lors, la localisation des défauts de terre peut se baser sur la tension de la chaîne défectueuse. Exemple : valeurs mesurées aux bornes d’une chaîne défectueuse, Vcod = 400 V ; 400 V divisés par 50 Vcc par module = 8 modules ; la localisation du défaut de terre se situe à 8 modules du côté haute tension (côté sortie) de la chaîne.

Tests du courant de court-circuit
Ces tests s’effectuent sur les circuits sources PV pour s’assurer du bon fonctionnement de l’installation. Ces tests du courant de court-circuit requièrent l’utilisation de testeurs aptes à la mesure de courants continus dont l‘intensité est supérieure à 10 A ainsi que celle de dispositifs de mise en court-circuit adéquats autorisant leur exécution en toute sécurité.

Le courant de court-circuit d’un champ de panneaux PV est proportionnel au rayonnement solaire capté par l’installation. Les modules PV se doivent d’être dépoussiérés et totalement exposés lors de l’exécution de ces tests de courte durée quand le ciel est dégagé. Les valeurs mesurées lors de l’essai de diverses chaînes se doivent de ne présenter que des écarts acceptables de l’ordre de 5 % max. entre les champs de panneaux PV.

5. Tests de la résistance d’isolement

Ces tests permettent d’identifier tout défaut affectant les champs de panneaux PV et les circuits de l’installation et de détecter toute dégradation et/ou défaut affectant l’intégrité de l’équipement et du câblage ainsi que son isolation. Le contrôle de la résistance d’isolement s’effectue en appliquant une tension d’essai constante aux bornes d’un conducteur et en mesurant le débit de courant entre les conducteurs hors tension ou entre un conducteur donné et la terre.

La résistance d’isolement d’un conducteur doté d’une isolation de grande qualité sera normalement plus élevée. Les courants de fuite sont susceptibles d’augmenter la probabilité de chocs électriques au risque d’endommager l’installation et de mettre en péril la vie d’autrui. Installations incorrectes ou endommagées, multiplication des facteurs ambiants défavorables, rayonnement solaire, humidité, insectes et espèces nidificatrices, vibrations et influences mécaniques sont autant de causes fréquentes d’endommagement de l’isolation du câblage.

Étant donné que les tensions que présente la plage d’essai se situent entre 50 Vcc et 5.000 Vcc, il faut impérativement isoler les uns des autres tous les circuits avant de procéder aux tests et décharger ces circuits avant et après l’exécution de tout test. Il faut veiller à ce que les liaisons équipotentielles ou dispositifs de mise à la terre demeurent connectés ainsi qu’à la mise hors circuit de l’équipement parasurtenseur des différents circuits. Il faut veiller à un contact électrique et mécanique fiable entre les cordons de mesure et les circuits testés, en raison du meulage ou du limage vraisemblablement requis de certaines connexions.

Ces tests s’effectuent de deux manières :
• Entre la terre et le conducteur CC positif ou négatif.
• Entre la terre et les conducteurs CC positifs et négatifs. Ce test requiert l’utilisation de dispositifs de mise en court-circuit adéquats autorisant son exécution en toute sécurité.

Sur les installations suspendues ou non mises à la terre dont les structures ou modules sont dépourvus de châssis ou de bâtis métalliques présentant une liaison équipotentielle avec la terre, il convient d’effectuer ces tests entre la terre et les câbles de raccordement au champ de panneaux PV ainsi qu’entre les bâtis et ces câbles de raccordement.

Pour toute installation PV dont la tension nominale est supérieure à 120 V, une résistance d’isolement égale ou supérieure à 1 MΩ sera considérée comme acceptable, tandis que pour toute installation PV dont la tension nominale est inférieure à 120 V, une résistance d’isolement minimale de 0,5 MΩ sera considérée comme acceptable. Toute mesure indiquant une résistance d’isolement égale ou inférieure au 10e de la valeur minimale admise est susceptible d’être révélatrice de la présence d’un conducteur ou d’un module défectueux.

6. Tests des courants à la terre

Si les installations sont équipées de RCD ou de RCBO, ces tests permettent de déceler tout problème de déclenchement imputable à la sensibilité excessive d’un RCD ou RCBO. Ces tests permettent de vérifier si ces appareils de protection déclenchent à une intensité inférieure à celle spécifiée par leur fabricant ou les concepteurs de l’installation. Ces appareils surveillent le courant acheminé le long des conducteurs de ligne et le comparent au courant de retour le long du conducteur neutre. Si l’écart relevé est supérieur à la sensibilité admise et exprimée en mA pour l’appareil considéré, ce dernier déclenche et ouvre le circuit correspondant. Ces tests s’effectuent sur les installations permettant d’accéder aux conducteurs neutres et sous tension ainsi que sur les appareils de mesure raccordés. La mesure des courants à la terre s’effectue à l’aide d’une pince ampérométrique. Mâchoire refermée autour des conducteurs de ligne et du conducteur neutre, cette pince ampérométrique mesure l’écart entre les courants de ligne et le courant neutre, lequel correspond au courant à la terre. Les conditions ambiantes et le type de câblage utilisé au sein de l’installation sont susceptibles d’influer sur les performances de l’appareil et sur les mesures effectuées durant le test considéré.

L’essai individuel des champs de panneaux PV d’une installation PV peut contribuer à l’identification de problèmes de pertes à la terre. Si l’on renonce à vérifier si une perte à la terre est intentionnelle ou non, à la suite d’une défaillance, il faudra se livrer à d’autres investigations et prendre des mesures correctives.

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Abréviations

CC : Courant continu
AC : Courant alternatif
Installations PV : Installations photovoltaïques
Classe II : Cette catégorie indique que cet appareil électrique à double isolation est ainsi conçu qu’il ne requiert aucun raccordement de sécurité au dispositif de mise à la terre (terre). Cette mention s’applique aux outils électroportatifs et aux appareils filaires qui ne sont pas raccordés en permanence au réseau d’alimentation secteur.
CAT III : Cette catégorie fait référence aux mesures effectuées sur les équipements câblés que présentent les installations fixes, tableaux de distribution et disjoncteurs. La catégorie de mesure III s’applique aux équipements raccordés entre l’unité consommatrice et les prises électriques.
CAT IV : Cette catégorie fait référence à l’origine de l’installation ou aux mesures effectuées au niveau des équipements techniques sur les dispositifs de protection primaire contre les surintensités et sur les unités de télécommande centralisée. La catégorie de mesure IV s’applique aux équipements raccordés entre l’origine du réseau d’alimentation basse tension à l’extérieur du bâtiment et l’unité consommatrice.
Connecteur MC4PV : Type de connecteur à un seul contact communément utilisé pour procéder au raccordement de panneaux solaires.
Vco: Tension à vide
Vcc : Tension courant continu
Vcod : Tension à vide sur une chaîne PV défectueuse
Isc: Courant de court-circuit
A: Ampère (unité)
I: Symbool van elektrische stroom
mA: Milliampère
V: Eenheid van Volt
V:  Symbool van elektrische spanning
MΩ: Megaohm
GΩ: Gigaohm
SPD's: Overspanningsbeveiligingen
RCD’s: Reststroomapparaten
RCBO’s: Reststroomonderbrekers met overstroombeveiliging

Source : Megger, Application Note - Importance of testing ground faults in PV systems.