Un installateur solaire résidentiel de l'Arizona a installé une batterie de stockage sur une installation terminée. Le câble d'alimentation de la batterie avait une installation propre du côté DC ; cela a été réalisé avec un MCB 80A/1200VDC (avec le MCB construit à partir de la série MCB HUB9NEZ de HUYU) pour le protéger. Le côté AC, cependant, nécessitait un disjoncteur pour protéger le côté de sortie de l'onduleur. Heureusement, l'installateur avait un MCB DC supplémentaire (de la même taille de cadre) qu'il a installé à la place. Après avoir fonctionné pendant deux semaines, le disjoncteur de l'onduleur a déclenché après que l'unité de climatisation ait été sous une charge lourde, et cette fois, l'arc interne ne s'est pas éteint. Les faces de contact étaient sectionnées, le disjoncteur était dévié, et le courant de défaut a continué en aval jusqu'à ce que le disjoncteur principal en amont s'ouvre. Ce qui semblait être une interruption de routine de surintensité a finalement entraîné un incident extraordinaire proche d'un incendie en raison d'un disjoncteur conçu pour une tension DC étant contraint d'interrompre une tension AC.
Le cas décrit dans ce rapport de sécurité sur le terrain d'une grande organisation de l'industrie photovoltaïque est une confirmation évidente de pourquoi les universitaires ne devraient pas aborder la question de savoir si la compatibilité des disjoncteurs AC existe pour les MCB DC. La réponse est simple : ne pas utiliser un disjoncteur uniquement classé DC dans un circuit AC ou vice versa, peu importe s'il est doublement classé (par le fabricant) et identifié comme tel.
La fonctionnalité unique des mécanismes physiques qui éteignent l'arc électrique causé par chaque type de circuit est tellement fondamentalement différente, et donc les utiliser de manière interchangeable va en réalité contrecarrer l'objectif de l'appareil (le disjoncteur) qui fournit la protection électrique pour laquelle il a été conçu.
Le problème d'extinction de l'arc : Physique de l'interruption AC vs. DC
Comprendre ce qui a causé le déclenchement d'un disjoncteur DC dans un circuit AC nécessite d'être familier avec l'arc électrique. Lorsque les contacts d'un circuit électrique sont ouverts (séparés) tout en laissant passer le courant, les contacts séparés produisent un arc qui est lui-même un chemin électriquement conducteur. À mesure que l'arc électrique se poursuit, il devient un plasma ionisé composé de nombreux éléments différents et n'est plus composé de gaz pur. Le courant total circulant à travers les contacts ouverts du circuit produit un arc (similaire à une machine de soudage à l'arc) jusqu'à ce que le disjoncteur se déclenche ; ce processus se produit dans des circuits AC à haute tension. Le moyen d'éteindre l'arc dépend de savoir si le courant est AC ou DC.
Dans un circuit électrique à courant alternatif (CA), le courant passe par zéro 100 ou 120 fois par seconde (2 fois par cycle ou 50 ou 60 Hertz). Chaque fois que le courant passe par zéro, il effondre brièvement (c'est-à-dire instantanément) l'énergie de l'arc. Pour éteindre l'arc et le couper efficacement en morceaux de sorte qu'aucun morceau individuel n'ait sa température (c'est-à-dire la température d'ionisation) au-dessus de laquelle l'arc se rétablira après être passé par zéro, un chariot d'arc (c'est-à-dire une pile de plaques métalliques) est utilisé dans un disjoncteur miniature CA pour couper et refroidir chacun de ces segments. Par conséquent, l'ensemble de la conception de ces dispositifs repose sur l'extinction garantie d'un arc toutes les 8,3 millisecondes, lorsque le courant passe par zéro.
Il n'y aura jamais de passage par zéro dans un courant continu (CC) et le courant électrique est constant. Après qu'un arc se soit développé, l'arc continuera d'exister jusqu'à ce que les contacts soient séparés suffisamment loin, la tension de l'arc étant plus grande que celle de l'arc plasma qui a suffisamment refroidi pour que la source de tension ne puisse plus maintenir l'arc actif. Cela signifie que le disjoncteur miniature utilisé pour le CC doit avoir un champ de soufflage magnétique beaucoup plus fort provenant soit d'un aimant permanent, soit d'une bobine de soufflage connectée en série, afin que l'arc puisse être contraint de parcourir un chemin plus long et de spiraler beaucoup plus dans une chambre d'arc de taille beaucoup plus profonde. L'écart de contact est plus large en CC. Le matériau de la plaque du chariot d'arc et sa forme sont différents de ceux du CA. Ainsi, lorsque le disjoncteur miniature est utilisé en CC, il fonctionne comme un dispositif d'extinction forcée plutôt que comme un dispositif d'extinction utilisant la fonction de passage par zéro.
L'Institution of Engineering and Technology (IET) a fourni une explication détaillée de l'utilisation sûre des circuits de protection à courant continu dans son briefing technique. Il existe différentes manières de tester et de certifier les disjoncteurs miniatures CA et CC car ils fonctionnent différemment en raison de la manière dont l'interruption de l'arc fonctionne. Par exemple, les disjoncteurs classés CA n'ont jamais été capables d'interrompre de manière fiable un arc de courant continu, tandis que les disjoncteurs classés CC n'ont jamais été capables d'interrompre de manière fiable un arc de courant alternatif en raison de la nature de la polarité changeante du courant alternatif.
Que se passe-t-il lorsque le mauvais disjoncteur est utilisé
L'expérience de l'installateur de l'Arizona est ordinaire. Lorsqu'une installation de disjoncteur principal à courant continu (CC) se produit dans un circuit à courant alternatif (CA), il existe deux manières dont cela peut échouer.
Sur la moitié de cycle avantDans les dispositifs d'extinction d'arc DC, la fonctionnalité liée au comportement mécanique des mécanismes d'extinction d'arc DC devrait généralement fonctionner comme prévu. Lorsque le mécanisme de soufflage mécanique dans la trémie est activé, l'arc est poussé par le mécanisme de soufflage magnétique en position (c'est-à-dire que le refroidissement est initié). En revanche, lorsque le prochain demi-cycle de puissance se produit, le courant électrique alternatif (AC) inverse sa direction et provoque le déplacement de l'arc dans la mauvaise direction par l'aimant permanent (ou bobine de soufflage) (c'est-à-dire, de retour vers le dispositif mécanique (dispositif d'extinction d'arc), vers l'extrémité du disjoncteur, et dans une partie de la trémie d'arc qui n'a pas été créée pour contenir l'arc). L'arc peut brûler à travers le boîtier en plastique du dispositif, souder les contacts ensemble, ou échapper à la protection du dispositif. Les premières opérations (déclenchements) du disjoncteur peuvent aboutir à un fonctionnement réussi du disjoncteur, mais un échec peut se produire après un certain temps de fonctionnement en raison de dommages accumulés aux contacts.
Un disjoncteur AC DC échouera de manière plus prévisible puisque la trémie d'arc attend qu'un passage par zéro se produise, ce qui n'arrivera jamais. En raison de cela, l'arc continuera, provoquant la défaillance des contacts en raison de la surchauffe. Le disjoncteur échouera soit à interrompre le cycle, soit il prendra feu. Comme il n'y a pas de soufflage magnétique pour gérer le courant en régime permanent, l'arc reste simplement dans l'espace de contact jusqu'à ce qu'un des contacts fonde. Par conséquent, dans les deux cas, la fonction de sécurité de base du dispositif n'a pas été remplie.
Disjoncteurs à double classification : L'exception qui prouve la règle
Il existe des disjoncteurs qui peuvent être utilisés pour des applications AC et DC. Ils n'ont pas seulement des disjoncteurs AC qui affichent une tension DC comme une réflexion après coup ; ils sont également spécifiquement conçus pour gérer les deux types d'arcs : (1) avec des passages par zéro aidant à l'extinction de l'arc (AC) et (2) sans aucune assistance extérieure (DC). Le fabricant doit fournir des certificats d'essai de type pour les deux AC et DC. Le fabricant doit également indiquer qu'il s'agit d'un disjoncteur à double classification certifié ; par exemple, “230Vac max. 400Vac max., 60VDC max/pôle.”
Lorsque vous souhaitez un seul boîtier pour des circuits AC et DC en même temps sur une installation (comme la cabine d'onduleur hybride solaire ou le rack d'alimentation telco), une option logique est d'utiliser ces disjoncteurs de type combinaison ; cependant, selon le guide d'application complet d'EC&M, il n'existe qu'un nombre limité de dispositifs à classification combinée disponibles et presque tous les mini disjoncteurs sont classés et testés pour un seul des deux types de courant ; par conséquent, si vous avez un dispositif classé AC et que vous essayez de l'utiliser là où un dispositif classé DC est requis, vous ne pouvez pas utiliser ce dispositif classé AC à moins que le fabricant ne vous ait donné une autorisation écrite pour le faire.
Sélectionner le disjoncteur correct pour votre application
La décision entre un MCB DC de 32A et un disjoncteur AC est entièrement déterminée par le type de courant du circuit. Le tableau ci-dessous résume le paysage d'application :
| Type de circuit | Disjoncteur requis | Produit typique |
|---|---|---|
| Circuits de branche AC (éclairage, prises, appareils) | disjoncteur AC | HUYU HUM18‑63 disjoncteur AC (1P–4P, 10kA, courbes B/C/D) |
| Circuits de moteur AC | Disjoncteur AC ou MCCB avec courbe de déclenchement appropriée | HUYU HYM1 MCCB |
| Protection de chaîne de panneaux PV DC | Disjoncteur MCB DC, souvent sensible à la polarité | HUYU HUM18PV‑63 MCB DC (jusqu'à 1000V DC) |
| Banque de batteries DC et entrée DC de l'onduleur | Disjoncteur MCB DC ou MCCB DC, de préférence non-polaire | HUYU HUB9NEZ‑80 disjoncteur DC (16A–80A, jusqu'à 1200V DC, UL/TUV) |
| Enceintes mixtes AC/DC | Disjoncteur à double classification, ou disjoncteurs AC et DC séparés clairement | Vérifiez la double classification et les marquages du fabricant |
Pour des conseils supplémentaires sur l'adéquation des classifications de disjoncteurs à votre circuit, notre article sur quelle taille de disjoncteur vous avez besoin couvre les méthodes de calcul NEC et IEC pour les charges AC et DC.
AC et DC peuvent-ils partager le même fil ?
Une autre question d'importance similaire est la capacité des conducteurs AC et DC à occuper la même enceinte (conduit/chemin de câbles/enceinte). Le magazine Electrical Construction and Maintenance (EC&M) fournit des conseils dans ses lignes directrices pratiques mises à jour sur la capacité du NEC (National Electrical Code) à permettre cela dans des circonstances limitées ; cependant, il est presque toujours plus sûr de les garder physiquement séparés. Tous les conducteurs dans le même chemin de câbles doivent être classés pour gérer la tension maximale actuellement présente (AC ou DC). Par conséquent, les conducteurs DC doivent être classés pour la tension AC de crête, et les conducteurs AC doivent être classés pour la tension DC maximale.
En termes pratiques, cela conduit généralement les concepteurs à avoir des conduits séparés pour les circuits AC et DC, ou à avoir un cabinet avec des compartiments clairement séparés les uns des autres. Normalement, une cloison séparera le compartiment AC du compartiment DC dans un cabinet d'onduleur solaire. Cela est indiqué par les conducteurs DC étant isolés avec des fils rouge/noir, et les conducteurs AC étant isolés avec des couleurs marron/bleu (harmonisées) ou noir/blanc (Amérique du Nord). Mélanger ces types de conducteurs sans séparation appropriée rend plus difficile l'isolation des niveaux de tension, et crée également un potentiel plus élevé de mauvaise identification des conducteurs corrects lors de la maintenance.
Questions Fréquemment Posées
Un disjoncteur MCB peut-il être utilisé pour AC ?
Aucun MCB ne peut être utilisé en AC, à moins que le fabricant n'ait identifié le câblage du circuit comme étant adapté à une utilisation à la fois en AC et en DC et, par conséquent, à double classification et marqué. Si le MCB n'a pas été fabriqué avec un mécanisme défini pour éteindre un arc en AC, alors ce mécanisme pourrait échouer lors du demi-cycle inverse de l'AC, provoquant ainsi le soudage des contacts ou la brûlure du boîtier du MCB.
Les MCB peuvent-ils être utilisés pour DC ?
Un disjoncteur MCB AC standard ne doit jamais être connecté à un circuit DC à moins qu'il ne soit spécifiquement classé et certifié pour une utilisation avec des circuits DC. Un disjoncteur MCB AC s'appuie sur un passage par zéro dans la forme d'onde AC pour fournir une interruption en cas de surcharge. Le courant DC n'exhibe pas cette caractéristique, et par conséquent, le disjoncteur ne sera pas en mesure d'interrompre les courants de défaut DC le long d'un circuit, ce qui crée un risque d'incendie potentiel.
Les disjoncteurs AC fonctionnent-ils avec DC ?
Les disjoncteurs AC ne sont pas conçus pour fonctionner efficacement avec des circuits DC. En DC, il n’y a pas de moment où le courant passe par zéro, ce qui signifie que le moyen par lequel un disjoncteur AC éteint un arc ne pourra pas refroidir et éteindre un arc DC soutenu. Par conséquent, le disjoncteur pourrait ne pas interrompre correctement le courant, surchauffer et se brûler, voire provoquer un incendie.
Peut-on mettre du courant AC sur un disjoncteur DC ?
Il est dangereux d’utiliser un circuit AC sur un disjoncteur DC. Le champ magnétique d’extinction utilisé pour aider à interrompre les courants DC provoquera une décharge d’arc incorrecte pendant la demi-période inverse d’une onde de tension AC, ce qui entraînera une perturbation que l’on appelle un défaut. Par conséquent, un disjoncteur classé pour AC doit être utilisé sur un circuit AC.
Quelle est la différence entre un MCB AC et un MCB DC ?
La plus grande différence dans le fonctionnement des disjoncteurs MCB AC et DC réside dans la manière dont ils éteignent un arc. Les MCB AC utilisent une goulotte pour éteindre l’arc en s’appuyant sur le passage du courant par zéro. Les MCB DC utilisent un champ magnétique d’extinction plus puissant, ainsi que des contacts de séparation plus larges et une goulotte plus profonde pour permettre l’extinction de l’arc sans passer par le point zéro. Les MCB DC sont également généralement plus sensibles à la polarité que les MCB AC. En pratique, il existe généralement deux conduits indépendants ou barrières physiques entre les circuits AC et DC afin d’éviter tout risque de défaut entre un circuit AC et un circuit DC et de faciliter l’identification des circuits par leur tension, etc.
Références
- IET Wiring Matters — Application sûre des dispositifs de protection DC — Institution of Engineering and Technology, guide technique sur la sélection et l’installation des disjoncteurs DC.
- EC&M — Disjoncteurs AC vs DC : Quelle est la différence ? — Electrical Construction & Maintenance, guide pratique sur la technologie et l’application des disjoncteurs.
- EC&M — Mélange des conducteurs AC et DC : Code et bonnes pratiques — Electrical Construction & Maintenance, guide d’installation couvrant les exigences NEC pour les systèmes à courant mixte.
- Fondation internationale pour la sécurité électrique (ESFI) — Ressources de sécurité électrique domestique et professionnelle, incluant des conseils sur la protection des systèmes photovoltaïques.
La question de la compatibilité des circuits DC MCB AC a une seule réponse correcte : le disjoncteur doit correspondre au type de courant. Un disjoncteur DC sur un circuit AC, ou un disjoncteur AC sur un circuit DC, est un dispositif de protection sollicité en dehors de son enveloppe testée et certifiée. Les conséquences vont du déclenchement intempestif à la défaillance catastrophique. Dans une installation électrique, l’étiquette sur le disjoncteur — “ AC ”, “ DC ” ou le rare “ AC/DC ” — est l’information la plus importante sur l’appareil. Respecter cette étiquette garantit que lorsqu’un défaut survient, le disjoncteur s’ouvre, éteint l’arc et maintient la sécurité en aval. Chez HUYU, nous fournissons des MCB AC, des MCB DC et des disjoncteurs doublement certifiés, chacun clairement marqué et testé selon la norme pertinente, car personne ne devrait avoir à deviner si un disjoncteur fonctionnera lorsqu’il est appelé à protéger un circuit.
