Sections, fusibles et terre en site isolé

En continu basse tension, c’est la chute qui commande

En 230 V alternatif, une section de câble se choisit d’abord sur l’échauffement : on vérifie que le conducteur supporte le courant sans cuire. En site isolé, ce réflexe conduit droit à l’erreur, car un autre critère devient bien plus contraignant : la chute de tension.
La raison tient en une ligne. La chute admissible se compte en pourcentage de la tension de service, et 3% de 230 V représentent presque 7 volts, quand 3% de 12 V n’en représentent que 0,36. Le même budget de pertes, vingt fois plus serré.

La formule, et le facteur deux :

Elle découle directement de la loi d’Ohm et de la résistivité0,0225 Ω·mm²/m pour le cuivre, valeur courante de calcul. Le cours La Résistivité détaille d’où vient ce nombre. du cuivre :
S = 2 × ρ × L × I / ΔU, avec S en mm², L la longueur d’un seul conducteur en mètres, I en ampères et ΔU la chute acceptée en volts.
Le 2 n’est pas décoratif : en continu, le courant part par le pôle positif et revient intégralement par le négatif. Les deux conducteurs chutent, et l’on compte donc deux fois la longueur. L’oublier revient à diviser par deux toutes les sections calculées.Le même appareil, la même distance, et trois câbles sans commune mesure : les disques sont à l’échelle des sections. Voilà pourquoi la tension du parc, choisie au chapitre précédent, se paie ou se rembourse ici, en kilos de cuivre.
Quelques repères de chute à viser plutôt que le 3% générique : 1% entre la batterie et le convertisseur, qui voit passer les plus forts courants, 2 à 3% entre les panneaux et le régulateur, et jusqu’à 5% sur un départ d’éclairage LED, peu sensible à quelques dixièmes de volt.

La batterie, cette source de milliers d’ampères

On se méfie volontiers des panneaux, beaucoup moins de la batterie. C’est pourtant elle l’élément le plus violent de l’installation. Un panneau en court-circuit débite à peine plus que son courant nominal ; une batterie, elle, est une source de tension à résistance interne minusculeQuelques milliohms pour un parc de cette taille. Toute la puissance disponible se déverse alors dans le défaut, et rien ne la limite., capable de débiter des milliers d’ampères pendant les quelques secondes qui suffisent à déclencher un incendie.
Une clé plate tombée en travers des deux bornes ne fait pas d’étincelle discrète : elle rougit, elle se soude, elle projette du métal en fusion, et sur un parc plomb elle peut enflammer l’hydrogèneDégagé lors des fins de charge d’une batterie plomb. Explosif dès 4% dans l’air, d’où l’obligation de ventiler le local et d’interdire toute flamme. accumulé au-dessus des éléments.

Le fusible au plus près du pôle positif :

La règle est simple et sans exception : tout câble relié au positif de la batterie doit être protégé à son origine, dans les trente premiers centimètres. Le fusible n’est pas là pour protéger l’appareil au bout du câble, mais le câble lui-même : sans lui, le moindre frottement contre une masse transforme la liaison entière en résistance chauffante alimentée par 6 000 A.
Son calibre se choisit donc sur le courant maximal du câble, pas sur celui de l’appareil.

Des modèles prévus pour le continu :

Les fusibles ANL et MEGA couvrent les besoins courants d’un parc plomb. Pour le lithium, dont le courant de défaut est encore plus brutal, on retient plutôt un Class T, dont le pouvoir de coupure atteint la vingtaine de milliers d’ampères.
Même exigence pour le sectionneur : un interrupteur prévu pour l’alternatif colle ses contacts en continu. La raison est celle déjà vue dans le cours Photovoltaïque : le courant continu ne repasse jamais par zéro, donc l’arc ne s’éteint pas de lui-même. Il faut un matériel calibré en tension continue, capable de souffler et d’allonger cet arc jusqu’à le rompre.

Côté panneaux : le fusible qui ne sert à rien, et celui qui sauve

Voici l’une des rares protections que l’on peut légitimement omettre, à condition de comprendre pourquoi.
Un panneau photovoltaïque n’est pas une source de tension : c’est une source de courant limitée par la lumière qu’elle reçoit. Mettez ses deux bornes en court-circuit, il débitera son IccLe courant de court-circuit, à peine supérieur au courant nominal : environ 1,1 fois l’Impp. Rien à voir avec le comportement d’une batterie ou du réseau., soit à peine 10% de plus que son courant normal de travail. Aucun fusible ne fondra jamais pour si peu, et c’est inutile puisque le câble supporte déjà ce courant.

Le vrai risque est le courant de retour :

Tout change dès que plusieurs chaînes travaillent en parallèle. Si l’une part en défaut, ce ne sont plus ses propres ampères qui la traversent, mais ceux de toutes les autres, qui refluent vers elle par le bus commun.
Avec deux chaînes, la chaîne saine renvoie au plus un Icc dans celle en défaut : exactement ce que le câble sait déjà encaisser, donc rien à protéger. Avec trois chaînes, le retour atteint deux fois Icc ; avec quatre, trois fois. C’est pourquoi les fusibles de chaîne deviennent nécessaires à partir de trois chaînes en parallèle, et pas avant.

Ce qui compte vraiment sous nos latitudes :

Le vrai sujet du côté des panneaux n’est pas la surintensité, c’est la foudre. La Réunion est l’un des territoires français les plus exposés, et un champ photovoltaïque offre une belle boucle de captation à ciel ouvert.
Trois gestes suffisent à l’essentiel. Faire cheminer le positif et le négatif d’une même chaîne côte à côte, pour que la surface de boucle reste minuscule et n’induise rien. Poser un parafoudre continu à l’entrée du régulateur dès que la liaison dépasse quelques mètres. Et relier les cadres et la structure à la liaison équipotentielle, par des conducteurs courts et directs.

Le 230 V du convertisseur : un réseau sans terre

C’est le point le plus mal compris de tout le site isolé, et le seul qui mette des vies en jeu. Quand un convertisseur fabrique du 230 V à partir de la batterie, il crée un réseau entièrement neuf, isolé de tout ce qui existe. Aucun de ses deux fils de sortie n’est relié à la terre : ils flottent.
Et un dispositif différentiel, lui, ne sait faire qu’une chose : comparer ce qui part et ce qui revient par ses bornes. Il ne déclenche que si du courant s’échappe par la terre. Encore faut-il qu’il puisse s’y échapper.À gauche, une phase touche la carcasse métallique d’un appareil correctement relié à la terre. Le courant voudrait revenir vers le convertisseur, mais aucun chemin ne l’y ramène : la sortie flotte. Résultat, il ne circule presque rien, et le différentiel reste muet. On reconnaît le comportement d’un schéma ITLe régime de neutre isolé, utilisé en hôpital ou en industrie précisément pour qu’un premier défaut n’interrompe pas l’alimentation. Il y est toujours accompagné d’un contrôleur permanent d’isolement qui signale ce défaut., à une différence près, et elle est de taille : personne ne surveille rien.
Le premier défaut n’est donc pas mortel, il est invisible. L’installation continue de fonctionner, la carcasse est sous tension par rapport à rien, et l’on vit ainsi des mois. Jusqu’au jour où un second défaut apparaît ailleurs, sur l’autre fil : les deux défauts se ferment alors l’un sur l’autre par les masses, et là le courant devient considérable.

La solution pour une habitation :

Créer soi-même le point de référence qui manque, c’est-à-dire relier le neutre de sortie du convertisseur à la terre, comme à droite du schéma. On reconstitue ainsi un régime comparable au TT du réseau public : le courant de défaut retrouve son chemin de retour, et le DDR 30 mA redevient ce qu’il doit être, une protection des personnes.
Beaucoup de convertisseurs et d’onduleurs hybrides prévoient cette liaison, parfois automatiquement dès qu’ils passent en mode autonome, parfois par un bornier ou un réglage. La notice fait foi, et c’est l’une des rares pages qu’il faut lire entièrement. Il faut évidemment une prise de terre réelle derrière, piquet compris.

Le cas du mobile, qui est l’exception :

Dans un camping-car, un fourgon ou un bateau, on ne plante pas de piquet de terre, et la sortie flottante devient au contraire le bon choix : c’est l’isolation qui protège, complétée par une liaison équipotentielle reliant entre elles toutes les masses métalliques. La règle change dès que l’on se raccorde à une borne de quai ou de camping : on entre alors sur le réseau de l’exploitant, avec sa terre et son régime, et le différentiel redevient indispensable.