Cheminement dans une boîte de jonction : pourquoi 1500 V a changé la conception

Réponse rapide : La distance de ligne de fuite est le chemin le plus court le long d'une surface isolante entre deux conducteurs. L'éclatement est le chemin le plus court à travers l'air. Ils défaillent pour des raisons différentes, de sorte qu'un dessin qui satisfait l'un peut échouer pour l'autre, et sur un module 1500 V c'est le chemin de surface qui pose problème. À l'intérieur d'une boîte de jonction, le nombre n'est pas tiré d'une fiche technique : il est lu à partir de la tension de service, du degré de pollution et de l'indice de cheminement du matériau, puis doublé pour l'isolation renforcée. Au palier de 1600 V, une boîte en matériau du groupe I à un degré de pollution 2 nécessite 8 mm pour l'isolation de base et 16 mm pour l'isolation renforcée. Passez au groupe III à un degré de pollution 3 et la même exigence devient 25 mm et 50 mm. Une boîte de la taille d'une paume ne peut pas trouver 50 mm, c'est pourquoi l'enrobage et le choix des matériaux sont des décisions structurelles, et non des étapes de finition.

Chaque boîte de jonction est livrée avec un rapport d'essai de type, et ce rapport contient une fiche de mesure avec deux colonnes qui semblent interchangeables. Elles ne le sont pas, et les lire comme une seule est la façon dont une conception 1000 V obtient une nouvelle étiquette.

Deux nombres qui protègent contre des défaillances différentes

L'éclatement est l'intervalle d'air. Il existe pour arrêter un contournement : une surtension de foudre, un transitoire de commutation ou un défaut système applique une tension rapide et élevée à travers l'intervalle, l'air s'ionise et un arc le franchit. L'éclatement dépend donc de la tension de tenue aux chocs et de l'altitude, car un air plus raréfié claque plus tôt. Il ne dépend pas de la matière du plastique.

La ligne de fuite est le trajet de surface. Elle existe pour arrêter le cheminement : la poussière, le sel et l'humidité condensée forment un faible film conducteur sur la surface, de petites décharges le parcourent, le polymère se carbonise en une ligne étroite, et cette ligne devient un chemin conducteur qui ne disparaît pas. Le facteur déterminant ici est la tension de service à long terme et le degré de salissure de la surface, plus la résistance du matériau au cheminement.

La conséquence pratique est une règle facile à énoncer et facile à oublier : pour la même paire de conducteurs, la ligne de fuite n'est jamais inférieure à l'éclatement. Le trajet de surface contourne tout ce que l'intervalle d'air traverse. Si votre dessin montre une ligne de fuite inférieure à l'éclatement, vous mesurez mal l'un des deux, le plus souvent en prenant un raccourci à travers une rainure que la norme dit devoir être franchie.

Trois variables, un tableau

IEC 62790 couvre les boîtes de jonction pour modules photovoltaïques jusqu'à 1500 V DC conçues comme classe II, c'est-à-dire avec une isolation double ou renforcée. Les nombres eux-mêmes proviennent de la norme de base de coordination d'isolement, IEC 60664-1, et ils sont lus dans un tableau à l'aide de trois entrées.

• Tension de service. La tension à long terme entre les deux conducteurs, prise comme valeur DC. Une tension plus élevée entretient plus facilement une décharge de surface, de sorte que la distance requise augmente. Passer d'un système 1000 V à 1500 V est un saut vers une nouvelle ligne de ce tableau, et non un petit incrément dans une ligne.
• Degré de pollution. Le micro-environnement de la surface. Le degré 1 signifie aucune pollution ou seulement une pollution sèche et non conductrice. Le degré 2 signifie une pollution normalement non conductrice avec une conductivité temporaire occasionnelle due à la condensation. Le degré 3 signifie une pollution conductrice, ou une pollution sèche qui devient conductrice lorsqu'elle se condense. Une surface extérieure exposée est de degré 3 ; un intérieur bien scellé est souvent évalué comme degré 2.
• Groupe de matériau. L'indice de cheminement comparatif, la tension qu'une surface supporte sous des gouttes répétées d'électrolyte avant qu'un chemin de cheminement ne se forme. Le groupe I est 600 et plus, le groupe II est 400 à 600, le groupe IIIa est 175 à 400, le groupe IIIb est 100 à 175. Un indice plus élevé permet une distance plus courte.

Vient ensuite le type d'isolation. Une partie active vers une surface accessible est une isolation renforcée, et sa ligne de fuite requise est généralement le double de la valeur de base. Réunissez les trois variables et le type d'isolation et vous obtenez le tableau ci-dessous, pour le palier de 1600 V dans lequel un système 1500 V se situe habituellement.

Valeurs telles que tabulées dans l'article source pour le palier de 1600 V de l'IEC 60664-1, avec une isolation renforcée au double de la valeur de base et le groupe III lu comme IIIa. Considérez-les comme la forme de l'exigence, et non comme un substitut à l'édition en vigueur de la norme.

Lisez d'abord le coin inférieur droit. Une boîte à faible indice de cheminement, avec des parties actives exposées à un environnement de degré 3, et tenue de supporter une isolation renforcée, nécessite 50 mm de trajet de surface. Aucun agencement de nervures à l'intérieur d'une boîte de jonction ne fabrique honnêtement 50 mm. Cette seule cellule explique la plupart des décisions de conception dans la catégorie de produit.

La même exigence, dessinée de six façons

Une exigence, six réponses. La même tension de service de 1600 V nécessite 8 mm dans la cellule en haut à gauche et 50 mm dans celle en bas à droite, avant toute tolérance de mesure.

L'intérêt de la matrice ne réside pas dans les nombres mais dans leur étendue. Entre la cellule en haut à gauche et celle en bas à droite, l'exigence est multipliée par plus de six, à tension de service identique. Rien n'a changé dans le module. Ce qui a changé, c'est l'endroit où se situe la surface et ce dont elle est faite, et ces deux éléments sont des choix faits sur un dessin et dans une fiche de spécification de matériau.

Où les trajets passent réellement dans une boîte

Une boîte de jonction est petite, l'intuition suggère donc que les distances sont courtes et que le problème est trivial. En pratique, il existe trois classes de trajets, avec trois exigences différentes, et une seule d'entre elles est généralement la plus difficile.

• Partie active à la surface extérieure. D'une borne ou d'une barre omnibus, à travers l'intérieur, à travers ou autour du corps, jusqu'à l'extérieur du boîtier et à la face de montage du backsheet. Il s'agit de l'isolation par rapport à la terre, évaluée comme renforcée. C'est le trajet qui bloque le plus souvent une conception, car il doit sortir de la boîte.
• Borne à borne. Les bornes adjacentes se trouvent de part et d'autre d'une diode de dérivation, qui protège un sous-chaîne, de sorte que la différence de potentiel est au plus de quelques dizaines de volts. Il s'agit d'une isolation fonctionnelle et son exigence est bien plus faible. C'est rarement la contrainte, même s'il s'agit du trajet que l'on mesure en premier parce qu'il est le plus facile à voir.
• Sortie de câble, joint d'étanchéité et joint de couvercle. Ce n'est généralement pas le trajet le plus court, mais ce sont les voies par lesquelles l'humidité et la contamination pénètrent. Ils déterminent le degré de pollution auquel l'intérieur peut être évalué, et fixent donc l'exigence pour tout le reste. Un intérieur parfait de 16 mm dans une boîte qui respire est une exigence de 40 mm déguisée.

La mesure a sa propre convention, et c'est là que les plans se trompent discrètement. Lorsque le trajet traverse une rainure, toutes les rainures ne comptent pas. Si la rainure est plus étroite que la largeur spécifiée X, la contamination la ponte, et le trajet est pris directement en travers de l'ouverture de la rainure. Seule une rainure plus large que X contribue par ses parois et son fond au trajet mesuré. X suit le degré de pollution : environ 1,0 mm au degré 2 et environ 1,5 mm au degré 3. Les nervures et les fentes à l'intérieur des boîtes existent précisément pour allonger le cheminement superficiel dans un volume fixe, et une nervure plus étroite que X n'a rien fait du tout.

Le potting est une décision liée au degré de pollution

Revenez à la matrice et remarquez quelles variables vous maîtrisez réellement. La tension de service est fixée par le système. Les dimensions extérieures sont fixées par le module, l'espace du backsheet et la nomenclature. Il reste deux leviers : le matériau et le degré de pollution. Les boîtes de production actionnent les deux à la fois.

Le levier matériau consiste à choisir un composé à indice de cheminement élevé, généralement un PPO modifié ou une nuance de PC. Le piège est que l'indice est une propriété de la formulation, et non de la famille de polymères : les retardateurs de flamme, les charges et même les colorants le modifient, et la même nuance dans une couleur différente ou provenant d'un lot différent peut se retrouver dans un groupe différent. Une qualification de matériau qui recopie la valeur de la fiche technique et saute l'essai de cheminement n'a rien qualifié du tout.

Le levier pollution est là où le potting entre dans le débat. Un composé d'enrobage qui recouvre entièrement les parties actives soustrait la surface au contact de l'air et de l'humidité, ce qui permet d'évaluer le degré de pollution de cette région bien plus bas. À la limite, l'exigence n'est plus du tout un cheminement superficiel mais une isolation solide à travers le composé. L'IEC 62790 exige que toute réduction du degré de pollution par revêtement ou enrobage satisfasse aux conditions de son annexe B, et le principe sous-jacent provient de l'IEC 60664-3 ; l'édition 2020 a également ajouté les distances à travers les joints cimentés à son tableau 3.

Cela recadre la fonction du cordon de colle. Le potting est généralement décrit comme une protection contre l'humidité et une conduction thermique. Dans l'argumentaire d'isolation, c'est aussi ce qui réécrit le degré de pollution, et il ne le réécrit que tant que le composé est intact et adhérent. Un vide, une cavité de retrait ou une zone de décollement le long d'une borne ne réduit pas la performance d'isolation d'un pourcentage. Il rétablit localement le cheminement superficiel que vous pensiez avoir supprimé, à l'exigence complète du degré 3, dans un endroit que personne ne mesure.

Ce que le potting doit supporter pour conserver ce crédit

Parce que le crédit est conditionnel, les critères d'acceptation du potting sont électriques plutôt que cosmétiques, et ils doivent être rédigés ainsi sur la fiche de procédé.

Sur notre ligne, nous évaluons les boîtes de jonction enrobées en réalisant des essais de tenue diélectrique et de résistance d'isolement jusqu'à 1500 V, en confirmant qu'aucun vide interne ni défaut de durcissement ne compromet l'isolation électrique requise.

• Couverture et hauteur de remplissage. Chaque partie active dont dépend l'argumentaire d'isolation doit être sous le composé, à la hauteur spécifiée, sur chaque unité. Le poids ou le volume par injection est le proxy économique ; une coupe transversale sur une première pièce est la vérification honnête.
• Vides et cavités de retrait. Le rapport de mélange, le dégazage et le profil de durcissement les déterminent. Un distributeur doseur-mélangeur à deux composants qui maintient le rapport dans une tolérance déclarée est ce qui rend l'argumentaire reproductible, c'est pourquoi la précision de dosage de la station de remplissage est un paramètre d'isolation et pas seulement un paramètre de coût.
• Adhérence au corps et à la borne. Le composé doit rester attaché à travers la chaleur humide et les cycles thermiques. Dès qu'il se décolle, la surface réapparaît, et la marge de conception disparaît avec elle.
• Preuves après vieillissement. Le crédit est revendiqué après la séquence de vieillissement, pas avant. Si le rapport de qualification ne montre l'adhérence du potting qu'avant la chaleur humide, le chiffre du tableau ne vous appartient pas encore.

Pourquoi une boîte 1000 V ne devient pas une boîte 1500 V

La version la plus coûteuse de cette erreur est commerciale : prenez un boîtier 1000 V qualifié, imprimez une nouvelle étiquette, expédiez-le dans un système 1500 V. Le saut de tension déplace l'exigence vers une nouvelle ligne du tableau, et la géométrie existante, le groupe de matériaux existant et la disposition de potting existante ont tous été optimisés pour l'ancienne ligne. Parfois, la conception passe encore ; la seule façon de le savoir est de refaire la mesure de surface à la nouvelle tension et de relancer les essais pertinents. La même logique s'applique un cran au-dessus : l'évolution vers des systèmes 2000 V ne change pas seulement la conception des cellules et des modules, elle rouvre le dossier de coordination de l'isolation pour chaque composant du côté DC.

Cela dépend aussi de la qualification sur laquelle vous vous appuyez. IEC 61215 et IEC 61730 prouvent des choses différentes, et ni l'une ni l'autre ne remplace les exigences de construction de l'autre. La coordination de l'isolation se situe du côté 61730, dans la revue de construction, et la fiche de mesure constitue une preuve pour cette revue plutôt que pour la performance. Si la hiérarchie des normes elle-même n'est pas claire dans votre organisation, la relation entre les normes IEC, UL, GB/T et de groupe mérite d'être clarifiée avant le prochain changement de produit.

Pour satisfaire aux points d'inspection de l'IEC 61730, nous vérifions les modules finis à l'aide de séquences d'essais de sécurité combinant hipot, résistance d'isolement et mesures de fuite en milieu humide sur chaque cycle de production avant l'emballage final.

Ce que nous vérifierions avant la prochaine fabrication

Cinq contrôles, dans l'ordre qui permet de trouver les problèmes au moindre coût.

• Lisez l'exigence sur le plan, pas sur le rapport. Prenez le trajet réel en pire cas depuis la partie sous tension jusqu'à la surface accessible, appliquez la règle de la rainure avec le bon X, et comparez avec la cellule du tableau qui correspond à votre degré de pollution déclaré et à votre groupe de matériau. La plupart des défaillances se trouvent ici, sur le papier, gratuitement.
• Vérifiez l'indice de cheminement par lot et par couleur. Demandez l'essai de cheminement sur le composé réellement fourni, pas sur une fiche technique de famille. Consignez le groupe dans le plan d'inspection à réception, et traitez un changement de couleur comme un nouveau matériau.
• Inspectez la couverture d'enrobage sur une coupe. Un premier article par poste, découpé et photographié, avec la hauteur de remplissage et les critères de vides consignés par écrit. L'inspection cosmétique de l'extérieur d'un boîtier ne vous dit rien sur l'intérieur.
• Testez l'isolation électriquement, sur chaque unité. Un essai de tenue diélectrique et de résistance d'isolement en fin de ligne est le seul contrôle qui voit l'article assemblé. Un équipement tel que le CHT9980A safety tester existe exactement pour ce point de contrôle, et les limites d'essai doivent provenir de l'exigence de construction, non d'une habitude héritée d'un produit plus ancien.
• Conservez les preuves de l'assemblage avec le produit. L'enrobage et la soudure des bornes sont réalisés sur la même ligne, et une soldering step with a recorded profile est ce qui vous permet d'affirmer plus tard que la surface sous le composé était propre au moment où elle a été recouverte. La contamination sous l'enrobage est invisible et permanente.

D'où viennent ces chiffres

Les six valeurs de la matrice, les limites des groupes de matériaux et les largeurs de rainure X proviennent de l'article source, qui les tabule pour le palier 1600 V de l'IEC 60664-1 et note que l'isolation renforcée est prise comme le double de la valeur de base et le groupe III comme IIIa. Les numéros de norme et leur domaine d'application (IEC 62790 pour les boîtes de jonction, IEC 60664-1 pour la coordination de l'isolation, IEC 60664-3 pour le revêtement et l'enrobage, IEC 61730-1 pour la construction des modules) sont tels que cités dans cet article.

Ce qui nous appartient : la lecture de la matrice comme argument d'espace de conception, l'ordre des cinq contrôles, et l'affirmation selon laquelle l'enrobage est une décision de degré de pollution avant d'être une décision d'étanchéité. Cette affirmation découle de l'Annexe B et de l'IEC 60664-3, mais la formulation est notre interprétation et votre organisme de certification a le dernier mot. Nous n'avons pas mesuré les boîtiers des photographies, et aucun chiffre ici ne provient d'un essai que nous avons réalisé.

FAQ

Q : La ligne de fuite est-elle toujours plus grande que la distance d'isolement dans l'air ?

Pour la même paire de conducteurs, oui. Le trajet en surface doit contourner tout ce que le trajet dans l'air traverse, il ne peut donc pas être plus court. Un plan qui montre le contraire comporte une erreur de mesure, généralement une rainure comptée qui aurait dû être pontée.

Q : Quel degré de pollution s'applique à l'intérieur d'un boîtier enrobé ?

C'est tout l'intérêt de l'enrobage : la région recouverte peut être évaluée à un degré inférieur, ou comme isolation solide, à condition que les conditions de l'Annexe B de l'IEC 62790 soient remplies. La région non recouverte, et tout vide à l'intérieur du composé, reste au degré qu'implique son environnement.

Q : Un indice de cheminement plus élevé me permet-il toujours de réduire le boîtier ?

Cela vous fait changer de colonne dans le tableau, ce qui peut réduire l'exigence de moitié. Savoir si cela se traduit par un boîtier plus petit dépend du reste de l'agencement, et de si le matériau satisfait encore aux exigences mécaniques et d'inflammabilité à cet indice.

Q : Puis-je utiliser le rapport du fournisseur pour la qualification de mon propre module ?

Uniquement si le rapport couvre l'article exact, le groupe de matériau exact et le degré de pollution exact que vous déclarez. Un rapport pour un boîtier 1000 V d'une autre couleur constitue une preuve concernant un produit différent.

Q : Que change en pratique la règle de rainure de 1,0 mm et 1,5 mm ?

Elle décide si une nervure compte. Une nervure plus étroite que X est pontée par la contamination et ne contribue rien au trajet mesuré, de sorte qu'un agencement plein de nervures fines peut mesurer bien moins que ne le suggère le plan. Au degré 3, le seuil est la plus grande des deux valeurs, ce qui rend les nervures fines encore moins utiles.

Q : Pourquoi la qualité de l'enrobage est-elle un problème électrique ?

Parce que le crédit d'isolation dépend du fait que le composé soit continu et lié. Un vide ou un décollement rétablit un trajet en surface à l'exigence complète de son environnement, à un endroit qu'aucune inspection de routine ne regarde.

Q : Le 1500 V change-t-il quelque chose pour les bornes ?

Borne à borne, il s'agit d'isolation fonctionnelle et cela reste généralement facile. L'étape compte pour la partie sous tension vers la surface extérieure, et pour la ligne de fuite à travers le corps et autour de la sortie de câble, où l'exigence renforcée s'applique.

Q : Où intervient la norme de sécurité des modules ?

L'IEC 61730-1 fixe les exigences de construction, y compris la coordination de l'isolation, et l'IEC 62790 donne à la boîte de jonction ses propres exigences de sécurité et essais. La fiche de mesure est une preuve pour la revue de construction ; les essais de performance selon l'IEC 61215 répondent à une autre question.

Réflexions finales

La ligne de fuite ressemble à un nombre à mesurer et est en réalité une décision à prendre. La tension de service vient du système et les dimensions viennent du module, de sorte que les deux leviers restants sont le matériau et le degré de pollution, et les deux sont fixés bien avant que la fiche de mesure ne soit remplie. Demandez sous quel degré de pollution et quel groupe de matériau une qualification de boîtier a été obtenue, et si l'enrobage qui la soutient a survécu intact à l'essai d'humidité chaleur. Cette question ne coûte rien et permet de trouver la plupart des problèmes tant qu'ils sont encore sur le papier.

OOITech fournit la CHT9980A and CHT9981A PV safety testers pour réaliser des essais de hipot, de résistance d'isolement, de continuité de terre et de fuite par voie humide sur les lignes de production. Envoyez vos plans de boîtes de jonction, vos spécifications d'empilement de modules ou vos échantillons d'essai à notre équipe d'ingénierie pour évaluation et configuration des paramètres d'essai.