De l’onduleur au tableau de découplage: choisir la bonne protection réseau
Les panneaux solaires, les éoliennes et les systèmes de batteries sont des sources d'énergie qui peuvent continuer à fournir de la tension lorsque le réseau de distribution tombe en panne. Un découplage réseau correct est donc crucial. Mais pour un électricien, il ne s'agit pas uniquement de choisir un relais adapté. Dans cet article, nous approfondissons l'importance du découplage réseau, les différents types et les points d'attention lors de l'installation.
La sécurité avant tout
Panneaux photovoltaïques, éoliennes, cogénération, hydroélectricité, groupes électrogènes de secours couplés en parallèle et systèmes de batteries. Ce sont toutes des installations de production qui fonctionnent en parallèle avec le réseau de distribution. Lorsque la tension ou la fréquence sort des limites autorisées ou que le réseau disparaît, le découplage réseau veille à ce que l'installation de production soit rapidement et automatiquement séparée du réseau.
Le risque majeur est le fonctionnement en îlotage non désiré, où l'unité de production décentralisée continue de fournir de l'énergie localement après que la connexion avec le réseau public a disparu et a été déconnectée. Un réseau que le gestionnaire de réseau a mis hors tension ne peut pas être remis sous tension via le réseau de consommation du client. Cela constitue un grave danger pour quiconque travaille sur le réseau.
En outre, le découplage réseau assure la protection du réseau. Grâce au découplage, il n'y a pas de surtension ni de réenclenchement asynchrone lorsque le réseau revient. De plus, il protège les propres installations contre les conditions anormales.
Normes et réglementation
En Belgique, plusieurs règles s’appliquent au découplage du réseau. Au niveau européen, le code de réseau RfG (règlement (UE) 2016/631) classe les producteurs d’électricité en types A (0,8 kW < 1 MW), B, C et D. Une révision de ce code de réseau est en préparation. Il existe également des normes de produit: EN 50549-1 pour les installations basse tension, EN 50549-2 pour les installations moyenne tension et EN 50549-10 pour les essais des installations. La norme IEC 62116 évalue la détection de l’îlotage sur les onduleurs.
En Belgique, les principales prescriptions techniques sont publiées sur le site web de Synergrid :
C10/11 pour la production décentralisée fonctionnant en parallèle avec le réseau de distribution
C10/21 pour les relais de découplage du réseau
C10/24 pour le contrôle de synchronisme
C10/25 pour la limitation d'exportation
C10/26 pour l’homologation de type des unités de production, telles que les onduleurs
Ces prescriptions sont complétées par les exigences spécifiques du gestionnaire de réseau (Fluvius, Sibelga, ORES, RESA). Le RGIE (Livre 1) s’applique également à l’installation, tandis que l'on se réfère à la norme EN IEC 61439-1/-2 pour le tableau.
Types de découplage du réseau
Il existe différents types de découplage du réseau, en fonction de la puissance totale de l’installation de production.
Découplage réseau interne dans l’onduleur
Pour les plus petites installations de production jusqu'à 30 kVA inclus, une protection réseau homologuée intégrée à l'onduleur peut suffire, à condition que le type d'onduleur figure sur la liste Synergrid C10/26. De telles installations de plus petite taille se retrouvent principalement dans les projets résidentiels ou les petites PME avec un ou quelques onduleurs derrière un seul point de raccordement.
Après dépassement du seuil, le système doit déclencher dans un délai maximal de 0,2 seconde
L'onduleur surveille les tensions par phase, la fréquence, le ROCOF et la détection active d'îlotage. De plus, il contrôle des grandeurs internes telles que l'injection DC, la résistance d'isolement et le courant de fuite.
Pour le système de séparation automatique, les seuils C10/11 suivants s'appliquent notamment: 1,10 Un en moyenne sur 10 minutes, 1,15 Un pour la surtension, 0,80 Un pour la sous-tension et des limites de fréquence de 47,5 et 51,5 Hz. Après dépassement du seuil concerné, le système doit déclencher dans un délai maximal de 0,2 seconde. Le recouplage en basse tension exige au moins 60 secondes de valeurs réseau stables comprises entre 0,85–1,10 Un et 49,9–50,1 Hz, suivi d'une montée en puissance progressive. Pour le fonctionnement en îlotage, un délai maximal de 2 secondes s'applique lors de l'essai prescrit pour interrompre l'alimentation.
Découplage réseau externe via relais
Dès que la puissance totale de l'installation de production, stockage inclus, dépasse 30 kVA, un découplage réseau interne n'est plus suffisant. Cela s'applique également aux machines tournantes, telles qu'une cogénération, un groupe de secours ou un générateur synchrone, ainsi qu'en cas de mélange de marques ou de technologies derrière un seul point de raccordement. On peut alors se tourner vers un relais de découplage réseau externe homologué, repris sur la liste Synergrid C10/21. Pour ce faire, on examine toutefois la puissance totale pertinente, stockage inclus. Une installation PV de 20 kVA et une batterie de 20 kVA atteignent par exemple ensemble 40 kVA, ce qui nécessite un relais externe.
Un tel relais électronique de découplage réseau dispose d'entrées de mesure de tension, d'une alimentation propre, d'une logique de protection, de contacts de sortie et éventuellement d'entrées de courant. Le relais compare en continu les mesures aux seuils paramétrés et commande l'ouverture de l'interrupteur de découplage après la temporisation réglée. Cela s'effectue via une bobine à minimum de tension, de préférence à sécurité positive. Une deuxième sortie commande l'interrupteur de secours si l'interrupteur principal ne s'ouvre pas.
Les mesures typiques sont les tensions simples et composées, la fréquence, le ROCOF et la tension homopolaire. Les valeurs de réglage et les seuils sont identiques à ceux d'un découplage réseau interne.
Un relais adapté figure sur la liste Synergrid C10/21, dispose d'une autosurveillance fiable (watchdog) et est 'single fault tolerant' (tolérant à une défaillance unique). La sécurisation est également importante, par exemple via un mot de passe. Le relais fournit des messages d'état et d'erreur clairs et enregistre les événements avec horodatage. Si la séquence de défaillance est exécutée par le relais, celui-ci envoie un ordre de déclenchement de secours (back-up-trip) à l'interrupteur de secours. Une large plage d'alimentation et un paramétrage simple complètent l'ensemble.
Mais la séquence de défaillance ne doit pas nécessairement être exécutée par le relais de découplage réseau. Elle est souvent prise en charge via le câblage matériel du circuit de commande, et donc pas via une sortie programmée du relais de découplage réseau.
Les relais modernes peuvent combiner, outre le découplage réseau, des fonctions supplémentaires de protection, de communication et d'enregistrement. Pensez notamment à la limitation d'exportation ou d'injection zéro, au synchro-check et à la surveillance de déséquilibre.
Découplage réseau externe via tableau
Lorsqu'un découplage réseau externe est requis (> 30 kVA), la protection, les organes de coupure, l'alimentation et la mesure peuvent être regroupés dans un tableau de découplage réseau. Cela se rencontre typiquement dans les grandes installations PV, les parcs de batteries, les cogénérations et les installations agricoles.
Le relais de découplage réseau surveille les paramètres du réseau et ouvre l'interrupteur de découplage en cas d'anomalie. Celui-ci ne s'ouvre pas? L'interrupteur de secours déclenche alors après une brève temporisation et le tableau prend l'état 'en défaut de refus' jusqu'à ce qu'un technicien le contrôle. Une alimentation secourue (UPS), imposée par la norme Synergrid C10/11, garantit que la commande puisse déclencher correctement même en cas de coupure réseau, puis réenclencher automatiquement par la suite. Bien que certains fabricants proposent des tableaux de découplage réseau parfaitement capables de fonctionner sans problème sans UPS ajouté.
Outre le relais, le tableau contient généralement un interrupteur de découplage, un interrupteur de secours, des relais auxiliaires, des circuits de mesure et de commande protégés, une alimentation secourue, des bornes d'essai et de la signalisation. Selon l'exécution, s'y ajoutent des transformateurs de courant ou de tension, un compteur de production et une ventilation. En basse tension, un contacteur peut remplir la fonction d'interrupteur de découplage jusqu'à un courant de ligne de 375 A.
Le dimensionnement part du courant nominal, du niveau de court-circuit, du schéma des liaisons à la terre et de la tension. Mais des facteurs environnementaux tels que l'indice IP et la température jouent également un rôle. La pleine charge prolongée et les températures ambiantes élevées déterminent tout particulièrement l'échauffement. Les composants doivent donc être choisis suffisamment largement, en tenant compte de leur charge admissible dans le tableau. La valeur indicative s'élève à 20%. La vérification s'effectue selon la norme EN IEC 61439-1/-2.
Le tableau de découplage évolue d’un dispositif de sécurité vers un nœud numérique
Un tableau préassemblé, paramétré et testé simplifie le montage et le contrôle de conformité, tout en clarifiant la responsabilité de l'ensemble. L'intégration de composants séparés dans un tableau divisionnaire existant reste possible pour les petites puissances, à condition de disposer de suffisamment d'espace et de réserve. L'installateur doit pouvoir démontrer que le tableau modifié est conforme à la norme EN IEC 61439. Un bon tableau se reconnaît à une signalisation claire, au repérage des fils, à des bornes d'essai et à une documentation complète: schémas, rapport d'essai du relais et rapports des transformateurs de courant.
Des fonctions supplémentaires telles qu'un compteur MID, la surveillance et les alarmes à distance ainsi que le couplage avec un EMS sont possibles.
Points d’attention lors de l’installation
Étant donné que le relais doit pouvoir mesurer la tension réelle du réseau, il effectue la mesure le plus près possible du point de raccordement. En outre, il est important qu'il soit accessible et plombable par le gestionnaire de réseau. L'installateur doit également veiller à un ordre des phases correct avec un champ tournant droit obligatoire, à des circuits de mesure protégés, à une alimentation secourue et à un câblage à sécurité positive vers les organes de coupure.
Les valeurs de réglage du gestionnaire de réseau sont ensuite encodées et verrouillées, puis le relais est testé conformément au rapport d’essai Synergrid. Dans certains cas particuliers, le gestionnaire du réseau de distribution impose d'intégrer le relais de découplage réseau dans la cabine haute tension. Cela s'applique également lorsque la distance entre les transformateurs de mesure de courant et le relais devient trop importante pour mesurer avec une précision suffisante.
S'il est question d'un tableau de découplage, placez-le alors entre le point de raccordement et les unités de production, avec l'interrupteur de découplage le plus près possible de la production. Optez pour un local sec, ventilé et accessible offrant suffisamment d'espace pour la manœuvre et la maintenance. Lors de l'installation, veillez aux sections de câbles et aux couples de serrage, au schéma des liaisons à la terre et à la mise à la terre, à la tenue au court-circuit sur place, à la sélectivité et à un étiquetage correct.
Lorsque l'installation est terminée, elle doit faire l'objet d'un contrôle de conformité selon le RGIE et les valeurs de réglage doivent être vérifiées. En outre, un essai fonctionnel du fonctionnement normal et du fonctionnement de secours est nécessaire selon le rapport d'essai Synergrid, tout comme un essai fonctionnel avec coupure réseau simulée sous la supervision du gestionnaire de réseau.
La prescription C10/11 n'impose pas de délai fixe pour les contrôles périodiques. Sachez toutefois que le gestionnaire de réseau peut toujours effectuer des contrôles. Il est donc recommandé d'effectuer chaque année un essai fonctionnel accompagné d'un contrôle visuel ou d'une thermographie. Un essai par injection secondaire du relais peut quant à lui avoir lieu toutes les quelques années.
Tendances émergentes
Le découplage réseau évolue au rythme de la croissance de la production décentralisée. La mise à jour proposée de la C10/11 vise à éviter qu'un grand nombre d'installations ne se déconnectent simultanément lors d'une brève perturbation du réseau. La proposition allonge plusieurs temporisations jusqu'à 3 secondes afin d'éviter des déclenchements intempestifs. Elle rendrait également le ROCOF obligatoire comme détection d'îlotage et introduirait le soutien en tension (Q(U)). Une révision du code de réseau européen RfG 2.0 est également attendue.
Les batteries, les systèmes hybrides et les tarifs énergétiques dynamiques exigent davantage de visibilité, de communication et de contrôle. Outre une gestion coordonnée de la puissance, des limites d'injection et une commutation sûre entre le fonctionnement de secours et le fonctionnement en îlotage, la cybersécurité gagne également en importance.
Le tableau de découplage réseau évolue ainsi d'un circuit de sécurité vers un nœud numérique entre l'installation, le gestionnaire de réseau et le marché de l'énergie. Il centralise les données de mesure, les états et les alarmes de la production, du stockage par batteries et du découplage réseau, et les échange avec la téléconduite du gestionnaire de réseau et le système de gestion de l'énergie (EMS). L'installateur et l'exploitant peuvent ainsi également suivre à distance les flux d'énergie et les défauts, planifier la maintenance de manière plus ciblée et adapter l'installation aux limites d'injection et aux prix de l'électricité. Ces plateformes innovantes sont dès lors également conformes au règlement européen sur la cyberrésilience (Cyber Resilience Act).
Avec la collaboration d’ABB et d’EME