PRESCRIPTIONS DE RACCORDEMENT POUR LA PRODUCTION DECENTRALISEE : EVOLUTIONS DES CONDITIONS EXISTANTES ET NECESSITE D UNE NORMALISATION COMPLEMENTAIRE

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1 PRESCRIPTIONS DE RACCORDEMENT POUR LA PRODUCTION DECENTRALISEE : EVOLUTIONS DES CONDITIONS EXISTANTES ET NECESSITE D UNE NORMALISATION COMPLEMENTAIRE Michel Dussart Piet Lauwers Serge Magnus Yves Laperches Electrabel Distribution Electrabel EDV Electrabel EDCentre Electrabel EDWal RESUME Les réseaux de distribution ont été conçus pour fonctionner avec un flux d'énergie transitant dans le sens d une source unique vers les utilisateurs. Le raccordement de productions décentralisées modifie cette caractéristique fondamentale. Les moyens de protection doivent à la fois assurer la sauvegarde des biens, de l alimentation et des personnes. La sécurité des agents appelés à opérer sur le réseau est garantie par l assurance que la mise hors tension ne sera pas interrompue de façon intempestive par une production décentralisée. La sauvegarde des biens et de l alimentation est assurée lorsque le réseau est prémuni contre les enclenchements hors synchronisme et les alimentations déficientes en cas de fonctionnement en îlotage. Pour les productions provoquant des perturbations, la compatibilité par rapport au phénomène de flicker et aux émissions de courants harmoniques doit être examinée. On assiste à une expansion de la production décentralisée et en particulier une multiplication de la production éolienne et des très petites productions notamment à partir de cellules photovoltaïques. La présence ou non d une coupure de sécurité, l obligation de mise à la terre et en court-circuit lors des interventions en réseau, la constitution de la protection de découplage, l obligation ou non d installer un transformateur de séparation, l estimation des émissions de flicker par les turbines éoliennes sont autant de questions qui auraient l avantage de trouver dans les textes de la normalisation, une solution harmonisée entre les gestionnaires de réseaux. On ne peut donc qu encourager à promouvoir la normalisation en ces matières.

2 PRESCRIPTIONS DE RACCORDEMENT POUR LA PRODUCTION DECENTRALISEE : EVOLUTIONS DES CONDITIONS EXISTANTES ET NECESSITE D UNE NORMALISATION COMPLEMENTAIRE Michel Dussart Piet Lauwers Serge Magnus Yves Laperches Electrabel Distribution Electrabel EDV Electrabel EDCentre Electrabel EDWal La production décentralisée s est fortement développée ces dernières années. Le phénomène s amplifie d année en année sous l effet de l amélioration des techniques. La volonté de valoriser toutes les formes d énergie qui apportent une économie globale de l énergie, contribue au développement quantitatif et qualitatif des productions décentralisées. Diverses subventions financières des pouvoirs politiques aident aussi à l expansion de son développement. Les réseaux de distribution ont été conçus pour fonctionner avec un flux d'énergie transitant dans le sens d une source unique vers les utilisateurs. Le raccordement de productions décentralisées modifie cette caractéristique fondamentale. Les moyens de protection doivent à la fois assurer la sauvegarde des biens, de l alimentation et des personnes. La sécurité des agents appelés à opérer sur le réseau est garantie par l assurance que la mise hors tension ne sera pas interrompue de façon intempestive par une production décentralisée. La sauvegarde des biens et de l alimentation est assurée lorsque le réseau est prémuni contre les enclenchements hors synchronisme et les alimentations déficientes en cas de fonctionnement en îlotage. Pour les productions provoquant des perturbations, la compatibilité par rapport au phénomène de flicker et aux émissions de courants harmoniques doit être examinée. Nous allons parcourir les moyens qui sont utilisés en pour assurer à la fois la sécurité des personnes et la sauvegarde des biens. LA COUPURE DE SECURITE réglementations nationales le stipulent en général et la norme européenne EN Exploitation des installations électriques [1] en fait de même. L organe de coupure doit donc exister et de plus il convient qu il soit vérouillable et accessible en permanence par l opérateur du réseau. Lorsqu on est confronté à de petites puissances, la production par cellules photovoltaïques en réseau BT par exemple, cette coupure accessible est plus difficile à incorporer dans des installations existantes dés lors que ce problème n a pas été pris en compte au moment de l édification des bâtiments. Des solutions simples devraient être disponibles. La protection de découplage à l intérieur d un onduleur compris dans la chaîne d une alimentation par cellules photovoltaïques peut-elle être assimilée à une coupure de sécurité? Si la réponse est positive il devrait être notifié dans une norme que cette disposition offre un moyen de coupure satisfaisant les exigences de la norme EN Sinon en complément, un moyen de coupure simple, à placer à l extérieur des bâtiments donc accessible devrait être proposé. Dans ce cas il est aussi nécessaire de constituer d un répertoire à jour et facilement consultable par les opérateurs, reprenant toutes les installations en service afin d assurer toutes les déconnections nécessaires. Ceci est vrai pour toutes les productions décentralisées mais les petites puissances en BT nécessitent une attention particulière car elles risquent d être nombreuses et donc difficiles à maîtriser. LA MISE A LA TERRE ET EN COURT- CIRCUIT Les travaux qui sont réalisés hors tension, la majorité des interventions, nécessitent d isoler la partie sur laquelle on travaille. Les Avec la multiplication des petites productions dans les réseaux BT, la présence de productions décentralisées connue ou ignorée rend nécessaire

3 suivant l EN 50110, la mise à la terre et en courtcircuit des conducteurs sur lesquels on travaille. Cela pose un problème avec les câbles souterrains sans sectionnement. Ils n offrent pas de surface libre pour pouvoir y connecter la mise à la terre et en court-circuit. Un outillage spécial devrait être développé pour remédier à ce problème. LA PROTECTION DE DECOUPLAGE Si la partie du réseau, sur laquelle est raccordé le producteur décentralisé, n est plus alimentée en tension ou que la tension n est plus normale, la source autonome doit pouvoir être découplée automatiquement du réseau dans les plus courts délais. A cette fin, une protection de découplage est mise en place. La protection de découplage est assurée par un ensemble de relais qui contrôlent les fonctions de tension et de fréquence. Dans le présent article, la notion de protection de découplage n est pas limitée au saut de vecteur ou à la fonction df/dt. Les protections de découplages requises dans le réseau belge sont décrites dans les prescriptions de la FPE Fédération Professionnelle de Producteurs et Distributeurs d Electricité de. Ce sont les documents C10/11 Prescriptions techniques de branchement d installations de production décentralisée fonctionnant en parallèle sur le réseau de distribution [2] et C10/13 Prescriptions techniques de branchement d installations photovoltaïques de production décentralisée < 15 kw fonctionnant en parallèle sur le réseau de distribution [3]. Tableau 1 Synthèse des protections de découplage en réseau MT Client raccordé en MT cas général homopolaire U O temporisé ± 0,5 Hz supérieur de 0 à 1,5s inférieur Saut de vect. ou bien df/dt ± 0,3 Hz <1,2 MVA et petit/réseau Les exigences requises varient avec la nature de la production décentralisée, sa taille son mode de raccordement. Le tableau 1 est la synthèse des conditions requises lorsque le raccordement est effectué en réseau MT et le tableau 2 pour les réseaux BT. Tableau 2 Synthèse des protections de découplage en réseau BT Client raccordé en BT ± 0,5 Hz gén.tech ment non îlotable gén.tech ment non îlotable et 10 kw supérieur de 0 à 1,5s inférieur Saut de vect. ou bien df/dt Présence des 3 phases (>10 kw) ± 0,3 Hz gén.tech ment îlotable

4 Dans le tableau 1 petit par rapport au réseau signifie que la puissance de production, compte tenu de toutes les productions installées, est petite par rapport à celle du réseau si elle est inférieure à la moitié de la charge îlotable suite à l ouverture d un disjoncteur. Dans le tableau 2, l expression gén. tech ment non îlotable signifie que la génératrice est techniquement non îlotable, c est une génératrice de type asynchrone ou par construction incapable de fonctionner en îlotage, tandis que l expression gén. tech ment îlotable signifie l inverse. Afin de faciliter le développement des systèmes photovoltaïques, ceux-ci peuvent simplement se conformer aux prescriptions C10/13 de la FPE. Ces dernières présentent un allégement des conditions par rapport aux prescriptions générales C10/11. La protection de découplage est intégrée dans le fonctionnement de l onduleur. Le gestionnaire de réseau doit avoir toutes les garanties que les installations seront bien hors service lorsqu il entreprendra des travaux sur le réseau même chez les clients où il ne lui sera pas possible d accéder. Les caractéristiques de fonctionnement de cette protection sont reprises dans les tableaux 3 et 4. Tableau 3 limites tension, fréquence Essai Valeurs limites sur une des phases Temps de découplage de tension 0,8 Un 0,2 s de tension 1,1 Un 0,2 s fréquence 50 Hz ± 2% 0,2 s Tableau 4 Déclenchement en îlotage Charge alimentée par le système fonctionnant en parallèle avec le réseau Variation de la charge active P et réactive Q après interruption de la parallèle avec le réseau Temps de découplage 0,7 P N < P < P N P et Q < 0,1 P et Q 0,35 P N < P < 0,7 P N P et Q < 0,1 P et Q 0 P N < P < 0,35 P N P et Q < 0,1 P et Q L îlotage est provoqué à trois points de fonctionnement de charge de l onduleur. Pour chaque point de fonctionnement deux situations sont envisagées. D une part, une situation de quasi-équilibre, avant et après la séparation d avec le réseau, la charge de l onduleur n est pas fortement modifiée. Dans ce cas, le découplage doit agir en moins de 5 secondes. D autre part, une situation où la charge est modifiée de plus de 10%. Dans ce cas, le découplage doit agir en moins de 0,2 seconde. La temporisation de 0,2 seconde ne peut pas être augmentée parce que dans les installations non accessibles ou ignorées du gestionnaire de réseau, ce ne sera que la protection de découplage qui assurera la mise hors tension et il faut garder une cohérence avec les courbes de sécurité présentées dans le rapport technique [4] CEI «Effets du courant sur l homme et les animaux domestiques». LE TRANSFORMATEUR DE SÉPARATION Lorsque le raccordement au réseau est effectué en moyenne tension, les génératrices sont branchées sur le réseau par l'intermédiaire d'un transformateur dont les caractéristiques sont définies par le gestionnaire du réseau; toutefois, la tension de court-circuit sera au moins égale à 10 %, sauf dérogation du gestionnaire de réseau dans le cas d une puissance <1,2 MVA. Ce transformateur joue pour le moins 4 rôles : il protège les génératrices du producteur décentralisé en amortissant les chocs au cas de mauvaise prise de parallèle; il annule, lorsque la génératrice présente un défaut à la masse, l'apport

5 du réseau en courant de terre vers la génératrice; il atténue dans le réseau les à-coups provenant des génératrices et enfin, il permet de réduire le supplément de puissance de court-circuit apporté par l'installation au réseau MT. Toutefois le transformateur de séparation n est pas imposé si l impédance transitoire X d de la génératrice ou la résultante des impédances transitoires dans le cas de plusieurs génératrices est supérieure à 40 % exprimés en base de la génératrice. PERTURBATIONS DUES AU FLICKER Les productions décentralisées ne peuvent produire de flicker. Il faut s assurer que lors des prises de parallèle les variations brusques de la tension soient limitées. Elles sont limitées à une variation de 6% et cette limite est réduite à 3% si la prise de parallèle se répète plusieurs fois par jour. Les éoliennes constituent un cas particulier de flicker qui est inhérent à leur fonctionnement. Les variations de la vitesse du vent, provoquent non seulement des arrêts et démarrages fréquents des turbines éoliennes mais aussi une variation constante de la production. De plus l effet du mât contribue à produire des variations supplémentaires. Les conditions de raccordement sont liées aux caractéristiques du réseau sur lequel la production doit être raccordée. La future norme CEI [5] donnera une méthode pour évaluer l impact des productions éoliennes sur le flicker. Les puissances unitaires ont augmenté significativement. Elles atteignaient 200 kw dans les années 80 et sont maintenant 1600 kw et on parle d ici peu de 3000 kw. Cette évolution rend encore plus nécessaire l aboutissement de la norme. Provisoirement, en nous nous sommes inspirés des recommandations de cette future norme. BESOIN DE NORMALISATION Il est nécessaire d établir une réglementation qui tient compte de la multiplicité des aspects qui ont été développés. Mieux encore une harmonisation entre les différentes réglementations élaborées chacune pour un pays particulier, donnerait plus de crédibilité à ces règles et apporterait plus de simplification aux installateurs opérant dans des pays différents. A cet effet la normalisation peut fournir un précieux apport. Elle doit donc être encouragée et soutenue. CONCLUSIONS Depuis le début des années 90, le développement des productions décentralisées dans les réseaux MT et BT s est intensifié dans tous les pays. Les facteurs qui ont favorisé l essor de ces petites générations sont d une part la volonté d utiliser rationnellement l énergie et d autre part les progrès de la technologie qui ont permit d accroître et le taux de fiabilité et les rendements énergétiques. On assiste ainsi à une expansion de la production éolienne et une multiplication des très petites productions notamment à partir de cellules photovoltaïques. La présence ou non d une coupure de sécurité, l obligation de mise à la terre et en court-circuit lors des interventions en réseau, la constitution de la protection de découplage, l obligation ou non d installer un transformateur de séparation, l estimation des émissions de flicker par les turbines éoliennes sont autant de questions qui auraient l avantage de trouver dans les textes de la normalisation, une solution harmonisée entre les gestionnaires de réseaux. On ne peut donc qu encourager à promouvoir la normalisation en ces matières. REFERENCES [1] EN norme CENELEC de 12/1996 [2] Prescriptions techniques de branchement d installations de production décentralisée fonctionnant en parallèle sur le réseau de distribution document C10/11 de la FPE du 02/05/2000 [3] Prescriptions techniques de branchement d installations photovoltaïques de production décentralisée < 15 kw fonctionnant en parallèle sur le réseau de distribution document C10/13 de la FPE du 13/06/2000 [4] CEI Effets du courant sur l homme et les animaux domestiques de 09/1994 [5] future CEI Mesure et évaluation des caractéristiques de la qualité de la tension des turbines éoliennes raccordées au réseau public

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