Même après l’expiration des périodes de transition pour la certification des centrales de production d’électricité selon les directives de raccordement du code de réseau allemand VDE (Comité des ingénieurs allemands), de nombreuses questions subsistent concernant la bonne installation des enregistreurs de qualité de l’énergie et des enregistreurs nu-mériques de défauts (DFR). A. Eberle se conforme pleinement aux normes VDE-AR-N 4110 et 4120, y compris l’annexe F. Dans cette annexe, des points de référence sont défi-nis, et A. Eberle satisfait à toutes les exigences essentielles telles que IEC 61000-4-30 (Classe A, Éd. 3), desfréquences d’échantillonnage jusqu’à 20 kHz, un étalonnage conforme (DAkkS, etc.) et un transfert de données transparent.
L’annexe F définit les exigences applicables aux systèmes d’enregistrement de défauts, notamment :
- Enregistreurs d’événements et de défauts obligatoires pour la stabilité du réseau et l’analyse des perturbations
- Mesure de la qualité de la tension selon IEC 61000-4-30 (Classe A)
- Fréquences d’échantillonnage élevées pour détecter les transitoires et les supraharmoniques
- Synchronisation temporelle et d’événements (par ex. via Ethernet ou GPS)
- Mise à disposition normalisée et transparente des données pour les opérateurs de réseau
- Étalonnage traçable selon les normes nationales (par ex. DAkkS)
Avantage : Ce guide et ces solutions vous aident à identifier les exigences critiques à un stade précoce, à sélectionner les bons dispositifs, à vous préparer pour l’avenir et à éviter les retards ou coûts supplémentaires pendant le processus de certification - garantissant conformité et fiabilité à long terme.
Avez-vous des questions ou des projets en cours concernant la mise en œuvre des VDE-AR 4110 & 4120 (y compris l’Annexe F) ? Alors n’hésitez pas à nous écrire directement via notre page de contact.
Pourquoi nos appareils conviennent comme sources de mesure pour les régulateurs d’installation de production (EZA-Regler) :
Outre leur utilisation classique comme enregistreurs de perturbations / systèmes de mesure de la qualité de l’énergie, la mise à disposition de valeurs de mesure rapides et fiables pour la régulation d’installation de production (EZA) / la conduite de réseau joue également un rôle central dans de nombreux projets. PQI-DE et PQI-DA smart offrent pour cela les caractéristiques appropriées :
- Acquisition des mesures en temps réel avec une latence très faible
Les valeurs mesurées sont acquises pratiquement sans délai et mises à disposition via Modbus TCP avec une latence également très faible.
→ Le comportement temporel (acquisition des mesures + transmission Modbus TCP) a été analysé dans le cadre d’essais spécifiques. (Référence interne disponible sur demande)
- Réponse très rapide aux variations de fréquence
La réponse dynamique de la mesure de fréquence est nettement inférieure aux exigences typiques.
→ Conclusion de l’essai : la nouvelle valeur de fréquence est détectée dans les 200 ms, en pratique en moins de 40 ms. De plus, la précision requise de ± 50 mHz est respectée. (Rapport d’essai interne disponible sur demande)
- Très haute précision de la mesure de fréquence
La précision se situe dans une plage de ≤ 1 mHz, avec synchronisation temporelle via NTP ou GPS.
→ Validation par mesure de référence externe (TU Dresden) : résultat nettement supérieur à celui de systèmes comparables sur le marché. (Documentation d’essai disponible sur demande)
Évaluation de plus de 30 700 paquets avec un débit d’environ 0,035 s. Les temps de réponse se situent dans la plage des millisecondes (médiane : 2,82 ms, moyenne : 6,6 ms). 80,15 % des réponses sont inférieures à 5 ms, 90,19 % inférieures à 20 ms ; le temps de réponse maximal mesuré était de 74,24 ms.
VDE-AR-N 4110 & 4120, y compris l’annexe F - Les essais avec une tech-nologie de mesure de haute précision sont absolument nécessaires
Les codes de réseau internationaux seront pro-chainement mis à jour dans un sens similaire. Les erreurs de planification lors de la construction d’unités de production à grande échelle entraînent souvent des coûts supplémentaires et des retards de certification. Cela est dû à la complexité du sujet. Selon le chapitre 6.4 du VDE-AR-N 4110, l’enregistrement des défauts et la surveillance de la qualité de l’énergie sont obligatoires pour les postes de transfert dans des cas justifiés. Pour les systèmes soumis à la procédure de vérification individuelle, l’exigence est formulée plus en détail : un enregis-treur doit être installé afin de « pouvoir vérifier en continu les exigences relatives à la stabilité dynamique du réseau en exploitation réelle, en particulier si la conformité n’a pas déjà été démontrée lors de la mise en service » [extrait normalisé du VDE-AR-N 4110]. Ce test de mesure doit naturellement être effectué à l’aide d’une technologie de mesure adaptée, de haute précision et conforme à la norme.
La procédure de vérification individuelle, effectuée par un organisme de certification accrédité, exige une forte coordination entre tous les acteurs impliqués. Il faut d’abord sélectionner la technologie de mesure appropriée répondant à toutes les exigences de la procédure. Une expertise technique est également nécessaire pour une installation correcte. Les exi-gences concernant les transformateurs de mesure (TC et TP) doivent aussi être respectées, ainsi que la vérification des précisions requises (étalonnages DAkkS).
Concernant le contrôle de conformité ultérieur, un échange de données semestriel simple à mettre en œuvre doit être garanti. Ce guide offre un aperçu pratique des composants essentiels pour assurer et faciliter une chaîne de mesure fiable
Certification - ce qui est vraiment déterminant (régulation EZA vs. preuve individuelle)
Dans la pratique, de nombreuses questions se posent, car, dans le cadre de la régulation EZA, les exigences dynamiques (par ex. mesure de fréquence / comportement de régulation) sont souvent confondues avec les justificatifs formels (certificats / rapports d’essai). Il est donc important de bien distinguer les deux :
Des justificatifs pour les régulateurs EZA / composants peuvent être exigés selon le projet.
Dans les processus de certification et de raccordement au réseau, des certificats de composants ou des justificatifs équivalents sont fréquemment utilisés ou demandés en pratique pour certains composants additionnels (notamment les régulateurs EZA), selon le niveau de tension, les exigences du gestionnaire de réseau et le processus de justification applicable.
L’élément décisif reste toujours une performance technique démontrable ainsi qu’une reconnaissance formelle des justificatifs.
D’un point de vue technique, les critères essentiels sont notamment la latence, la réponse dynamique, la précision de mesure et la mise à disposition robuste des interfaces (par ex. Modbus TCP) pour les régulateurs / systèmes de conduite.
D’un point de vue formel, le point essentiel est le suivant : lorsque des rapports d’essai ou des certificats sont utilisés, l’organisme émetteur doit être accrédité pour l’usage spécifique concerné (vérifier le périmètre / scope d’accréditation).
Exigences pour les enregistreurs numériques de défauts (DFR)
Selon l’annexe F de la directive de raccordement, l’enregistreur de défauts doit être certifié selon la classe A de la norme IEC 61000-4-30 (Éd. 3) afin de garantir la sécurité, la précision et la comparabilité des mesures.
L’annexe F impose une fréquence d’échantillonnage minimale de 1 kHz. Cependant, pour l’évaluation des supraharmoniques de tension et de courant dans la bande 2 à 9 kHz, subdivisée en bandes de 200 Hz selon DIN EN 61000-4-7, il est essentiel de fournir des fréquences d’échantillonnage plus élevées.
Ainsi, une fréquence minimale de 20 kHz est requise pour effectuer les mesures conformément à FGW TR 3 et pour anticiper les futures exigences normatives.
Pour garantir un enregistrement de données cohérent, même en cas de panne d’alimentation, et documenter la réaction du générateur, un système UPS (alimentation sans interruption) pour l’appareil de mesure et les composants de communication (commutateurs, passerelles, serveurs, etc.) est fortement recommandé.
Aucune perte de paramètres ni de données ne doit survenir, même en état hors tension – cela doit être assuré par l’appareil et sa configuration.
Des données fiables sont indispensables, en particulier en cas de défaut.
La synchronisation temporelle joue un rôle clé ; une synchronisation externe (par ex. via GPS) est nécessaire pour garantir une précision maximale du système global, jusqu’à 25 µs.
La précision du résultat de mesure dépend non seulement d’un appareil de haute précision (déviation max. 0,1 %) mais aussi de l’ensemble de la chaîne de mesure, fortement influencée par les transformateurs de courant et de tension utilisés.
Les transformateurs doivent pouvoir transmettre les supraharmoniques sans erreur.
Dans les réseaux moyenne et haute tension, de nombreux modèles sur le marché peuvent transmettre les fréquences de 2 à 9 kHz avec une déviation inférieure à 0,1 %.
Souvent, les générateurs avec des fréquences d’horloge dominantes provoquent des effets de rétroaction tels qu’une augmentation du bruit (voir Figure 2).
Ainsi, l’enregistreur doit être compatible avec différentes technologies de capteurs.
Les capteurs capables de mesurer la gamme haute fréquence (2-9 kHz) sont généralement équipés de sorties 3,25 V/√3 au lieu de 100 V/√3.
Dans tous les cas, le rapport d’impédance entre la sortie du capteur et l’entrée de l’appareil doit correspondre ; il est donc nécessaire de vérifier les spécifications d’impédance avant l’acquisition et de clarifier les données avec le fournisseur du capteur.
Mesure avec capteurs - Simple et très précis!
Les PQI-DA smart et PQI-DE d’A. Eberle prennent en charge une large gamme de configurations pour la plupart des situations d’installation, aussi bien pour la mesure de tension que de courant, y compris en modernisation :
- 100 V 2 MOhm || 25 pF
- 100 V / 400 V / 690 V 10 MOhm || 25 pF
- 3.25 V 2 MOhm || 50 pF for small-signal transducers according to IEC 61869-11 (SELV)
- 4 current inputs for transducers 1 A/5 A (MB max. 10 A)
- 4 current inputs for protection transformers 1 A/5 A (MB max. 100 A)
- 4 current inputs for Rogowski clamps (Input 350 mV)
- 4 current inputs for current clamp meter (AC converter 0.5 V input)
Étalonnage DAkkS obligatoire
Pour garantir la précision, un étalonnage DAkkS est requis avant la livraison et l’installation. L’étalonnage d’usine standard ne suffit pas pour la certification.
A. Eberle collabore avec un laboratoire accrédité DAkkS pour un étalonnage étendu, y compris dans le domaine des supraharmoniques. Selon la directive de raccordement, l’organisme de certification doit évalu-er les données de mesure au moins tous les six mois. Pour cela, un échange de données simple et fluide doit être garanti, ainsi qu’un logiciel adapté pour l’évaluation. Il est essentiel d’utiliser un système avec des interfaces ouvertes, flexibles et adaptables aux conditions du site et aux solutions de communication disponibles.
Exigences du système
Simple
Le transfert de données peut s’effectuer en insérant une carte SD et en copiant la mémoire interne com-plète. Le logiciel d’évaluation de la qualité de l’énergie fonctionne en mode plug & play.
Flexible
Du transfert par carte SD à la transmission automati-sée via réseau mobile, SHDSL ou Ethernet, toujours fiable, même avec une mauvaise qualité de connexion.
Ouvert
formats Comtrade ou PQDIF selon IEC 61850, IEC 60870-5-104 ou Modbus TCP/IP. Les appareils de mesure et le système WebPQ® d’A. Eberle disposent de nombreuses interfaces standard pour la transmission des données.
WebPQ® : Vérification automatique de con-formité des centrales via les courbes FRT
Les centrales connectées au réseau public doivent garantir la stabilité dynamique du réseau conformément au code de réseau européen (RFG - UE 2016/631) ainsi qu’aux codes de réseau nationaux. Cela s’applique en particulier pendant les situations de défaut et définit le comportement exigé lors de perturbations symétriques ou asymétriques.
Principales exigences:
- Pas de déconnexion pendant les sous- ou surtensions dans les limites des courbes FRT.
- Soutien dynamique même lors de défauts mul-tiples consécutifs
- Injection de courant réactif pour soutenir la tension du réseau pendant et après la pertur-bation.
Les courbes FRT (Fault Ride Through) définissent le profil tension-temps que doit supporter une unité de production sans se déconnecter. En d’autres termes, elles indiquent combien de temps une centrale doit «tenir» une chute de tension.
- Perspective européenne : les exigences FRT sont harmonisées sous le règlement RfG, détaillées par pays (Allemagne : VDE-AR-N 4110/4120 ; Royaume-Uni : G99 ; Espagne : P.O. 12.3).
- Perspective internationale : exigences similaires dans le monde entier (Amérique du Nord : NERC PRC / FERC ; Amérique latine : ONS Brésil, NTCO Chili ; Asie-Pacifique : GB/T Chine, CEA Inde, AEMO Australie ; Afrique du Sud : NERSA RPP Code, etc.).
Dans tous les cas, le principe reste le même : les centrales doivent rester connectées et soutenir le réseau pendant de courtes perturbations afin d’éviter son déstabilisation.
Vérification avec WebPQ®
Pour garantir la conformité à ces exigences, le logiciel WebPQ® Power Quality System intègre un module pour la classification automatique des perturbations selon les courbes FRT.
- Chaque point de mesure peut être associé à une courbe FRT spécifique selon le type d’installation et le code applicable.
- Les perturbations sur des périodes prolongées (par ex. un an) peuvent être évaluées automatiquement (voir Figure 3).
- Des modèles de courbes FRT pour les types 1 et 3 sont inclus par défaut et peuvent être adaptés à tout profil VRT ou FRT à l’aide de l’éditeur FRT.
Exigences techniques
Les courbes FRT couvrent généralement des évaluations de défauts jusqu’à 60 secondes. L’enregistreur utilisé doit donc fournir des valeurs RMS toutes les 10 ms, même en cas de défauts multiples successifs. Pour la comparabilité et la conformité normative, il est fortement recommandé de calculer les valeurs RMS conformément à IEC 61000-4-30 - Classe A, Éd. 3, garantissant des évaluations uniformes et conformes aux normes internationales.
Exemple : Mise en œuvre d’un générateur selon le code de réseau allemand VDE-AR-N
L’organisme de certification de ce projet utilise un transfert automatique de données au format standard Comtrade pour l’évaluation des défauts. En cas de défaillance du réseau, les données de l’enregistreur sont enregistrées à l’aide du modèle VDE-AR-N 4110 approuvé par le certificateur, puis générées automa-tiquement par le logiciel WebPQ® installé sur site et transmises directement au serveur de certification. En cas d’incident, le serveur évalue les données et vérifie si la centrale fonctionne conformément au réseau. Le client peut également visualiser et évaluer à tout mo-ment les valeurs de qualité d’énergie mesurées via un rapport clair. En cas de problème de communication, les données peuvent être lues directement depuis l’appareil via une carte SD et transmises manuel-lement.
Parallèlement, les valeurs de mesure haute précision U, I, P, Q ainsi que les statistiques quotidiennes sont transmises via le protocole standard IEC 61850 à un système SCADA pour affichage et alarmes.
Conclusion
Grâce à une procédure uniforme et coordonnée entre toutes les personnes et entreprises impliquées, un niveau élevé d’efficacité et d’économies de coûts peut être atteint, aussi bien pour l’organisme de certification que pour l’exploitant des centrales électriques.
Nous serons ravis de vous accompagner tout au long de ce processus avec nos appareils de mesure certifiés Classe A (Éd. 3) - PQI-DE et PQI-DA smart - en combinaison avec le logiciel WebPQ®, simple à utiliser, ainsi que notre expérience dans le domaine de l’exploitation et de l’installation d’équipements de mesure.
En résumé
- PQI-DA smart et PQI-DE peuvent être utilisés comme sources de mesure pour les régulateurs EZA (latence très faible, réponse très rapide aux variations de fréquence, haute précision de mesure de la fréquence - justificatifs disponibles sur demande).
- Pour la régulation EZA, ce sont avant tout les caractéristiques techniques de performance (comportement temporel / précision / interfaces) qui sont déterminantes ; des justificatifs formels (par ex. certificat de composant) peuvent être requis selon le projet et les exigences du gestionnaire de réseau.
Pour la procédure de preuve individuelle, une mesure accréditée DAkkS de la chaîne de mesure ainsi que le respect intégral de l’annexe F sont obligatoires (notamment classe A, supra-harmoniques en bandes de 200 Hz, exigences relatives au temps et aux données).
Nos systèmes de mesure et d’enregistrement des perturbations satisfont aux exigences de la VDE-AR-N 4110 et 4120, y compris l’annexe F, et permettent une mise en œuvre conforme aux normes dans les réseaux moyenne et haute tension.
N’hésitez pas à nous contacter dès la phase de sélection du matériel et du logiciel - nous serions heureux de pouvoir vous apporter notre soutien.
L'auteur
par Fabian Leppich, Chef de produit Power Quality - Till Sybel, Directeur général A. Eberle Afrique - Maximilian Sefz, Direction marketing
