VDE-AR-N 4110 : règles de raccordement en moyenne tension

VDE-AR-N 4110 est la règle technique allemande de raccordement des installations clientes au réseau moyenne tension, la TAR Mittelspannung. Elle fixe les exigences de conception, de construction, d’exploitation et de modification des installations de production, de stockage, de consommation et des installations mixtes raccordées au-dessus de 1 kV et en dessous de 60 kV, et transpose en Allemagne les codes de réseau européens pour les installations de production (NC RfG, types B et C) et pour le raccordement de la consommation (NC DCC). L’édition en vigueur est VDE-AR-N 4110:2023-09, applicable depuis le 1er septembre 2023.

VDE-AR-N 4110 en bref

Sources : page et FAQ de VDE FNN sur la TAR Mittelspannung, fiche produit de VDE Verlag et liste des règles d’application de VDE FNN. Le texte complet est vendu par VDE Verlag.

Quelle édition de VDE-AR-N 4110 est en vigueur ?

VDE FNN indique VDE-AR-N 4110:2023-09 comme valable. Son seul changement technique par rapport à l’édition 2018-11 est la nouvelle procédure de vérification individuelle pour les installations de 135 kW à 950 kW. Les exigences applicables aux unités de production et aux composants n’ont pas changé, c’est pourquoi les certificats d’unité et de composant délivrés selon l’édition 2018 restent valables.

Une révision complète est en cours. VDE FNN a publié le projet E VDE-AR-N 4110:2024-11 le 25 octobre 2024 et a recueilli les commentaires jusqu’au 25 décembre 2024. La FAQ de VDE-AR-N 4105:2026-03 renvoie déjà à des numéros d’annexe d’une future VDE-AR-N 4110:2026, car la règle moyenne tension est publiée après la règle basse tension. Tant que la nouvelle édition n’apparaît pas comme valable sur la liste de VDE FNN, concevez selon l’édition 2023-09, consignez l’édition citée dans l’offre de raccordement et demandez au gestionnaire de réseau comment il traitera un projet mis en service après la parution de la nouvelle édition.

VDE-AR-N 4105, 4110 ou 4120 : quelle règle s’applique ?

La tension au point de raccordement au réseau décide en premier. Les règles techniques de raccordement allemandes sont réparties par niveau de tension :

Deux dispositions brouillent la frontière pour les petites installations en moyenne tension. L’aide à l’application de VDE FNN du 10 mars 2023 permet à un projet en moyenne tension d’appliquer VDE-AR-N 4105, avec une protection de découplage centrale, lorsque ses unités raccordées par convertisseur (type 2) et son stockage restent chacun en dessous de 135 kW et l’ensemble en dessous de 270 kW. Au-delà, la voie 4110 s’applique, avec des certificats d’unité et d’installation selon la 4110. L’édition 2026 de VDE-AR-N 4105 étend sa propre procédure aux installations en moyenne tension dont la puissance totale des onduleurs est comprise entre 135 kW et 500 kW et dont la puissance d’injection convenue ne dépasse pas 270 kW, avec un jeu de paramètres moyenne tension.

La classe de puissance compte aussi. Selon les seuils allemands approuvés par la Bundesnetzagentur le 24 avril 2018, une installation de production est de type B à partir de 135 kW (environ 150 kVA), de type C à partir de 36 MW et de type D à partir de 45 MW ou à partir de 110 kV. VDE-AR-N 4110 transpose les exigences des types B et C.

Les unités existantes comptent. L’aide à l’application précise que les unités de production existantes au même point de raccordement entrent dans la somme : ajouter 100 kW de photovoltaïque sur un site qui possède déjà 200 kW de cogénération donne une installation de 300 kW pour cette décision.

Certificats d’unité, de composant et d’installation

La preuve des caractéristiques électriques comporte trois niveaux :

1. Certificat d’unité (Einheitenzertifikat) : un onduleur, un générateur ou une unité de stockage ayant subi un essai de type selon la FGW TR3 et évalué selon la FGW TR8.
2. Certificat de composant (Komponentenzertifikat) : un composant qui influe sur le comportement de l’installation, comme le régulateur de centrale (EZA-Regler) ou le dispositif de protection.
3. Certificat d’installation (Anlagenzertifikat) : l’installation complète à son point de raccordement, délivré par un organisme de certification accrédité à partir des certificats d’unité et de composant et des prescriptions du gestionnaire de réseau.

L’article 2 de l’ordonnance NELEV (Elektrotechnische-Eigenschaften-Nachweis-Verordnung) fait du certificat d’installation et d’une déclaration de conformité la preuve exigée pour les installations de type B et C. Il exempte deux groupes d’installations de type B :

• une installation dont l’injection maximale au point de raccordement est de 270 kW et dont la puissance installée cumulée ne dépasse pas 270 kW, lorsque chaque unité dispose d’un certificat d’unité valable et chaque composant d’un certificat de composant selon la règle basse tension ; et
• une installation de plus de 270 kW et jusqu’à 500 kW installés, raccordée en moyenne tension ou plus, dont l’injection est elle aussi limitée à 270 kW, lorsqu’un procès-verbal d’essai montre que la protection de découplage exigée est correctement installée et mise en service.

VDE FNN distingue trois certificats d’installation :

Un certificat sous conditions autorisait une mise en service provisoire, les preuves complètes étant dues dans les 18 mois suivant la mise en service de la première unité. Les projets qui en détiennent un doivent suivre cette échéance.

Exemple chiffré : quatre installations raccordées en moyenne tension

La limitation d’injection de la deuxième installation fait partie de la conception approuvée. Elle doit être certifiée et protégée contre toute modification, puisque l’exemption en dépend. Une limite qui n’existe que comme réglage dans un système de suivi ne compte pas.

Puissance réactive et maintien statique de la tension

Une installation raccordée en moyenne tension participe au réglage de la tension par la puissance réactive. Le gestionnaire de réseau choisit la méthode dans son questionnaire (formulaire E.9, Netzbetreiber-Abfragebogen) et fixe les valeurs du raccordement. Les méthodes sont :

• une caractéristique puissance réactive-tension, Q(U) ;
• la puissance réactive en fonction de la puissance active, Q(P), ou une caractéristique de facteur de déphasage, cos φ(P) ;
• un facteur de déphasage fixe, cos φ ; ou
• une puissance réactive fixe en kvar ou en Mvar.

La référence de tension est Uc, la tension de fourniture convenue. La FAQ de VDE FNN précise que Uc est normalement la tension nominale du réseau et qu’il s’agit d’une valeur fixe, non d’une plage. Dans la plage normale de 90 % à 110 % de Uc, l’installation ne doit pas réduire sa puissance active en fonction de la tension.

Le choix dépend du réseau. Les compléments 2024 de Stromnetz Berlin exigent par exemple que les installations d’une boucle 10 kV exploitée ouverte suivent une caractéristique Q(P) et que celles d’une boucle fermée ou d’une antenne fonctionnent à cos φ fixe égal à 1. Les valeurs applicables figurent dans les TAB Mittelspannung du gestionnaire concerné.

Exemple chiffré : puissance réactive d’une centrale photovoltaïque de 2 MW

Une centrale photovoltaïque a une puissance active convenue de 2 000 kW. Le gestionnaire de réseau demande qu’elle puisse fonctionner avec un facteur de déphasage de 0,95 à pleine puissance active. La puissance réactive vaut P × tan(arccos 0,95) :

Q = 2 000 kW × 0,3287 = 657 kvar

La puissance apparente au point de raccordement vaut P ÷ cos φ :

S = 2 000 kW ÷ 0,95 = 2 105 kVA

Les onduleurs et le transformateur doivent supporter 2 105 kVA et non 2 000 kVA, faute de quoi l’installation doit réduire sa puissance active pour laisser de la place à la puissance réactive. À 20 kV, 2 105 kVA correspondent à environ 60,8 A par phase. La magnétisation du transformateur et la capacité des câbles produisent ou absorbent elles aussi de la puissance réactive entre les onduleurs et le point de raccordement : le régulateur de centrale mesure et corrige donc au point de raccordement, pas aux onduleurs.

Puissance active : consignes du gestionnaire de réseau et réponse en fréquence

Réduction par le gestionnaire de réseau. Selon la FAQ de VDE FNN relative à la section 10.2.4.1, un signal de réduction du gestionnaire de réseau doit être appliqué directement, sans rampe retardée. La section 8.1 fixe les priorités : une réduction au titre de la gestion de la sécurité du réseau (Netzsicherheitsmanagement) passe avant le comportement en fonction de la fréquence, et une hausse de production en sous-fréquence passe avant la consigne d’un agrégateur en vente directe. L’article 9 de l’EEG impose en outre que le gestionnaire de réseau puisse, pour les installations renouvelables et de cogénération de 100 kW et plus, lire à tout moment l’injection réelle et la réduire à distance, jusqu’à ce que des systèmes de comptage intelligents prennent ce rôle.

Surfréquence. La réduction de puissance active en fonction de la fréquence commence au-dessus d’une fréquence seuil. Le RfG autorise un seuil de 50,2 à 50,5 Hz ; les TAB du gestionnaire de réseau fixent la valeur. La pente de la réduction est fixée par la règle et par la prescription du gestionnaire de réseau.

Sites mixtes. Pour un site combinant production, consommation et stockage, VDE FNN indique que la lecture du seul compteur de production ne suffit pas à prouver qu’une réduction de sécurité du réseau a été respectée. La preuve doit provenir du point de raccordement.

Protection et tenue aux creux de tension

La protection d’un raccordement en moyenne tension comporte plusieurs niveaux, chacun avec un responsable différent :

• la protection du gestionnaire de réseau et la protection contre les courts-circuits du client au poste de livraison ;
• la protection de découplage centrale (übergeordneter Entkupplungsschutz) au point de raccordement, qui sépare l’installation du réseau sur critère de tension et, si le gestionnaire de réseau le demande, de fréquence ; et
• la protection de découplage de chaque unité de production.

La FAQ de VDE FNN apporte quelques précisions pratiques. La perte de l’alimentation moyenne tension est détectée par un contact auxiliaire du disjoncteur moyenne tension, et non par le seuil de sous-tension. La protection de fréquence au point de raccordement est facultative et ne s’applique que si le gestionnaire de réseau l’exige. Les valeurs de réglage proviennent de la règle et du questionnaire du gestionnaire de réseau, et le dispositif de protection dispose de son propre certificat.

Les installations doivent aussi tenir les défauts réseau et soutenir la tension pendant ceux-ci. VDE-AR-N 4110 distingue les unités de type 1, générateurs synchrones couplés directement au réseau, des unités de type 2, qui comprennent les systèmes photovoltaïques, éoliens et de batteries raccordés par convertisseur. Les unités de type 2 injectent un courant réactif supplémentaire pendant un défaut. La tenue aux creux de tension se prouve par le certificat d’unité et le certificat d’installation, pas par des mesures sur site.

Parcs de recharge et autres installations de consommation

VDE-AR-N 4110 n’est pas seulement une règle pour la production. Un parc de recharge, un entrepôt frigorifique ou une usine raccordés en moyenne tension sont des installations clientes soumises à la même règle. La FAQ de VDE FNN relative à la section 8.11 indique que les équipements de recharge doivent être pilotables en puissance active selon les prescriptions du gestionnaire de réseau et qu’un cos φ constant de 1 au point de raccordement s’applique lorsque le gestionnaire ne fixe pas d’autre méthode.

Les consommateurs pilotables raccordés au réseau basse tension, comme les pompes à chaleur et les points de recharge non accessibles au public, relèvent en revanche du § 14a EnWG, qui permet au gestionnaire du réseau de distribution de limiter leur soutirage en échange de tarifs d’acheminement réduits. Vérifiez le niveau de tension du raccordement avant de choisir la règle.

Mise en service : déclarations et formulaires

L’annexe E de VDE-AR-N 4110 contient les formulaires, que VDE FNN publie sous forme de fichiers à remplir et que les gestionnaires de réseau publient sur leurs propres sites. On y trouve notamment E.9 (le questionnaire du gestionnaire de réseau), E.11 (la déclaration de mise en service des installations de production et de stockage) et E.12 (la déclaration de conformité des installations de production et de stockage).

La FAQ de VDE FNN donne les délais :

Conservez ensemble le schéma unifilaire approuvé, les numéros de certificat, les réglages et procès-verbaux d’essai de la protection, le jeu de paramètres du régulateur de centrale et la réception du gestionnaire de réseau. Une modification ultérieure, comme l’ajout d’une batterie ou le remplacement d’onduleurs, peut constituer une modification importante exigeant de nouvelles preuves. La FAQ de VDE FNN précise par exemple qu’une modernisation par étapes dépassant 50 % de P_AV,E fait des étapes suivantes une modification importante.

Que mesurer à un raccordement moyenne tension

Le suivi côté propriétaire répond à des questions d’exploitation que les couches certifiées ne remontent pas au propriétaire :

Enregistrez les puissances active et réactive par phase, la tension, la fréquence, la convention de signe et un indicateur de qualité des données, horodatés par une seule horloge. Journalisez chaque signal de réduction et chaque consigne reçus par le régulateur de centrale à côté de la réponse mesurée, afin de pouvoir reconstituer un événement contesté. Utilisez les calculateurs de puissance triphasée et de courant de transformateur pour vérifier les courants attendus avant de choisir les transformateurs de courant.

Le même schéma vaut dans d’autres pays avec d’autres règles : G99 en Grande-Bretagne et CEI 0-16 en Italie. Le guide sur l’intégration des renouvelables et la stabilité du réseau explique pourquoi le réseau demande un soutien en tension et en fréquence.

Le rôle d’EpiSensor

EpiSensor peut fournir la mesure côté propriétaire autour d’une installation moyenne tension : des moniteurs électriques du côté basse tension des transformateurs et sur les départs de production, de stockage et de charge, et un Gateway exécutant Edge qui conserve sur site un enregistrement horodaté et transmet les données approuvées à la plateforme du propriétaire. Edge peut lire le régulateur de centrale et les onduleurs en Modbus pour comparer les valeurs qu’ils déclarent avec des mesures indépendantes.

Cette couche ne certifie ni une unité ni une installation, ne joue pas le rôle de protection de découplage, ne remplace pas le régulateur de centrale, ne fournit pas la liaison de téléconduite du gestionnaire de réseau et ne remplace pas le compteur de facturation. Fixez d’abord la règle de raccordement, les certificats et les prescriptions du gestionnaire de réseau, puis utilisez System Builder pour planifier la mesure d’exploitation autour d’eux.