Sur le schéma unifilaire d'un départ HTA, personne ne dessine de flèche. Elle n'apprendrait rien à personne : l'énergie part du poste source et descend vers les postes, comme l'eau descend la pente. Tout le plan de protection a été bâti sur cette évidence, sans qu'on ait jamais eu besoin de l'écrire.

Reprenons le départ de l'article 07 : dix-huit kilomètres d'aérien en almélec 54,6 mm², 120 A à la pointe du soir. Une centrale photovoltaïque de 1,5 MW s'est raccordée à son extrémité. À midi, en avril, la charge du départ tombe à 15 A, et la flèche se retourne sur toute la longueur : le départ renvoie un mégawatt vers le poste source.

L'article 07 a traité ce que cela fait à la tension. Reste une autre question : que devient un plan de protection conçu pour une seule flèche ? La réponse n'est pas celle des cours, et le moment dangereux n'est pas celui qu'on croit.

Trois hypothèses que personne n'écrit

Un plan de protection radial repose sur trois hypothèses. Aucune n'est écrite, parce qu'aucune n'a jamais eu besoin de l'être.

1. Une seule source. Tout courant de défaut vient de l'amont. Le disjoncteur de tête voit tous les défauts de son départ, et seulement eux.
2. Ouvrir, c'est éteindre. Le disjoncteur de tête ouvert, tout l'aval est hors tension.
3. Le courant de tête, c'est la charge. Ce que lit l'ampèremètre du poste source, c'est ce que consomment les clients du départ.

Le réenclencheur repose tout entier sur la deuxième. Sur un défaut, il ouvre, laisse à l'air quelques dixièmes de seconde pour se désioniser, et referme en pariant que le défaut était fugitif — le pari décrit dans le premier article de cette série. Son temps mort n'a de sens que si, pendant ce temps, plus rien n'alimente l'arc.

Le photovoltaïque touche aux trois hypothèses. Pas avec la même force, et pas dans l'ordre où on l'enseigne.

Détail que la flèche unique masquait déjà : à midi, le départ exporte de l'actif et importe du réactif. La centrale produit à facteur de puissance unitaire, et le poste source fournit toujours les 232 kvar que les charges appellent. Le schéma ne dessinait aucune flèche ; il en aurait fallu deux.

Le courant de défaut : l'inquiétude la plus enseignée, la moins fondée

Les cours citent deux risques. L'aveuglement : une production raccordée entre le poste source et le défaut fournit une part du courant de défaut, et la protection de tête en voit moins. Le déclenchement par sympathie : sur un défaut du départ voisin, la centrale l'alimente à travers le disjoncteur du départ sain, qui s'ouvre à tort. Les deux supposent un courant de défaut significatif.

Or un onduleur n'est pas un alternateur. Une machine synchrone débite six à douze fois son courant nominal pendant la première période d'un court-circuit, du fait de sa réactance subtransitoire de 10 à 15 % (Electrical Installation Guide, Schneider Electric). Un onduleur limite activement son courant pour protéger ses semi-conducteurs : 1,1 à 1,5 fois son courant assigné (Tuladhar et Banerjee, CIGRE US National Committee, 2019).

La centrale pèse 8 % des 770 A d'un biphasé en bout de départ. Elle ne peut retirer au disjoncteur de tête plus que son propre courant — raccordée à mi-parcours, une trentaine d'ampères sur près de neuf cents — et, en bout comme ici, rien du tout sur un défaut franc : elle l'alimente par l'autre côté. Quant à la sympathie, le seuil de la protection de phase est réglé au-dessus du courant de charge maximal, 120 A aujourd'hui, 150 A dans dix ans. Soixante-cinq ampères n'y arrivent pas.

Le temps : ce que le réenclencheur suppose

Enedis l'écrit sans détour dans sa note sur les protections des installations de production raccordées en HTA (NOI-RES_13E, version 5, 2013) : « Suite au déclenchement du disjoncteur de départ du poste source, la centrale alimente son départ de raccordement et le défaut d'isolement est maintenu alimenté par la centrale seule. » Trois conséquences, et aucune ne passe par l'intensité.

L'arc que le temps mort devait éteindre reste alimenté

Le pari du réenclencheur supposait un défaut privé de source pendant quelques dixièmes de seconde. Centrale encore couplée, le défaut reste alimenté : la refermeture risque de retrouver l'arc là où elle l'avait laissé, et le départ peut finir en déclenchement définitif pour un défaut qui aurait disparu seul.

L'îlot n'a plus de neutre

Le point neutre d'un réseau HTA est mis à la terre, quand il l'est, au poste source. Disjoncteur ouvert, le départ et sa centrale forment un îlot qui a perdu cette référence — du moins si l'enroulement HTA du transformateur de la centrale est en triangle, ce qui se lit sur sa plaque. Or la majorité des défauts sur les lignes aériennes sont des défauts à la terre, et l'îlot en hérite : les deux phases saines montent à la tension composée, 1,73 fois leur tension normale (Behrendt, SEL, 2003). La protection de terre du départ est restée au poste source, derrière un disjoncteur ouvert. C'est côté producteur qu'il faut voir ce défaut, par la tension résiduelle — seuil de 10 % dans la note d'Enedis —, mesurée par des transformateurs de tension au secondaire en triangle ouvert. L'enroulement de l'article 08, cette fois dans son rôle de détecteur.

La refermeture peut coupler deux sources

Si l'îlot survit au temps mort, le disjoncteur referme entre le réseau et une poche dont la phase a dérivé. Entre deux tensions égales décalées d'un angle θ, il voit 2·sin(θ/2) : une fois la tension nominale à 60°, deux fois à 180° (Williston et Finney, SEL, 2012). Pour une machine tournante, le couple transitoire peut alors dépasser deux à trois fois celui d'un court-circuit triphasé. D'où la règle d'Enedis : lorsque la détection de l'îlot est plus lente que le réenclenchement, un relais de présence de tension en ligne est nécessaire. On ne referme pas sur une ligne qui n'est pas morte.

Les deux horloges ne comptent pas dans la même unité. Le temps mort d'un réenclenchement rapide se mesure en dixièmes de seconde — de l'ordre d'une demi-seconde, selon Williston et Finney. La norme américaine IEEE 1547 accorde deux secondes pour détecter un îlot et cesser d'alimenter le réseau : quatre fois plus. Ce n'est pas une faute de la norme, qui fixe un maximum et laisse au distributeur le soin de coordonner. Mais une coordination écrite nulle part n'est faite par personne.

L'îlot que la tension ne voit pas

Disjoncteur de tête ouvert, l'onduleur doit comprendre seul qu'il n'est plus relié au réseau. La méthode la plus simple surveille la tension et la fréquence. Dans l'îlot, la centrale injecte sa puissance dans les charges du départ ; si on les représente par une impédance constante, la loi P = V²/R suffit :

À midi en avril, la centrale produit 3,13 fois ce que consomme le départ : la tension de l'îlot partirait vers 1,77 fois la nominale, et la protection de surtension découple l'onduleur bien avant. Le soir, sans production, l'îlot s'effondre. Les extrêmes sont les cas faciles.

Le cas difficile est l'équilibre. Production égale à la consommation, la tension de l'îlot ne bouge pas — et la racine carrée aggrave les choses. Avec des seuils à 0,88 et 1,10 fois la tension nominale, valeurs par défaut d'IEEE 1547-2018, la tension reste muette tant que la production est comprise entre 77 % et 121 % de la charge : une bande d'environ ±20 % où rien ne se voit.

Ce moment n'a rien d'exceptionnel. Si la production de midi dépasse la charge, comme ici, la continuité impose qu'elle la croise au moins deux fois par jour de soleil : en montant le matin, en descendant l'après-midi. Chaque jour, le départ traverse la bande où son îlot serait invisible à la tension.

La fréquence offre une seconde chance, mais elle dépend de l'équilibre réactif, que les condensateurs des clients et la capacité du réseau peuvent réaliser. C'est pourquoi la norme d'essai des onduleurs, l'IEC 62116, éprouve leur détection d'îlotage sur une charge RLC résonante à la fréquence nominale et accordée sur la puissance de l'onduleur — le cas où tout s'équilibre. D'où les méthodes dites actives, qui perturbent volontairement l'îlot pour le forcer à se trahir.

Un corollaire, enfin. Élargir les seuils pour que la centrale tienne les creux de tension, c'est élargir la bande d'aveuglement : avec 80 % et 115 %, ceux de la protection complémentaire H.4 d'Enedis, elle s'étend de 64 % à 132 % de la charge. Chaque point de tolérance gagné pour tenir un creux est un point gagné par l'îlot pour passer inaperçu. C'est pourquoi, sur ces centrales, ce n'est pas à la tension qu'on confie la détection de l'îlot.

Quand la mesure ne suffit plus, on transmet l'information

Une protection de découplage locale ne dispose que de ce qu'elle mesure. Or un creux de tension au point de raccordement peut signifier deux choses : le disjoncteur de mon départ vient de s'ouvrir, ou un défaut sur le départ voisin fait chuter tout le jeu de barres. Vus de la centrale, les deux se ressemblent, et il faut choisir son défaut. Instantanée, la protection découple à chaque creux : Enedis prévient que son type le plus simple, H.1, « n'est pas sélective », et le réserve aux centrales marginales. Temporisée, elle évite les découplages inutiles, mais arrive après la refermeture — 80 % en 1,2 s pour la protection complémentaire H.4.

La réponse d'Enedis pour les centrales de 5 MW et plus, tenues de supporter les régimes perturbés, est le télédécouplage : toute ouverture d'un disjoncteur alimentant le départ du producteur ouvre l'appareil de découplage, en un temps total inférieur à 0,15 seconde, dont moins de 50 ms de transmission.

L'ampèremètre de tête ment par omission

Reste la troisième hypothèse. À midi en avril, l'ampèremètre du départ affiche 29,5 A pour une charge réelle de 15 A : presque le double, et dans le mauvais sens, ce qu'un ampèremètre non directionnel ne dit pas. À l'heure d'équilibre, il affiche 6,5 A — le seul courant réactif — pendant que 13,5 A de production servent 15 A de charge.

Le courant de tête est une différence, pas une charge, et la différence s'évanouit au premier incident. Après un défaut permanent, les tronçons sains sont repris par un départ voisin à travers le point d'ouverture de l'article 03, centrale découplée. Elle ne revient pas avec la tension : les réglages par défaut recommandés par ENTSO-E (2018) prévoient au moins 60 secondes d'observation, puis une remontée limitée à 20 % de la puissance maximale par minute. Pendant six minutes au moins, le départ qui reprend porte la charge brute, pas la charge nette que l'historique affichait. Ici, l'écart ne dépasse pas le courant de la centrale, 43 A ; sur un poste source où plusieurs départs portent la leur, les écarts s'additionnent.

La question n'a plus rien de théorique. La loi 82-21 relative à l'autoproduction, promulguée en février 2023, ouvre les réseaux de moyenne et de basse tension aux installations jusqu'à 5 MW et plafonne l'excédent vendu à 20 % de la production annuelle. Ce plafond est une énergie annuelle : à lui seul, il ne dit rien de la puissance renvoyée un samedi d'avril, usine à l'arrêt. La protection, elle, ne voit que l'instant.

Ce que cela change pour l'exploitant

• Un départ ouvert en tête n'est plus un départ hors tension. La NF C 18-510 impose la mise à la terre et en court-circuit de part et d'autre de la zone de travail, au plus près, précisément contre les réalimentations par l'amont, par l'aval ou par des sources autonomes. La centrale en bout de départ en est une : vérification d'absence de tension des deux côtés.
• Connaître ses centrales comme ses postes : puissance, point de raccordement, type de protection de découplage, télédécouplage ou non, couplage de l'enroulement HTA. C'est le sujet du onzième article : la base de données réseau.
• Comparer, départ par départ, deux durées : le temps de détection de l'îlot et le temps mort du réenclencheur — ou s'assurer que la refermeture est bloquée en présence de tension en ligne.
• Lire le courant de tête comme une différence. Avant une reprise, estimer la charge brute, pas la valeur affichée à la dernière relève.

Le cas en chiffres

La flèche n'a jamais été dessinée parce qu'elle n'avait pas besoin de l'être. Le photovoltaïque ne l'a pas effacée : il l'a rendue variable, dans la journée et le long du départ. Un plan de protection qui la supposait fixe n'est pas faux ; il est incomplet. Et il ne l'est pas là où on le surveille, dans le courant, mais là où l'on ne dessine rien : dans le temps, et dans l'information.

Le réseau que l'on dessine et le réseau que l'on exploite

Neuvième article de la série « Le réseau que l'on dessine et le réseau que l'on exploite », quatorze textes en alternance : les pairs développent une vérité de L'Électricité Réelle, les impairs traitent un sujet d'exploitation qui n'y figure pas.

La série entière, le sommaire et les compléments : L'Électricité Réelle — 26 vérités du réseau BT, HTA, HTB.