Le réglage de la tension

La tension par nature fluctue. Elle est d’abord affectée par des variations lentes et générales liées aux cycles d’évolution saisonnière, hebdomadaire et quotidienne de la consommation (sans action préventive de la part des gestionnaires, la tension serait plutôt basse aux heures de pointe et haute aux heures creuses) ; elle subit aussi des variations rapides liées à de multiples aléas : fluctuations aléatoires des charges, changements de topologie du réseau, déclenchements d'ouvrages de transport ou de groupes de production.

Il est donc nécessaire, pour que la tension soit maintenue en tout point du réseau dans la plage souhaitée, de disposer de moyens de réglage adaptés et parfaitement coordonnés entre eux.

Le réglage de la tension vise à :

1 Satisfaire les clients, les distributeurs et les producteurs

La tension constitue, avec la fréquence, un des principaux paramètres de la sûreté du Système. Ce paramètre est commun aux différents utilisateurs : clients, distributeurs, producteurs, raccordés sur un même nœud électrique.

Pour les clients et les distributeurs, chaque contrat de fourniture définit la tension d’alimentation déclarée et la plage de variation acceptée autour de cette valeur. Ces deux termes, qui conditionnent le dimensionnement des appareils récepteurs des clients, doivent être, à tout moment, respectés.

Pour le producteur, la tension doit également être maintenue dans une plage convenue qui soit supportable par les installations de production, faute de quoi les groupes peuvent être contraints à se déconnecter, ce qui affaiblit la sûreté du système électrique.

2 Satisfaire les besoins du Système

Régler la tension est également nécessaire pour garantir le bon fonctionnement global du Système, tant sous l’aspect économique que sous l’angle de la sûreté. Un bon réglage permet en même temps de diminuer les pertes réseau, d’utiliser au mieux les capacités de transport disponibles et d’éviter le risque d’effondrement en tension.

3 Respecter les contraintes de fonctionnement des matériels

Enfin, la tension doit être maintenue, en tout point du réseau, dans une bande étroite compatible avec le dimensionnement des matériels:

- des tensions trop hautes entraînent le vieillissement ou la destruction des matériels raccordés ;

- des tensions trop basses provoquent des surcharges dans les lignes, perturbent le bon fonctionnement de certaines protections et des régleurs en charge des

transformateurs, affectent la tenue des auxiliaires des installations de production et, d’une manière plus générale, des processus des utilisateurs du réseau.

4  Dualité réglage de la tension–compensation de l’énergie réactive

Par convention, si une charge est inductive, elle absorbe de la puissance réactive ; si elle est capacitive, elle fournit de la puissance réactive. Le réseau lui-même peut fournir de la puissance réactive lorsqu’il est faiblement chargé (du fait des capacités des lignes et des câbles) ou absorber de la puissance réactive lorsqu’il est fortement chargé (du fait des inductances des lignes et des transformateurs). Les alternateurs peuvent fournir ou absorber de la puissance réactive.

De même que pour la puissance active, le bilan global de la puissance réactive produite et consommée dans l’ensemble du système électrique doit être équilibré. Toutefois l’équilibre local n’est pas naturel ; il en résulte des transits de puissance réactive. Or, ces transits provoquent des chutes de tension et des pertes. Il faut donc éviter ces transits, c’est-à-dire s’arranger pour réaliser, autant que faire se peut, un équilibre local entre les puissances réactives produites et consommées, en d’autres termes, on est amené à compenser la puissance réactive.

Il est donc clair que le problème du réglage de la tension, et celui de la compensation de la puissance réactive sont étroitement liés.

Examinons de plus près cette dualité existant entre le réglage de la tension sur le réseau et la compensation de l’énergie réactive, et qui résulte essentiellement d’un compromis technico-économique.

La tension en un sommet quelconque d’un réseau se déduit de la tension en un point où elle est fixée par un alternateur au moyen de l’expression (approximative) de la chute relative de tension :

          

On peut écrire de façon approchée, que la chute de tension dans la ligne (DV=V1- V2), induite par les flux de puissance active et réactive (P et Q) appelés par la charge, est égale à :

                             DV = (R P + X Q) / V2

  

Pour une ligne THT, X ≈ 10 R :

                                      DV ≈ X Q / V2

 

C'est la circulation de réactif qui crée généralement les chutes de tension prépondérantes. Tension et puissance réactive sont donc des grandeurs très liées.

Ainsi, la puissance réactive voyage mal (elle crée des chutes de tension). Cela a pour conséquence qu’au-delà d'une certaine distance, la puissance réactive fournie par les alternateurs ou les condensateurs ne peut pas parvenir jusqu'à l'endroit où on en a besoin.

Dans la pratique, on cherche à exploiter un réseau triphasé de transport :

o    en maintenant les chutes de tension en tout point de ce réseau entre certaines limites techniques ;

en minimisant les pertes actives dues aux transits des puissances active et réactive ; ces pertes peuvent s’exprimer sous la forme

où P est fixée à un instant donné.

Les expressions précédentes  montrent qu’il est souhaitable d’avoir un plan de tension U (c’est-à-dire une tension en chaque point du réseau) aussi uniforme que possible et de réduire les transits de puissance réactive Q.

·                     Pour relever le plan de tension, il faut augmenter l’excitation des alternateurs. Pour réduire les transits de puissance réactive, il faut compenser localement la consommation réactive des charges et les pertes réactives des réseaux. Si la compensation était parfaite (Q = 0), on aurait une chute de tension relative de l’ordre de RP / U² et des pertes de l’ordre de RP² / U².

 Les pertes croissant peu lorsque Q < P (soit Q^{2  <<} P² ), il peut être souhaitable, pour améliorer la sûreté de l’exploitation, de surcompenser le réseau, c’est-à-dire de fournir une puissance réactive plus élevée que celle qui est consommée, de façon, par exemple, à annuler la chute de tension (Q = - RP / X). Dans ce cas, on peut montrer que les pertes augmentent, c’est-à-dire que le gain sur les pertes dû à l’augmentation de la tension est inférieur à leur accroissement dû à l’augmentation de Q.

 Le minimum théorique pour les pertes est donc la compensation totale.

·         Par ailleurs, d’un point de vue économique, la compensation cesse d’être intéressante lorsque le coût des moyens de compensation, compte tenu de leur taux d’utilisation, devient supérieur au gain réalisé sur les pertes.