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 Q2
<< 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.
