Gestion de la tension

Le plan de tension

Comme le montre la figure suivante, le niveau de tension sous lequel un usager du réseau BT est alimenté est le résultat d’une succession de variations de tension dans les différents éléments du réseau de distribution. Plus précisément :

• le maintien d’un niveau de tension connu en tête de départ HTA est assuré par le régleur en charge. La Documentation Technique de Référence (DTR) d’Enedis indique que la tension de consigne est choisie dans l’intervalle \(U_n\) à \(U_n + 4\%\). Le rapport de transformation sera automatiquement ajustée en fonction de la tension réelle du réseau HTB afin de maintenir approximativement le niveau de tension sur le jeu de barres HTA à la valeur de consigne. Le régleur en charge est décrit plus en détail dans la section suivante.

• Pour différentes raisons (fonctionnement discret du régleur, imprécision de la mesure de tension à laquelle il est asservi, temporisation[1] et hystérésis utilisées dans la régulation…), le régleur en charge n’assure cependant pas parfaitement son rôle de maintien de la tension à une valeur fixe en tête de départ HTA : une différence de tension existe donc entre la valeur de consigne et la valeur effective de la tension en tête de départ HTA.

• La tension varie ensuite le long des conducteurs sur le réseau HTA,

• puis, elle peut être rehaussée par l’intermédiaire de la prise à vide du transformateur HTA/BT, noté PT pour Prise du Transformateur (le choix de la prise à vide est décrit plus en détail dans la section suivante),

• puis, elle subit une « chute de tension interne » dans le transformateur HTA/BT,

• puis, elle varie le long des conducteurs sur le réseau BT,

• et elle subit enfin une dernière variation dans le branchement qui relie l’usager au réseau public.

Représentation de la chute de tension au long du réseau HTA puis BT

Estimer la valeur des points bas de tension sur les départs BT nécessite donc de connaître ou d’estimer la valeur de chacune des variations de tension, et d’en faire la somme. Trois situations se présentent :

• Certaines valeurs sont choisies par le Gestionnaire de Réseau et constituent des choix d’exploitation. C’est le cas de la tension de consigne au régleur HTB/HTA et des prises à vide au niveau des transformateurs HTA/BT.

• Certaines valeurs sont subies, mais on considère que leur valeur est prévisible et peut être modélisée et calculée : c’est le cas des variations de tension le long des conducteurs HTA et BT, et de la chute de tension interne dans les transformateurs.

• Enfin, certains phénomènes sont subis et non modélisés : c’est le cas de l’imprécision du régleur en charge HTB/HTA et de la chute de tension dans le branchement de l’usager BT. Ces deux phénomènes non modélisés sont pris en compte dans les calculs par le biais de marges forfaitaires : la DTR d’Enedis prescrit l’utilisation d’une marge de 1% pour la prise en compte de l’incertitude du régleur HTB/HTA, et de 1.5% pour la chute de tension dans le branchement.

Éléments de réglage de la tension

Régleur en charge aux postes-sources HTB/HTA

Les transformateurs HTB/HTA équipant les postes-sources sont équipés de régleurs en charge. Un régleur en charge ajuste le rapport de transformation du transformateur (c’est-à-dire le nombre de spires aux circuits primaire et secondaire) de manière que la tension mesurée en aval du transformateur soit la plus proche possible de la tension de consigne.

La valeur de la tension de consigne du régleur en sortie du transformateur HTB/HTA, et donc en tête des départs HTA, est dans la plage \(\left[U_n, U_n+4\% \right]\).

Les études menées sur les réseaux de distribution HTA et BT prennent en compte une incertitude de \(\pm\)1% due à la chaîne de mesure et au fonctionnement discret du régleur. La valeur de l’incertitude dépend du type d’étude :

• étude pour le raccordement de nouveaux clients consommateurs : les contraintes de tension dues à la consommation sont les chutes de tension le long des réseaux HTA et BT, l’incertitude appliquée à la tension en tête de départ HTA est donc égale à -1% ;

• étude pour le raccordement de nouveaux clients producteurs : les contraintes de tension dues à la production sont les hausses de tension le long des réseaux HTA et BT, l’incertitude appliquée à la tension en tête de départ HTA est donc égale à +1%.

La figure ci-dessous permet de bien comprendre l’impact de la consigne du régleur en charge sur les niveaux de tension admissible sur le réseau HTA. Pour une consigne de tension de 103% de \(U_n\), la tension en tête de départ utilisée pour l’étude de raccordement de clients producteurs est de 104% (on rajoute 1% d’incertitude). La limite maximale absolue étant égale à 105% de \(U_n\), l’élévation de tension tolérée est de seulement 1%. Pour une consigne de tension de 102% de \(U_n\), l’élévation de tension tolérée sera de 2%. Pour l’étude du raccordement de clients consommateurs, la tension en tête de départ est égale à 102% et 101% pour les cas étudiés ici (103-1% et 102-1%). La chute de tension maximale admissible sera toujours égale à 5% car la limite basse absolue de 95% ne sera jamais atteinte.

Exemples de l’impact du régleur en charge sur les niveaux de tension admissibles en HTA

Avertissement

Il peut sembler que la consigne de tension du régleur en charge HTB/HTA n’a pas d’impact sur les limites basses de tension. Cela est vrai en HTA seulement car, comme nous le verrons plus tard, réduire la consigne du régleur en charge a bien un impact sur la marge en tension restant pour l’accueil de nouveaux clients consommateurs.

(Source : DTR ENEDIS Enedis-PRO-RES_05E)

Régleur hors charge aux transformateurs HTA/BT

À l’interface entre les réseaux de distributions HTA et BT, les postes de transformation HTA/BT comportent des transformateurs HTA/BT qui sont équipés de régleurs hors charge. Par opposition aux régleurs en charge des transformateurs HTB/HTA, les régleurs hors charge ne peuvent être manipulés que hors tension, c’est pourquoi leur prise est choisie au moment de l’installation du poste HTA/BT et n’est que rarement modifiée.

Les prises des régleurs hors charges sont appelées prises à vide. Elles sont exprimées en % et indiquent un ratio de transformation, en écart relatif par rapport au ratio nominal. Par exemple, le ratio nominal des transformateurs HTA/BT permettant de convertir l’énergie électrique d’un réseau HTA sous 20 kV à un réseau BT sous 400 V est de \(400/20000=0,02\). Une prise à vide d’une valeur de X% (X pouvant être positif, nul ou négatif) modifiera le ratio de transformation pour la valeur \(0,02\times\left(1+X\%\right)\).

Précision

Pour un régleur en charge, on modifie la consigne de tension: c’est ensuite le régleur qui se “chargera” de choisir la prise adaptée afin d’assurer en sortie du transformateur la consigne de tension demandée. Pour les régleurs hors charge, on choisit directement leur prise à vide.

Il existe deux types de régleur hors charge :

1. Historiquement, les premiers transformateurs HTA/BT n’avaient que 3 prises à vide : une prise centrale dite “neutre” à 0%, une prise “haute” qui rehausse la tension de 2,5% par rapport au ratio nominal et une prise “basse” qui abaisse la tension de 2,5% par rapport au ratio nominal.

2. À partir de la fin des années 1980, deux prises ont été ajoutées aux transformateurs : une deuxième prise “haute” qui rehausse la tension de 5% par rapport au ratio nominal et une deuxième prise “basse” qui abaisse la tension de 5% par rapport au ratio nominal. Cette évolution se justifie par les réseaux BT faisant face à des situations de forte consommation et pour lesquels il est nécessaire de rehausser la tension à un niveau plus important.

Selon la DTR d’Enedis, les prises à -2,5% et 5% ne sont jamais utilisées, c’est pourquoi pour les régleurs hors charge ayant 5 prises la position “neutre” est plutôt considérée à +2,5%. La tension obtenue avec la prise neutre pour ces régleurs est de 410 V : c’est ce niveau de tension qui est utilisé pour désigner les transformateurs avec un régleur à 5 prises, tandis que les transformateurs avec un régleur à 3 prises sont désignés par la tension 400 V. Le tableau ci-dessous résume les prises à vide disponibles selon le type de transformateur.

Prises accessibles selon le type de transformateur

Prise à vide	DTR	Transformateurs 400 V	Transformateurs 410 V
+5% (420 V)	Autorisé	Non disponible	Disponible
+2,5% (410 V)	Autorisé	Disponible	Disponible (prise neutre)
+0% (400 V)	Autorisé	Disponible (prise neutre)	Disponible
-2,5% (390 V)	Non autorisé	Disponible	Disponible
-5% (380 V)	Non autorisé	Non disponible	Disponible

Le choix de la prise à vide se fait en fonction du type de client et de la variation de tension totale calculée sur le réseau BT en amont du transformateur :

• clients producteurs et consommateurs : la prise choisie est +2,5%

• clients consommateurs seulement :

  • chute de tension totale supérieure à 10% : la prise choisie est +5%

  • chute de tension totale inférieure à 10% : la prise choisie est +2,5%

• clients producteurs seulement :

  • élévation de tension totale supérieure à 10% : la prise choisie est +0%

  • élévation de tension totale inférieure à 10% : la prise choisie est +2,5%

(Source : DTR ENEDIS Enedis-PRO-RES_43E)

Limites de tension

Réseau HTA

Les engagements contractuels vis-à-vis des utilisateurs du réseau HTA concernent la valeur de la tension HTA au Point de Livraison. À partir de 1995, les contrats ont fixé l’engagement du distributeur à délivrer une tension HTA ne variant pas de plus de 5% autour d’une valeur dûment spécifiée \(U_c\) (tension contractuelle), cette valeur spécifiée étant elle-même fixée dans une plage de \(\pm\) 5% autour de \(U_n\) (tension nominale valant 20,0 kV ou 15,0 kV suivant les cas).

Les seuils retenus par ENEDIS sont :

• En alimentation normale, la tension HTA en tout point du départ doit rester à l’intérieur de la plage \(\left[ U_n+5\%, U_n-5\%\right]\).

• En alimentation secours, la plage est élargie à \(\left[U_n+5\%, U_n-8\%\right]\).

En plus de ces limites de tension absolues (fixées par rapport à la tension nominale \(U_n\)), ENEDIS impose également une limite aux variations de tension autour de la consigne de tension en tete de départ HTA :

• La chute de tension ne peut dépasser -5% en régime normal et 8% en régime de secours.

• La hausse de tension ne peut dépasser, que soit le régime d’exploitation :

  • +2% d’élévation pour un départ mixte (alimentant des consommateurs et des producteurs),

  • +7% d’élévation pour un départ dédié à la production.

Avertissement

Dans Grid Capacity, seul le régime normal d’exploitation est modélisé. En cas d’incident sur le réseau (défaut sur une ligne ou perte d’un transformateur HTB/HTA au poste-source par exemple), les organes de manœuvre sont activés de manière télécommandée et/ou manuelle afin de reconfigurer le réseau HTA pour isoler ses portions en défaut. Il existe autant de configurations que de “situations N-1” (-1 élément permettant d’assurer le fonctionnement normal du réseau): seul la structure correspondant au régime normal d’exploitation est fournie. Par conséquent, l’intervalle de tension valide en HTA est \(\left[U_n+5\%, U_n-5\%\right]\).

(Source : DTR ENEDIS Enedis-PRO-RES_05E et Enedis-PRO-RES_43E)

Réseau BT

La tension règlementaire a été fixée à 230/400 V en France par arrêté du 29 mai 1986, valeur adoptée au niveau européen en 1996 (norme EN 50160). Un consommateur BT est considéré correctement desservi selon le décret 2007-1826 relatif au niveau de qualité sur les Réseaux Publics de Distribution et son arrêté d’application dès lors que la tension au Point de Livraison varie dans un intervalle entre -10% et +10% par rapport à la tension nominale.

ENEDIS considère en plus la variation de tension dans le branchement BT, c’est-à-dire entre le Point de Livraison et l’installation du client : pour éviter que la tension chez ce dernier ne sorte de l’intervalle \(\left[U_n-10\%, U_n+10\%\right]\), une marge de 1,5% de variation de tension dans le branchement BT est prise en compte. Cela signifie que l’intervalle toléré par ENEDIS au Point de Livraison est \(\left[U_n-8,5\%, U_n+8,5\%\right]\).

(Source : DTR ENEDIS Enedis-PRO-RES_43E)

Synthèse

Le tableau ci-dessous synthétise les niveaux de tension à respecter pour les réseaux HTA et BT selon le type de départ étudié.

Niveaux de tension à respecter en HTA

Type de départ	\(U_n\)	Limites absolues	Variations
Départ mixte HTA	15/20 kV	\(\left[U_n+5\%,U_n-5\%\right]\)	\(\left[+2\%,-5\%\right]\)
Départ dédié consommateur HTA	15/20 kV	\(\left[U_n+5\%,U_n-5\%\right]\)	\(-5\%\)
Départ dédié producteur HTA	15/20 kV	\(\left[U_n+10\%, U_n-10\%\right]\)	\(+7\%\)
Départ BT	400 V	\(\left[U_n-8,5\%, U_n+8,5\%\right]\)	Non concerné

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[1]

La vitesse de réglage est de l’ordre d’une minute pour le premier passage de prise puis de l’ordre d’une dizaine de secondes pour le passage des prises suivantes dans la foulée du premier passage.