Qu’est-ce qu’une chute de tension ?
Définition
La chute de tension est la différence entre la tension au début et à la fin d’une ligne électrique. Dans un réseau électrique, la tension peut être réduite par la résistance et l’impédance des lignes, ce qui fait que le consommateur reçoit une tension inférieure à celle qu’il recevait à l’origine. Cette perte de tension est particulièrement importante dans les longues lignes ou avec des charges élevées et influence l’efficacité et la stabilité d’un réseau d’alimentation électrique.
Chutes de tension dans la moyenne et la haute tension
En moyenne tension (1 kV à 36 kV) et en haute tension (36 kV à 150 kV), des chutes de tension peuvent se produire pour diverses raisons. L’une des principales causes est le passage de courants élevés dans de longues lignes, ce qui entraîne une augmentation de la résistance et donc une perte de tension. Cette perte peut se produire en particulier dans les zones rurales où les distances entre les sous-stations et les consommateurs sont importantes.
D’autres causes de chutes de tension dans la moyenne et la haute tension peuvent être :
- Fluctuations importantes de la charge : En cas de forte charge du réseau, la tension du réseau peut chuter.
- Des lignes mal entretenues ou des transformateurs ayant des résistances plus élevées.
- Les conditions météorologiques, comme les vents forts ou les tempêtes, qui peuvent endommager les lignes et donc entraîner des chutes de tension.
Les effets de ces chutes de tension peuvent aller de fluctuations mineures de l’alimentation électrique à de graves défaillances du réseau. Dans les cas extrêmes, un effondrement de la tension (blackout) peut se produire, ce qui peut compromettre le fonctionnement de l’ensemble du réseau.
REGSys®
Notre »système de régulation de tension REGSys®« est spécialement conçu pour compenser les variations et les chutes de tension dans les réseaux haute et moyenne tension. Outre la régulation automatique, la surveillance et le monitoring des transformateurs équipés de changeurs de prises, REGSys® peut être complété individuellement, en fonction de l’application, par des fonctions supplémentaires telles que l’influence du courant (par ex. compensation des impédances de ligne) ou le fonctionnement en parallèle.
Chutes de tension dans la basse tension
Dans le domaine de la basse tension (jusqu’à 1 kV), les chutes de tension se produisent pour des raisons similaires à celles de la moyenne et de la haute tension, bien que deux causes de chutes de tension soient des problèmes particulièrement fréquents dans ce domaine :
- Chutes de tension dans les branches de ligne des circuits parallèles lorsque plusieurs ménages sont alimentés par une ligne basse tension commune : Si de nombreux consommateurs génèrent une charge élevée en même temps – par exemple le soir/la nuit, pendant les heures de charge typiques des véhicules électriques – la tension sur les lignes communes peut chuter.
- Chutes de tension dues à la longueur des lignes : Plus la ligne est longue, plus la résistance et donc la perte de tension sont élevées. En particulier dans les zones rurales où les lignes de transmission sont longues, cette cause entraîne souvent une chute de tension.
In both cases, voltage drops can lead to problems such as breakdowns, inefficient operation of electrical appliances, increased energy consumption or even damage to sensitive equipment.
LVRSys®
Le « système de régulation basse tension LVRSys® » a été spécialement développé pour résoudre les problèmes de maintien de la tension dans le réseau basse tension en raison de l’intégration de l’électromobilité, du photovoltaïque et des pompes à chaleur ou des longues lignes de transport. Il constitue une alternative économique & flexible à l’extension des lignes, coûteuse en temps et en argent. Le système est éprouvé, facile à intégrer dans le réseau et ne nécessite aucun entretien.
Lignes directrices pour les fournisseurs d’énergie
Les fournisseurs d’énergie doivent respecter des normes et des lignes directrices strictes pour garantir un approvisionnement en électricité stable et fiable. Ces normes définissent la chute de tension admissible et les fluctuations autorisées de la tension du réseau.
- Allemagne (national) : En Allemagne, c’est la norme DIN EN 50160 qui s’applique, laquelle spécifie la chute de tension admissible pour les fournisseurs d’énergie. Elle stipule que la tension du réseau doit rester dans une plage de tolérance de ±10 % de la valeur nominale.
- Europe (international) : Au niveau européen, la norme EN 50160 est également d’application et fixe des exigences similaires en matière de qualité de la tension.
- Normes internationales : Il existe plusieurs normes dans le monde qui spécifient la chute de tension admissible, notamment les normes CEI (Commission électrotechnique internationale). Ces normes varient d’une région à l’autre, mais l’objectif reste le même : garantir une tension d’alimentation cohérente.
Dans l’ensemble, ces lignes directrices visent à garantir la sécurité de l’approvisionnement et à prévenir les défaillances du réseau causées par des chutes de tension inadmissibles.
Où se produisent généralement les chutes de tension ?
Les chutes de tension peuvent se produire en divers points des réseaux électriques. Les causes typiques de chutes de tension sont les suivantes :
Chute de tension dans les circuits parallèles
Dans les circuits en parallèle, le courant est réparti sur plusieurs voies, de sorte que la résistance totale est inférieure à celle d’un circuit en série. Néanmoins, des chutes de tension peuvent également se produire dans ce cas. Dans un circuit parallèle, la tension reste la même pour tous les consommateurs, mais le courant est réparti sur les différentes branches, ce qui peut entraîner des chutes de tension sur les lignes de raccordement en cas de courants élevés. Un exemple de chute de tension dans les circuits parallèles est l’alimentation de plusieurs ménages via une ligne basse tension commune. Si de nombreux consommateurs consomment de l’électricité en même temps, la tension sur les lignes communes peut baisser (par exemple, en raison de l’e-mobilité et du nombre croissant de pompes à chaleur installées).
Chute de tension dans les fils et les câbles
La chute de tension dans les câbles est l’une des causes les plus courantes de perte de tension dans les systèmes électriques. Plus la ligne est longue, plus la résistance est élevée et plus la perte de tension est importante. Cette cause de chute de tension (longueur de la ligne) est souvent à l’origine de problèmes, en particulier dans les zones rurales où les lignes de transmission sont longues.
- Un exemple est la chute de tension dans les câbles du réseau de transmission ou de distribution, en particulier pour les courants élevés et les grandes longueurs de câble. La section du câble joue un rôle décisif dans ce type de chute de tension, car une petite section entraîne des pertes de tension considérables en cas de courants élevés.
- Outre le réseau électrique public, les chutes de tension dues à de longs câbles peuvent également se produire dans l’industrie, où de longues longueurs de câbles sont souvent nécessaires pour faire fonctionner les machines et les installations.
Chute de tension à travers les résistances dans les réseaux d’alimentation électrique
La résistance électrique des composants tels que les transformateurs, les interrupteurs et les charges est l’endroit typique où se produit une chute de tension. Ces résistances provoquent une chute de tension lorsque le courant les traverse.
Exemples de chute de tension aux bornes de la résistance :
- Chaque charge oppose une résistance au courant électrique. Plus la résistance est grande, plus la chute de tension est importante.
- Dans les transformateurs, la résistance de l’enroulement entraîne des chutes de tension qui réduisent la tension de sortie.
- Dans les interrupteurs et les fusibles, la résistance de contact peut entraîner des pertes de tension supplémentaires.
- Dans les lignes à moyenne et haute tension, les pertes de tension sont dues à la résistance ohmique des lignes, en particulier sur les longues distances de transmission.
Insertion courte – Calcul de la chute de tension aux bornes de la résistance
La loi d’Ohm est utilisée pour calculer la chute de tension dans la résistance. Cette loi décrit la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique.
Formule:
Explication des variables
- ΔU : Chute de tension (en volts, V)
- I : Courant traversant la résistance (en ampères, A)
- R : Résistance du composant ou du câble (en ohms, Ω)
Calculation:
Pour calculer la chute de tension, multipliez le courant traversant la résistance par la valeur de la résistance.
Exemple:
Si un courant de I=5 AI = 5, I=5A traverse une résistance de R=10 ΩR = 10, ΩR=10Ω, la chute de tension est calculée comme suit :
Dans cet exemple, la chute de tension aux bornes de la résistance est donc de 50 volts.
Chute de tension à travers les résistances dans les systèmes à courant continu et à courant alternatif
Les chutes de tension se produisent par l’intermédiaire des résistances dans les systèmes à courant continu et à courant alternatif. Dans le réseau à courant continu, la chute de tension est directement proportionnelle à la résistance, alors que dans le réseau à courant alternatif, l’inductance et la capacité des lignes jouent également un rôle en plus de la résistance ohmique.
- Avec le courant continu, la chute de tension se produit dans les systèmes de batteries, par exemple. Cela se produit généralement lorsque la résistance interne de la batterie entrave le flux de courant.
- Dans le réseau à courant alternatif, la résistance ohmique et la réactance des lignes influencent la chute de tension en courant alternatif, ce qui entraîne des pertes de tension plus complexes.
Comment mesurer une chute de tension ?
La chute de tension dans un réseau électrique peut être déterminée en mesurant directement la tension en différents points du système. Pour mesurer la chute de tension, on compare la tension au début et à la fin d’une ligne, d’un circuit ou en amont et en aval d’une charge. La différence entre les deux valeurs de tension correspond à la chute de tension.
- Pour mesurer la chute de tension, on mesure la tension en deux points simultanément ou consécutivement, par exemple au point d’alimentation et à la charge.
- Il est important que la mesure soit effectuée dans des conditions de charge, car la chute de tension ne se produit que lorsque le courant circule.
Mesurer la chute de tension à l’aide d’un multimètre
Un outil simple pour mesurer la chute de tension est le multimètre. Un multimètre peut mesurer avec précision les tensions dans la plage des basses tensions (< 1000 volts) et est souvent le premier appareil utilisé dans les petites applications telles que l’installation ou la maintenance des systèmes électriques. Pour mesurer la chute de tension avec un multimètre, l’appareil est connecté en parallèle à la charge et la tension à l’entrée et à la sortie du circuit est mesurée.
- Le multimètre est réglé sur le mode de mesure de la tension.
- Les fils d’essai sont connectés au début et à la fin du câble ou du composant à tester.
- La chute de tension est calculée comme la différence entre les deux valeurs mesurées.
Mesurer la chute de tension au niveau du fusible
La chute de tension sur les fusibles peut être due à la résistance du fusible lui-même, à des points de contact mal nettoyés ou à une installation défectueuse. Lorsque le courant traverse le fusible, la résistance provoque une chute de tension, qui est généralement faible, mais qui augmente en cas de surcharge ou de courant élevé. Pour mesurer la chute de tension à travers un fusible, le multimètre est également connecté en parallèle au fusible. En mesurant la tension avant et après le fusible, il est possible de déterminer si le fusible présente une résistance importante et provoque donc une chute de tension.
Limites des multimètres
Les multimètres sont utiles pour les mesures simples, mais ils ont des limites lorsqu’il s’agit d’effectuer des analyses plus complexes ou de surveiller le fonctionnement du réseau. S’il est possible de mesurer la chute de tension avec un multimètre, celui-ci n’est pas en mesure de fournir une analyse détaillée et plus complexe de la qualité de l’électricité, ni même d’enregistrer les fluctuations de tension sur une période plus longue. Les multimètres ont une fonctionnalité très limitée et ne fournissent jamais qu’un instantané de la tension actuelle.
Analyseurs de puissance de A. Eberle – des appareils très précis et puissants qui ne se contentent pas de mesurer les chutes de tension.
Seule l’utilisation d’analyseurs de puissance permet une analyse plus complète et plus précise de la qualité de l’énergie ainsi qu’une vision à plus long terme des chutes de tension ou des fluctuations de tension pour l’analyse et la prévention des défauts. Par rapport aux multimètres, les analyseurs de puissance d’A. Eberle offrent un large éventail de fonctions qui ont été spécialement développées pour répondre aux exigences des réseaux d’alimentation électrique publics et industriels. Ils mesurent non seulement la chute de tension, mais fournissent également des informations sur les fluctuations de tension, les harmoniques, le papillotement et d’autres paramètres de qualité de l’énergie.
Quelques avantages des analyseurs de réseau A. Eberle par rapport aux multimètres
- Surveillance à long terme : Les analyseurs de réseau de A. Eberle permettent une surveillance continue du réseau et peuvent enregistrer les fluctuations de tension sur de longues périodes, donnant ainsi un aperçu significatif de la qualité du réseau au point de mesure.
- Enregistrement des défauts : Nos analyseurs de réseau installés à demeure enregistrent les défauts transitoires et les déviations du courant et de la tension du réseau et génèrent un diagramme d’enregistrement des défauts permettant d’analyser en détail les causes des défauts et leurs effets (la fonctionnalité dépend des caractéristiques de commande sélectionnées).
- Analyse de la qualité de l’énergie : Outre la mesure de la chute de tension, nos analyseurs de réseau recueillent des données détaillées sur la qualité de la tension, ce qui est particulièrement important dans les réseaux de transmission, de distribution et industriels.
- Haute précision : Les analyseurs de réseau A. Eberle mesurent les chutes de tension et autres anomalies du réseau avec une très grande précision et fournissent des données cruciales pour la planification et l’optimisation du réseau. Tous les analyseurs de réseau d’A. Eberle sont des appareils de mesure de classe A de haute précision. La norme IEC 61000-4-30 Classe A spécifie les paramètres de qualité de l’énergie pour les méthodes de mesure, l’agrégation temporelle, la précision et l’évaluation. Cela garantit des résultats de mesure fiables, reproductibles et comparables.
- Fonctions supplémentaires : Contrairement aux multimètres, nos analyseurs de la qualité de l’énergie offrent la possibilité d’analyser divers paramètres du réseau qui indiquent des problèmes de tension, tels que les fluctuations de tension, les harmoniques, les déphasages, les transitoires ou le scintillement.
PQMobil – nos analyseurs de réseaux mobiles
Détection fiable des chutes/variations de tension et de la pollution du réseau comme les harmoniques, le flicker et les transitoires
La famille PQ-Box est composée d’analyseurs de réseau et de fréquence, d’indicateurs de niveau et d’indicateurs de transit pour l’évaluation de la qualité du réseau et de la durée de vie.
Lors du développement, l’accent a été mis sur la convivialité et l’application pratique. Les appareils sont équipés d’une large gamme d’options de déclenchement permettant de localiser rapidement la cause des défauts du réseau.
Tous les analyseurs de qualité d’énergie mobiles sont conformes à la classe de protection élevée IP65 et peuvent être installés et utilisés à l’extérieur. Les boîtiers PQ ont également une très large plage de température de – 20°C à + 60°C.
Ils répondent également à toutes les exigences des normes relatives aux appareils de mesure IEC61000-4-30 Ed.3, IEC62586-1 et IEC62586-2 Ed.2 pour les appareils de classe A.
PQSys – nos analyseurs de réseaux de qualité de l’énergie et nos enregistreurs de défauts installés en permanence
Se préparer aujourd’hui aux exigences de demain
Les enregistreurs de défauts et les analyseurs de réseaux de qualité d’énergie PQI-LV, PQI-DA smart, PQI-DE et PQI-D installés à demeure sont les composants centraux d’un système qui peut être utilisé pour résoudre toutes les tâches de mesure dans un réseau basse, moyenne et haute tension. Les analyseurs peuvent être utilisés comme enregistreurs de défauts avec une fréquence d’échantillonnage allant jusqu’à 41 kHz, comme appareils de mesure de la qualité de l’énergie conformément à la norme EN50160 / IEC 61000-2-2/4 ou comme analyseurs de puissance.
Les composants sont adaptés à la surveillance et à l’enregistrement des qualités de référence ou des accords de qualité entre les fournisseurs d’énergie et leurs clients, et à leur mise à disposition à des fins d’évaluation ou de stockage.
Les appareils modernes de mesure de la qualité de l’énergie fonctionnent selon la norme IEC 61000-4-30 Ed. 3. Cette norme définit les méthodes de mesure afin de créer une base comparable pour l’utilisateur.
Comment calcule-t-on une chute de tension ?
Il existe différentes formules pour calculer la chute de tension, qui varient en fonction du type de courant – courant continu, courant alternatif ou courant triphasé.
Formule de base pour la chute de tension
La formule la plus simple pour la chute de tension est basée sur la loi d’Ohm et est la suivante
ΔU = I * R
Où :
- ΔU : la chute de tension (en volts)
- I : le courant (en ampères)
- R : la résistance électrique du fil ou du câble (en ohms)
Cette formule de base s’applique particulièrement aux applications en courant continu et aux réseaux de résistance simples. Des facteurs supplémentaires doivent être pris en compte pour le courant alternatif et les réseaux triphasés.
Calculer la chute de tension en courant continu
Pour calculer la chute de tension en courant continu, on utilise la formule ΔU=I⋅R\Delta U = I \cdot RΔU=I⋅R, dans laquelle la résistance de la ligne ou du câble joue un rôle important.
Ce qui suit s’applique à la résistance RRR d’un câble :
R = ( p * L ) / A
Il y est indiqué :
- ρ : résistance spécifique du matériau du conducteur (en Ohm-mm²/m)
- L : longueur du câble (en mètres)
- A : Section du câble (en mm²)
La formule complète de la chute de tension et du courant continu est donc la suivante :
ΔU = I * ( ( p * L ) / A )
Exemple : Pour calculer la chute de tension d’un câble à courant continu, on utilise le courant dans le câble, la longueur du câble et la section.
Calculer la chute de tension pour un courant alternatif
La chute de tension pour le courant alternatif est plus complexe que pour le courant continu, car il faut tenir compte de la résistance inductive et capacitive (réactance) en plus de la composante ohmique. La formule de la chute de tension pour le courant alternatif est la suivante
ΔU = I * Z
Ici, Z est l’impédance de la ligne et est déterminée par :
Z = √( R² + ( XL - XC )² )
Il y est indiqué :
- R: the ohmic resistance of the cable
- XL: the inductance of the cable (in ohms)
- XC: the capacitance of the cable (in ohms)
- R : la résistance ohmique du câble
- XL: l’inductance du câble (en ohms)
- XC: la capacité du câble (en ohms)
L’impédance dépend de la fréquence et des propriétés électriques de la ligne, ce qui rend plus difficile le calcul de la chute de tension pour le courant alternatif. Pour de nombreuses applications pratiques, la composante capacitive est souvent négligée, de sorte que l’impédance est calculée comme une combinaison de la résistance ohmique et de l’inductance.
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