La stabilité du réseau électrique repose sur un contrôle de tension électrique efficace, essentiel pour éviter des problèmes tels que les coupures de courant ou le surchauffement. Avec l’augmentation de la génération renouvelable, ce contrôle devient d’une importance cruciale, nécessitant des solutions innovantes et une régulation conforme aux normes internationales telles que IEC et IEEE.

Contrôle de Tension Électrique : Normes, Mesures, Équipements et Régulations

La stabilité de l’approvisionnement électrique dépend grandement d’un contrôle de tension électrique précis et opportun. Cela implique un ensemble de pratiques, d’équipements et de normes permettant de maintenir la tension dans des limites définies afin d’éviter des problèmes tels que des clignotements, des déclenchements des protections, des surchauffes ou même la perte de continuité du service. Dans les réseaux modernes avec une forte pénétration des énergies renouvelables, ce contrôle s’avère encore plus critique, car la variabilité de la génération solaire et éolienne engendre des oscillations nécessitant des réponses plus rapides et coordonnées.

Qu’est-ce que le contrôle de tension électrique et pourquoi est-ce important?

Le contrôle de tension consiste à réguler, maintenir et ajuster le niveau de tension à différents points d’un réseau ou d’un équipement, en veillant à le maintenir dans des limites qui garantissent sécurité et qualité. Cette fonction s’exerce à plusieurs niveaux, depuis le réseau de transport et de distribution jusqu’aux centrales de génération et aux charges critiques dans l’industrie et les bâtiments.

Outre des manœuvres classiques (commutateurs de tap dans les transformateurs, banques de condensateurs/inductances), le système exige aujourd’hui des ressources dynamiques capables d’apporter ou d’absorber rapidement de la puissance réactive. Dans les installations renouvelables, la stratégie de contrôle du facteur de puissance constant peut être insuffisante, d’où l’importance croissante du suivi des consignes de tension en temps réel pour amortir les variations rapides.

Normes et standards clés de qualité de service

Les normes définissent comment mesurer, quels seuils appliquer et quelles performances doivent offrir les équipements pour garantir comparabilité et conformité légale. Il convient de distinguer entre les groupes orientés vers les niveaux de compatibilité de tension, les limites de courant et les méthodes de mesure et d’immunité.

Compatibilité de Tension (IEC 61000-2-x)

Ce groupe fixe des niveaux de compatibilité pour les phénomènes de tension dans les réseaux publics et privés, sans imposer de limites de courant :

• DIN EN 61000-2-2 | IEC 61000-2-2 : Niveaux de compatibilité au point de raccordement au réseau public de basse tension (RPC), jusqu’à 150 kHz.
• DIN EN 61000-2-4 ; Classe 1 / 2a / 2b / 3 | IEC 61000-2-4 : Pour des points internes du système (IPC) dans des réseaux de basse et moyenne tension jusqu’à 35 kV.
• DIN EN 61000-2-12 | IEC 61000-2-12 : Analogique à la norme -2-2 mais pour le réseau public de moyenne tension.
• DIN EN 50160 : Définit les caractéristiques de qualité de l’énergie des réseaux publics, allant de la basse à la haute tension, comme la tension nominale, les fluctuations, le flicker et les harmoniques.
• IEEE 519 : Limites des tensions et courants harmoniques dans les réseaux de fourniture, de large utilisation aux États-Unis, en Asie et dans les pays arabes.

Limites de Courants (IEC 61000-3-x)

Ce groupe se concentre sur les harmoniques et fluctuations de courant injectés par les équipements dans le réseau :

• DIN EN 61000-3-2 | IEC 61000-3-2 : Limites des harmoniques de courant pour des équipements jusqu’à 16 A.
• DIN EN IEC 61000-3-12 | IEC 61000-3-12 : Limites des harmoniques de courant pour des équipements >16 A et <75 A.
• DIN EN 61000-3-3 | IEC 61000-3-3 : Limites des changements de tension et du clignotement (flicker).

Méthodes de Mesure et Immunité (IEC 61000-4-x)

Ce groupe définit comment mesurer correctement et comment tester l’immunité des équipements face aux perturbations :

• DIN EN 61000-4-30 Classe A Ed. 3 | IEC 61000-4-30 Classe A Ed. 3 : Exigences pour les instruments de qualité de l’énergie avec des mesures précises et reproductibles de fréquence, flicker, harmoniques, etc.
• DIN EN 61000-4-4 | IEC 61000-4-4 : Immunité à des perturbations rapides transitoires (pulsations/EFT).

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La structure de ce cadre est claire : les IEC 61000-2-x définissent les niveaux de compatibilité de tension, les 61000-3-x établissent les limites d’émission de courant des équipements, et les 61000-4-x unifient les méthodes de mesure et d’immunisation pour garantir des résultats comparables.

Mesure de la Tension dans les Réseaux de Transport : Marges Opérationnelles et Particularités en Espagne

En Europe, on opère généralement autour de 420 kV avec une marge de sécurité jusqu’à 440 kV dans les réseaux de très haute tension. Cette marge supérieure agit comme un seuil pour le débranchement automatique en cas de dépassement, évitant des dommages et servant de barrière de sécurité additionnelle.

En Espagne, l’opérateur a relevé le seuil normal à 435 kV, limitant la marge opérationnelle à seulement 5 kV au-dessus du point optimal (420 kV) avant d’atteindre 435 kV, laissant ainsi moins de flexibilité avant d’atteindre 440 kV. Cette réduction peut s’avérer délicate lorsque l’incertitude de mesure est comparable à cette marge, de petites déviations pouvant provoquer des déconnexions en cascade.

Cette pratique est en place depuis 2010 et a été formalisée en tant qu’exception spécifique pour l’Espagne dans le Règlement Européen sur les Exigences de Génération. L’opérateur souligne que le limite de 435 kV est en vigueur depuis au moins 1998 dans la réglementation espagnole et a été confirmé par la régulation européenne récente, et qu’une réduction structurelle à 420 kV entraînerait des coûts élevés en restrictions techniques sans garanties de non dépassement avec les ressources actuelles.

Ces dernières années, le niveau moyen des tensions n’a pas augmenté, mais plutôt sa variabilité ; c’est là le défi : contrôler la dynamique en ayant suffisamment de ressources réactives rapides et une plus grande participation des installations capables de suivre les consignes de tension, au-delà de la classique consigne de facteur de puissance constant. Cette variabilité croissante augmente les risques de coupure si aucune activation rapide et coordination ne sont disponibles.

Les Défaillances du 28 Avril : Ce que Cela Nous a Enseigné

Le 28 avril 2025, un coupure significative a eu lieu en Espagne, liée à une combinaison de haute génération renouvelable, faible demande et ressources de contrôle de tension insuffisantes. Les énergies renouvelables, en raison de la régulation, n’ont pas pu apporter le soutien nécessaire à la tension à ce moment-là. L’analyse détaillée de cette coupure confirme la combinaison de facteurs mentionnés.

Plusieurs facteurs ont été identifiés : la génération conventionnelle programmée n’a pas suffi à répondre aux niveaux de tension observés ; les installations renouvelables étaient limitées pour participer activement au contrôle ; et les variations rapides de la production éolienne et photovoltaïque ont directement impacté la tension, déclenchant des déconnexions en cascade.

Selon les informations disponibles, les générateurs respectaient leurs normes en vigueur, mais le système manquait de ressources disponibles et activables pour éviter l’instabilité. L’opérateur a détecté des phénomènes similaires lors de journées avec une forte pénétration renouvelable et une faible demande, surtout lorsque des réponses rapides aux consignes sont requises.

Contrôleurs de Tension : Définition, Types et Composants

Un contrôleur de tension est un dispositif ou circuit conçu pour réguler, stabiliser et ajuster la tension fournie à une charge. Son objectif est de maintenir la sortie dans des marges définies, indépendamment des variations de la source ou des changements dans la charge, protégeant ainsi les équipements sensibles et garantissant un fonctionnement fiable.

Ces contrôleurs reposent sur des principes de base (Loi d’Ohm, watts, volts et ampères) et sur des composants tels que résistances, condensateurs, transistors, diodes et circuits intégrés (régulateurs linéaires et commutés). L’architecture choisie influence radicalement l’efficacité, le bruit et la dissipation.

Contrôleurs Linéaires

Ils utilisent un élément actif (BJT ou MOSFET) comme résistance variable pour fixer un voltage de sortie constant. Lorsque l’entrée augmente ou la charge demande moins de courant, le surplus se dissipe sous forme de chaleur. Ces contrôleurs sont simples et silencieux (faible bruit), mais peu efficaces avec de grandes différences entre l’entrée et la sortie.

Contrôleurs Commutés (Switching)

Ils fonctionnent avec un transistor qui commute à haute fréquence, modulant le rapport cyclique (PWM) pour obtenir une sortie stable et efficace après un filtre LC. L’inducteur stocke l’énergie lorsque le transistor est en conductions et la délivre lorsque celui-ci se coupe. En opérant près de la saturation ou de la coupure, les pertes diminuent et l’efficacité peut dépasser 90 %.

Applications du Contrôle de Tension et des Contrôleurs

Des appareils électroniques de consommation aux réseaux industriels, les contrôleurs de tension garantissent que chaque équipement reçoit la tension appropriée, évitant d’éventuels dommages dus à des fluctuations et améliorant l’efficacité opérationnelle. Voici quelques applications courantes :

• Alimentations électriques pour ordinateurs, téléviseurs et équipements électroniques, garantissant une tension correcte pour éviter des pannes.
• Chargeurs de batteries (mobiles, ordinateurs portables, véhicules électriques), ajustant la tension de sortie aux besoins de la batterie.
• Télécommunications (stations de base, routeurs), fournissant une tension stable pour maintenir la qualité du signal.
• Électronique de consommation (réveils, caméras, jouets, appareils électroménagers), protégeant les composants sensibles.
• Automobile (éclairage, info-divertissement, moteurs auxiliaires), compensant les variations de la batterie.
• Industrie (moteurs, automatisation, contrôle de machines), protégeant les équipements et processus face aux déviations.

Stabilisateurs de Tension et Contrôleurs AC-DC

Dans des environnements avec des réseaux instables ou des charges critiques, un stabilisateur de tension maintient constante la tension d’alimentation, corrigeant toute déviation dès qu’elle est détectée. Cela est essentiel dans les cas où même une petite fluctuation pourrait causer des pertes de données ou des dommages (laboratoires, santé, technologies de l’information, processus sensibles).

Les contrôleurs AC-DC s’intègrent dans des circuits avec de l’alternatif et/ou du continu pour réguler, filtrer, convertir et comparer des signaux. Ils sont utilisés, par exemple, pour la régulation de tension, température, vitesse de moteur ou volume, avec des options pour des contrôleurs PWM haute efficacité ou des contrôleurs de redresseur synchrone dans des sources AC-DC à haute densité (comme les chargeurs de mobiles).

Ces contrôleurs couvrent un large éventail de tensions d’entrée (environ -8 V à 60 V) et de courants de sortie (environ -4 A à 8 A), avec de multiples variantes d’emballage, de montage, de températures de fonctionnement et de spécifications de sortie adaptées à chaque application.

Relais de Protection et Solutions Commerciales pour le Contrôle de Tension

Au-delà de la régulation continue, la protection est primordiale : un relais électronique de contrôle de tension supervise les conditions anormales et se déclenche en cas de valeurs dangereuses. Dans des installations monophasiques et triphasées avec neutre, ces équipements détectent des surtensions, des sous-tensions, une séquence incorrecte et une perte de phase.

Un exemple de caractéristiques d’un relais de contrôle de tension : protection contre une surtension au-dessus de 265 V avec des temps de déclenchement ajustés selon la sévérité (environ 3 s à 300 V, 800 ms à 350 V, 200 ms à 400 V), protection de sous-tension en dessous de 160 V (temps typique de 300 ms), détection d’erreur de séquence RST en triphasé (déclenchement ~1 s), déclencheur externe (≤10 ms) et indication par LED.

Service de Contrôle Dynamique de Tension (P.O. 7.4) et Situation en Espagne

Récemment, l’opérateur du système a activé les premières centrales renouvelables pour fournir un service de contrôle dynamique de tension conforme au nouveau P.O. 7.4, proposé en 2020 et approuvé par la CNMC en juin. Le système est prêt pour que ces installations commencent à fournir le service dès qu’elles en feront la demande.

À ce jour, environ 168 demandes ont été soumises, dont environ 125 concernent des renouvelables non gérées. Environ 24 installations sont prêtes pour commencer des tests, tandis que les autres déclarent ne pas pouvoir suivre les consignes de tension ou finalisent leur documentation. La priorité est donnée à l’habilitation des renouvelables non gérées, qui fournissent de nouvelles ressources au système.

Les exigences pour le service incluent la capacité de fournir/absorber ±30% de puissance réactive par rapport à leur puissance maximale. Ce nouveau cadre normatif est en adéquation avec l’écosystème de standards car pour assurer un contrôle efficace, les équipements de mesure doivent satisfaire à l’IEC 61000-4-30 (Classe A). L’évaluation des harmoniques, interharmoniques et du flicker doit être réalisée avec les méthodes IEC 61000-4-7 et IEC 61000-4-15, tandis que les niveaux de compatibilité de tension et les limites d’émission de courant se situent dans les IEC 61000-2-x et 61000-3-x respectivement.

La maîtrise du contrôle de tension électrique implique de manœuvrer dans le cadre réglementaire (IEC/EN/IEEE), d’appliquer des méthodes de mesure comparables et reproductibles, et de déployer des solutions techniques adaptées au défi : contrôleurs de tension (linéaires et commutés), stabilisateurs, relais de protection et contrôleurs AC-DC, le tout coordonné avec des stratégies opérationnelles pour habiliter les renouvelables à suivre les consignes de tension en temps réel. Plus de ressources dynamiques, des réponses plus rapides et une mesure de classe A permettront au système d’opérer avec une plus grande sécurité dans un environnement de forte pénétration renouvelable et de demande variable.

Mon avis :

Le contrôle de tension électrique est crucial pour assurer la stabilité du réseau, surtout avec l’augmentation des sources renouvelables. Bien qu’il améliore la qualité de l’approvisionnement, les défis liés à la variabilité de la production et l’activation rapide des ressources se posent, comme en témoigne l’apagón du 28 avril 2025 en Espagne.

Les questions fréquentes :

Qu’est-ce que le contrôle de tension électrique et pourquoi est-il important ?

Le contrôle de tension électrique consiste à réguler, maintenir et ajuster le niveau de tension dans une réseau ou un équipement, en le maintenant dans des limites sûres pour garantir la qualité. Cette fonction est essentielle dans diverses couches, allant du réseau de transport et de distribution aux centrales de génération et aux charges critiques.

Quelles normes internationales régissent le contrôle de tension ?

Les normes internationales clés, telles que IEC, EN et IEEE, définissent comment mesurer la tension, quels sont les seuils à respecter et les performances que doivent offrir les équipements. Ces normes assurent la comparabilité et le respect légal des systèmes électriques.

Comment la variabilité des énergies renouvelables affecte-t-elle la stabilité du réseau ?

La montée de la production d’énergie renouvelable, principalement solaire et éolienne, introduit des fluctuations dans la tension qui nécessitent des réponses rapides et coordonnées. Cela peut entraîner des coupures si les ressources de contrôle de tension ne sont pas suffisantes pour gérer ces variations.

Quels dispositifs sont utilisés pour le contrôle de tension ?

Divers dispositifs, comme les contrôleurs de tension, les stabilisateurs et les relais de protection, sont utilisés pour surveiller et ajuster la tension dans les réseaux. Ces équipements garantissent que chaque appareil reçoive une tension adéquate, évitant ainsi les dommages causés par les fluctuations.