Creux de tension : comment se protéger contre l`inévitable

Creux de tension :
comment se protéger contre l’inévitable ?
Synergrid, la fédération des gestionnaires de réseaux électricité et gaz en Belgique

Creux de tension : comment se protéger contre l’inévitable ? | 2
1. Introduction
L’électricité est omniprésente dans notre vie, tant au niveau
privé qu’au niveau professionnel. Rien de tel pour s’en ren-
dre compte que de vivre une coupure d’alimentation!
Dans l’industrie, vu la modernisation des processus – avec la
prolifération des automates et de l’électronique de manière
générale – les perturbations électriques ont des conséquen-
ces de plus en plus nombreuses. Non seulement la présence
d’alimentation électrique est essentielle, mais la qualité de
l’énergie devient un élément critique.
Un creux de tension, même relativement faible, peut engen-
drer des problèmes très importants. Pour les industriels et
les chefs d’entreprise, cela se traduit par des arrêts de pro-
duction, la mise au rebut de produits ou de matières premiè-
res, voire la prestation éventuelle d’heures supplémentaires
nécessaires au redémarrage des processus. Pour estimer
précisément les coûts d’une perturbation électrique, il faut
aussi prendre en compte d’autres aspects : l’insatisfaction
des clients (à cause des retards de livraison, par exemple),
les risques pour la sécurité du personnel et des outils de
production, la perte de données, etc. Mais globalement, des
solutions existent pour limiter les dégâts dus aux creux de
tension; toutefois, leur acceptabilité au plan technico-finan-
cier ne pourra être établie qu’après une estimation aussi
correcte que possible des coûts induits.
Les gestionnaires de réseaux électriques (transport et distri-
bution) sont bien conscients de l’impact croissant des per-
turbations de l’alimentation électrique chez les utilisateurs.
Dans leurs missions quotidiennes, ils s’attachent à garantir
une qualité maximale à la fourniture électrique via leurs ré-
seaux. Mais ils ne sont pas maîtres de tout… Le phénomène
des creux de tension relève en fait de la responsabilité de
toutes les parties intéressées : les gestionnaires de réseaux,
mais aussi les fabricants d’équipements, les bureaux d’étu-
des, les utilisateurs du réseau, etc.
En publiant cette brochure, Synergrid – la fédération des
gestionnaires de réseaux – entend aider les utilisateurs à
mieux appréhender la problématique des creux de tension.
Après avoir défini le phénomène, nous en aborderons les
causes avant d’étudier les conséquences possibles des
creux de tension sur des équipements industriels types. En-
fin, nous proposerons quelques pistes de solutions permet-
tant de réduire la sensibilité des processus.

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2. Le phénomène du « creux de tension »
Dénition
Avant toute chose, il est bon de définir ce que l’on entend
par creux de tension. Il s’agit en fait d’une chute brutale
de l’amplitude de la tension. La norme EN 501601 fixe la
diminution de la tension à une valeur résiduelle située entre
5 % et 90 % de la tension de référence2. La durée d’un creux
peut varier de 10 ms à plusieurs secondes.
La figure ci-après montre un exemple d’évolution de la forme
d’onde de la tension U(t) lors d’un creux de tension, ainsi que
l’évolution de sa valeur efficace Urms3.
La profondeur du creux correspond à la chute maximale de
la valeur efficace de la tension (exprimée en %). La durée du
creux de tension est mesurée par le temps entre le passage
de la valeur efficace sous la limite de 90 % (Uref –10 %) et le
retour au-dessus de cette même limite.
Par convention, en cas de creux polyphasé, le creux com-
mence dès que la tension sur une des phases est inférieure
à 90 % de sa valeur de référence et se termine dès que la
tension est revenue au-dessus de cette valeur pour toutes
les phases.
De cette définition, on déduit aisément les trois paramètres
principaux caractérisant les creux de tension : leur durée,
leur profondeur et le nombre de phases touchées4. Les creux
de tension sont généralement représentés dans des graphi-
ques durée / tension résiduelle5 (voir Figure 3 - Somme des
creux enregistrés sur 39 sites durant l’année 2007, répartis
par type).
Creux de tension ou coupure :
quelle différence ?
On distingue généralement les creux de tension, les coupures
de courte durée et les coupures de longue durée. Générale-
ment, tous ces phénomènes sont provoqués par les mêmes
incidents : les courts-circuits. La localisation sur le réseau
électrique par rapport à l’endroit du court-circuit détermine
les conséquences sur l’alimentation électrique au point de
raccordement. Lors d’un court-circuit, la partie du réseau
incriminée est isolée par le fonctionnement de protections.
Un point de raccordement sera uniquement affecté par une
coupure s’il fait partie du tronçon isolé6. Typiquement, cela
intervient lorsque le court-circuit se produit sur le câble ou la
ligne d’alimentation du point de raccordement concerné ou
sur une installation du voisinage.
U(t)
Urms
Uref
Uref - 10%
∆U
∆t
t
t
Figure 1 | Exemple de creux de tension
1 | EN 50160: Caractéristiques de la tension fournie par les réseaux publics de distribution
2 | Tension de référence: on parlera de tension nominale en basse tension et de tension déclarée pour les niveaux de tension supérieurs.
3 | Valeur efficace: la valeur efficace (aussi dite RMS ou Root Mean Square) d’un courant ou d’une tension, variable au cours du temps, correspond à
la valeur du courant continu ou de la tension continue produisant un échauffement identique dans une résistance.
4 | Il existe d’autres caractéristiques (citons par exemple le saut de phase).
5 | Une tension résiduelle de 70 % correspond à une profondeur de 30 %.
6 | Le maillage dans les réseaux de tension de 30 kV à 380 kV permet d’éviter une grande partie des interruptions de l’alimentation de la clientèle.

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Deux cas de gure sont possibles :
 La tension ne peut pas être rétablie immédiatement :
dans ce cas, les équipes du gestionnaire de réseau
doivent se rendre sur place afin de réalimenter au
plus vite les clients concernés, après isolation auto-
matique du tronçon défectueux (la réalimentation peut
nécessiter un temps assez long – plusieurs dizaines
de minutes, voire plusieurs heures). On parle dans ce
cas d’une coupure de longue durée. Le court-circuit
se produit généralement, sur un réseau câblé (souter-
rain) ou aérien, lorsque le défaut est toujours présent
lors des éventuelles tentatives de réenclenchement
automatique7.
 La tension est rétablie rapidement via un automa-
tisme. C’est le cas lors du réenclenchement automa-
tique7 des protections, ce qui permet de réalimenter
les clients après un défaut transitoire; dans ce cas,
la durée de la coupure est limitée et liée à la combi-
naison du temps nécessaire à la disparition du court-
circuit et des délais de réenclenchement successifs
(typiquement 500 ms, 3 s, 30 s pour les réseaux de
6 kV à 15 kV8).
Dès lors, quand est-on confronté à un creux de tension ?
En fonction d’un certain nombre de paramètres, un court-
circuit entraîne, dans un rayon d’action électrique don-
né – en dehors du tronçon isolé –, un creux de tension
d’amplitude variable (voir ci-après). Par conséquent, il est
logique également que le réenclenchement automatique
puisse entraîner des creux successifs rapprochés (avec
des intervalles types de 300 ms, 3 s et 30 s).
La protection contre les coupures, qui entraînent la dis-
parition complète de la tension et ont une durée généra-
lement longue, exige des moyens plus importants que la
protection contre les conséquences des creux de tension.
Fort heureusement, les coupures sont beaucoup moins
fréquentes. Seule la problématique des creux de tension
sera abordée dans la suite de cette brochure.
Caractéristiques des creux de
tension
Comme expliqué ci-avant, les creux de tensions présentent
des durées et des profondeurs très variables et peuvent
concerner une ou plusieurs phases. À des fins d’illustration,
39 points de mesures représentatifs ont été sélectionnés sur
les réseaux de 6 kV à 15 kV ; les creux de tension enregis-
trés au cours de l’année 2007 ont été analysés.
On distingue trois catégories de creux en fonction du nombre
de phases concernées (voir aussi Figure 2) :
Type I : Chute principalement d’une des tensions
phase-neutre
Type II : Chute principalement d’une tension
phase-phase
Type III : Les tensions sur les trois phases sont
touchées de manière équivalente
Les types I et II sont typiquement causés par des courts-
circuits mono- ou biphasés. Le type III est la conséquence de
courts-circuits triphasés.
7 | Afin de limiter la durée de l’interruption, l’automatisme de la protection tente de refermer le circuit d’alimentation. Cette technique est uniquement
utilisée dans des réseaux aériens; des causes fugitives y sont à l’origine d’une bonne partie des courts-circuits.
8 | Sur les lignes 70 kV à 380 kV, il n’y a qu’une seule tentative de réenclenchement automatique.

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Type 1 Type II Type III
Figure 2 | Les trois principaux types de creux de tension
Figure 3 | Somme des creux enregistrés sur 39 sites pour l’année 2007, répartis par type
La durée de la plupart des creux de tension est directe-
ment liée au temps de réaction de la protection qui isole
le court-circuit : dans les réseaux de 30 kV à 380 kV, elle
est généralement de 100 à 600 ms mais dans certains
cas, elle peut dépasser 1 s; dans les réseaux de 6 kV à
15 kV, l’ordre de grandeur type est de 300 ms à 1 s. La
grande majorité des creux de tension mesurés a donc
une durée inférieure à une seconde. Il faut noter que les
temps de réaction des protections sont fixés sur base de
règles de sélectivité.
Les graphiques de la Figure 3 montrent, pour l’ensemble
des sites sélectionnés et pour chaque type de creux, la
durée (en abscisse) et la profondeur (en ordonnée) des
creux de tension enregistrés. À titre d’exemple, les cour-
bes de sensibilité types des contacteurs sont aussi men-
tionnées (courbes bleues). La courbe de gauche carac-
térise les contacteurs les plus sensibles ; celle de droite,
les moins sensibles (voir aussi le paragraphe concernant
les contacteurs au Chapitre 3). Si le creux se situe dans
la partie inférieure droite d’une de ces courbes, il provo-
quera l’ouverture du contacteur concerné et donc pertur-
bera l’installation.
On remarque que la durée de la très grande majorité des
creux est inférieure à 1 seconde.
Les creux de type I (chute de tension entre une phase et
le neutre) sont les plus fréquents, tandis que les creux de
type III sont les plus sévères.
On constate aussi directement que le choix d’un matériel
moins sensible peut fortement améliorer la situation.
Creux de type 1 Creux de type II Creux de type III
Durée du creux (s)Durée du creux (s)Durée du creux (s)
Tension résiduelle (% Unom) Tension résiduelle (% Unom) Tension résiduelle (% Unom)