TechniquePourquoi est-il essentiel de calculer la chute de tension dans une installation électrique ?
La chute de tension est un paramètre clé dans la conception et l’exploitation des installations électriques.
Une chute de tension excessive peut entraîner des dysfonctionnements des équipements électriques. Il convient de noter que la chute de tension dans un composant, en particulier un câble, est représentatif de la perte d’énergie dans ce composant.
Dans cet article, nous allons aborder :
- Les méthodes de calcul
- Les formules et normes à respecter
- Les outils comme elec calc permettant d’analyser et d’optimiser une installation
Définition de la chute de tension
Tout courant traversant une impédance génère une différence de potentiel entre son origine et son extrémité. Ce qui engendre une diminution de la tension entre l’origine et l’extrémité du circuit. Cette différence de potentiel est appelée chute de tension.
Dans une installation électrique, les principaux composants concernés sont les transformateurs et les câbles.
- Elle dépend de plusieurs facteurs :
- La longueur du câble
- La section du conducteur
- La résistivité et la réactance du matériau
- L’intensité du courant
- Le facteur de puissance du circuit
Les limites réglementaires de chute de tension
La norme NF C 15-100 fixe des valeurs maximales pour assurer le bon fonctionnement des installations électriques.
Figure 1 : Extrait tableau 52W norme NFC 15-100
Les méthodes de calcul de la chute de tension
Différentes approches permettent d’évaluer la chute de tension selon la précision souhaitée.
Formule approchée (IEC 60364-5-52 et NF C 15-100)
Cette formule est adaptée aux circuits monophasés, biphasés et triphasés équilibrés avec un facteur de puissance supérieur à 0,8 :
Figure 2 : Formule mathématique de la chute de tension selon la norme IEC 60364-5-52
Méthode vectorielle (AFNOR FD C 15-500)
Cette approche plus précise repose sur une représentation vectorielle des tensions et courants dans la canalisation. Toutefois, elle ne prend pas en compte les éventuels déséquilibres dans les circuits triphasés.
- U1 : tension simple ou composée à l’origine du câble
- U2 : tension simple ou composée en extrémité du câble
- φ : déphasage du courant dans le câble
- Z : impédance du câble = √𝑅2+𝑋2
- R : résistance du câble = 𝜌1𝐿𝑆
- X : réactance du câble = 𝜆𝐿
𝑢=𝑈1+𝐼𝑏𝑅𝑐𝑜𝑠𝜑+𝐼𝑏𝑋𝑠𝑖𝑛𝜑−√𝑈12−(𝐼𝑏𝑋𝑐𝑜𝑠𝜑−𝐼𝑏𝑅𝑠𝑖𝑛𝜑)²
La chute de tension équivalente en pourcentage est :
- Pour les circuits triphasés et monophasés Δ𝑢=100𝑢𝑈0
- Pour les circuits biphasés Δ𝑢=100𝑢𝑈0√3
- U0: tension nominale entre phase et neutre en volts
Méthode détaillée
Pour un calcul précis des chutes de tension, la méthode exacte consiste à calculer la tension résiduelle (module et phase) en tout point de connexion de l’installation et pour chaque conducteur.
Dans le cas d’une installation monosource, un calcul séquentiel sur chaque tronçon de câble permet d’arriver au résultat en prenant en compte les impédances de chaque conducteur et les intensités transitant dans chacun de ces conducteurs. La chute de tension réelle en % est calculée en comparant le module de la tension la plus basse au point d’alimentation du récepteur et le module de la tension à l’origine de l’installation.
Dans le cas d’installations comportant plusieurs sources appelées à alimenter simultanément le réseau, le calcul est très complexe et fait intervenir des méthodes de calcul matriciel itératives (calcul de loadflow ou flux de puissance).
La description de ces méthodes dépasse le cadre de cet ouvrage.
Vérification et optimisation de la chute de tension avec elec calc
Le logiciel elec calc permet d’analyser et de vérifier plusieurs paramètres :
- Chute de tension individuelle d’un composant
- Chute de tension globale entre la source et le récepteur
- Chute de tension en régime établi et au démarrage
Figure 4 : Analyse des chutes de tension sur un réseau électrique avec elec calc
Gestion des transformateurs et des régleurs dans elec calc
Un régleur de tension ou changeur de prise permet d’ajuster la tension d’un transformateur en fonction des variations du réseau ou de la charge.
elec calc simule trois scénarios :
- Sans régleur → Addition des chutes de tension du réseau amont, du transformateur et du réseau aval. Ce qui va permettre d’obtenir la tension résiduelle exacte au niveau de chaque récepteur.
- Régleur hors tension → Ajustement de la tension à vide au secondaire du transformateur. Ce dispositif permet de s’affranchir de l’écart entre la tension réelle du réseau amont et la tension primaire assignée du transformateur. Ce réglage est fait généralement à la mise en service du transformateur de façon à obtenir la tension à vide assignée au secondaire du transformateur.
- Régleur en charge → Suppression de la chute de tension interne du transformateur quelle que soit la charge en aval.
Figure 5 : Effet des régleurs de tension sur la chute de tension
Comment réduire la chute de tension ?
Pour limiter la chute de tension dans une installation électrique, plusieurs solutions peuvent être mises en place :
- Augmenter la section des conducteurs
- Réduire la longueur des câbles
- Utiliser des matériaux à faible résistivité (cuivre au lieu d’aluminium)
- Améliorer le facteur de puissance en ajoutant des condensateurs
- Vérifier l’installation avec un logiciel de simulation comme elec calc
Conclusion
Le calcul et le contrôle de la chute de tension sont essentiels pour garantir le bon fonctionnement des installations électriques. Le respect des normes en vigueur et l’utilisation d’outils de simulation adaptés permettent d’optimiser le dimensionnement des conducteurs et d’assurer la fiabilité du réseau.
Pour aller plus loin et réaliser une analyse précise, elec calc offre une solution complète intégrant les calculs détaillés et les alertes en cas de dépassement des seuils réglementaires.
Cet article a été rédigé par :
Jérôme MULLIE
Directeur Technique - Trace Software
Au delà d’apporter une solution de calcul complète, nous souhaitons également partager notre expertise sur l’électrotechnique avec les acteurs de la filière afin de les accompagner dans la conception et l’exploitation de leurs installations.
