Transformateurs de courant (TC)
Les transformateurs de courant (TC) sont des instruments électriques spécialisés utilisés pour la mesure et la surveillance du courant alternatif (AC) ou la détection de niveaux de courant élevés dans les systèmes électriques. Ces instruments remplissent une fonction essentielle en assurant la protection et en permettant des applications de mesure précises. En réduisant efficacement les valeurs de courant élevées à un niveau standardisé, les TC garantissent l'exécution sûre des mesures et permettent le bon fonctionnement des appareils interconnectés dans le système.
L'enroulement primaire se compose d'une seule spire de grande section connectée en série avec le conducteur porteur de courant élevé. L'enroulement secondaire comprend de nombreuses spires de petite section transversale. La bobine secondaire est connectée à un ampèremètre normal pour les mesures de courant.
Principe de fonctionnement du transformateur de courant
Les transformateurs de courant utilisent le principe de l'induction électromagnétique pour fonctionner efficacement. Ces appareils sont constitués de deux éléments essentiels : l’enroulement primaire et secondaire. L'enroulement primaire est interconnecté en série avec le circuit à courant élevé, générant un champ magnétique proportionnel au courant circulant.
En revanche, l'enroulement secondaire est lié à des appareils utilisés pour mesurer ou assurer une protection. Il est intentionnellement conçu avec un nombre de tours distinct par rapport à l'enroulement primaire, établissant le rapport de transformation. Par conséquent, l'enroulement secondaire génère un courant qui reflète fidèlement la proportionnalité du courant primaire.
Les transformateurs de courant sont essentiellement des transformateurs élévateurs qui augmentent la tension et diminuent le courant dans l'enroulement secondaire.
Pour les transformateurs, le rapport entre le courant secondaire et primaire est égal au rapport des spires dans les enroulements primaire et secondaire, tel que donné par :
Dans le cas du transformateur de courant, le rapport de spire est assez élevé et donc le rapport entre les courants secondaire et primaire est considérablement élevé.
Les ratios CT sont généralement de l'ordre de 500:2, 200:1. Le rapport CT 500:2 implique la conversion d'un courant primaire de 500A en un courant secondaire de 2A.
Types de transformateur de courant
Les transformateurs de courant présentent différentes variantes en fonction du type de construction et de l'isolation. Ils sont classés en deux grandes catégories : les types intérieurs et extérieurs.
Transformateur de courant intérieur
Les transformateurs de courant intérieurs sont utilisés à l’intérieur et peuvent être divisés en trois types principaux en fonction de la construction :
1 : CT de type barre
Ces transformateurs de courant utilisent des barres métalliques comme enroulement primaire et sont donc appelés transformateurs de courant à barres.
2 : CT de type fente/fenêtre/anneau
Ces transformateurs de courant sont de forme creuse, et le conducteur primaire est placé à l'envers de cette ouverture :
3 : CT à noyau divisé
Il s’agit d’un type spécial de transformateur de courant qui peut s’ouvrir en deux parties. Ce type de disposition peut fournir un accès facile pour ouvrir la structure et les enroulements.
3 : CT de type de plaie
Les enroulements primaires de ces transformateurs de courant sont enroulés autour du noyau central. Le nombre de tours doit être supérieur à un.
Les transformateurs de courant intérieurs peuvent également être divisés en fonction de l'isolation ; ceux-ci incluent des transformateurs de courant isolés par ruban et des transformateurs de courant isolés en résine coulée.
Transformateur de courant extérieur
Les transformateurs de courant extérieurs sont installés à l'extérieur et peuvent être divisés en fonction de leur principe de fonctionnement. Comme ils sont situés à l’extérieur, ils nécessitent à la fois une isolation et un refroidissement pour leur fonctionnement. L’huile de transformateur est principalement utilisée comme moyen isolant. Les transformateurs de courant remplis d'huile sont en outre classés comme ci-dessous :
1 : Type de réservoir actif CT
Le réservoir sous tension signifie que le réservoir du CT est maintenu à la tension du système. Le point de gravité est situé en hauteur.
2 : Type de réservoir mort CT
Le réservoir mort signifie que le réservoir du CT est maintenu au potentiel de la terre. Le point de gravité est plus bas que dans les CT Live tank.
Transformateur de courant de mesure
Ces transformateurs de courant sont utilisés uniquement à des fins de mesure et d'indication. Les transformateurs de courant de type mesure sont conçus pour assurer la précision des fonctions de mesure dans les limites du courant nominal. Dès que le courant dépasse les limites nominales, les TC de mesure sont saturés pour limiter tout courant supplémentaire. Cependant, les TC de mesure ont des valeurs de charge inférieures à celles des transformateurs de courant de protection. Une classe de comptage CT est principalement représentée par trois paramètres.
Ces paramètres incluent la précision, la classe de mesure et la charge du transformateur de courant. En dessous du CT, la limite d'erreur est de 0,3 %, la classe de mesure indiquée par « B » et la charge de 0,9 Ω.
Transformateur de courant de protection
Ces transformateurs de courant sont utilisés uniquement pour les fonctions de protection. Ces TC fonctionnent sur une large plage de courants nominaux et de défaut. Les TC de protection présentent donc une réponse linéaire jusqu'à 20 fois leur niveau de courant nominal. Les transformateurs de courant de protection sont désignés par leurs valeurs « C » qui indiquent le taux d'erreur et les valeurs de tension aux bornes.
Pour les TC de classe C, la limite d'erreur est inférieure à 3 %, charge standard de 2 Ω, tension secondaire de 200 V.
Rapport de transformation des transformateurs de courant
Des rapports de transformateur de courant plus élevés sont convertibles en rapports plus petits en modifiant le nombre de boucles dans la bobine primaire. Considérons une construction normale de TC 300/5 A, où une seule bobine primaire boucle à travers la fenêtre connue sous le nom de CT à un passage. Celui-ci peut être reconfiguré en faisant passer la bobine primaire deux ou trois fois à travers la fenêtre connue sous le nom de CT à deux ou trois passes.
Avec deux passages de bobine primaire, 300/5A peut être converti en son équivalent 150/5A CT. De même, avec trois passages de bobine primaire, 300/5A peut être converti en son équivalent 100/5A CT.
Exemple : calculer le courant et la tension secondaires
Considérons un Bar CT avec cinq spires primaires et 300 spires secondaires à utiliser conjointement avec un ampèremètre de résistance interne de 0,5 ohms. L'ampèremètre doit fournir une déviation à pleine échelle lorsque le courant primaire atteint 1 000 A.
Le courant secondaire est donné par :
Calcul de la tension selon la loi d'Ohm :
Conclusion
Les transformateurs de courant sont des transformateurs de mesure utilisés pour mesurer des courants de forte amplitude qui ne peuvent pas être mesurés par des ampèremètres standards. Les transformateurs de courant assurent à la fois des fonctions de mesure et de protection dans les réseaux électriques.