Introduction
Mesurer directement un courant électrique élevé peut être difficile et dangereux car de nombreux compteurs électriques et dispositifs de surveillance sont conçus pour accepter uniquement des entrées de courant relativement faibles. Un transformateur de courant (CT) résout ce problème en convertissant un courant primaire élevé en un courant secondaire plus faible qui peut être mesuré en toute sécurité par des instruments électriques standard.
Les transformateurs de courant sont largement utilisés dans la distribution d'énergie, les systèmes électriques industriels, les appareillages de commutation, les compteurs d'énergie, les générateurs et les systèmes de protection. En utilisant l'induction électromagnétique et un rapport de transformation soigneusement sélectionné, un TC fournit une représentation proportionnelle du courant primaire sans nécessiter que l'instrument de mesure transporte le courant complet du système.
Comprendre comment un transformateur de courant réduit les courants élevés est important lors de la sélection d'un TC pour les applications de mesure.
Comment un transformateur de courant réduit-il le courant ?
Un transformateur de courant réduit le courant par induction électromagnétique.
L'enroulement primaire du TC transporte le courant qui doit être mesuré. Ce courant crée un champ magnétique dans le noyau du CT. Le flux magnétique changeant induit alors un courant dans l'enroulement secondaire.
L'enroulement secondaire contient un nombre de tours différent du côté primaire. Cette relation de tours détermine le rapport CT et permet au courant primaire important d'être représenté par un courant secondaire plus petit.
Par exemple, considérons un TC avec un rapport nominal de 500/5A.
Lorsque le courant primaire est de 500 A, le courant secondaire est d'environ 5 A dans les conditions nominales. Si le courant primaire est de 250 A, le courant secondaire sera d'environ 2,5 A, en supposant que le TC fonctionne dans sa plage spécifiée.
L'instrument de mesure reçoit donc un signal de courant beaucoup plus faible au lieu de recevoir directement le courant primaire de 500 A.
Comprendre le rapport CT
Le rapport CT est l'une des spécifications les plus importantes pour réduire le courant.
Le rapport s’exprime généralement comme suit :
Courant primaire : Courant secondaire
Pour un TC 500/5A :
* Courant nominal primaire = 500 A
* Courant nominal secondaire = 5 A
* Rapport CT=100 : 1
Cela signifie que le courant secondaire représente environ 1/100 du courant primaire dans les conditions de fonctionnement pertinentes.
D’autres exemples courants peuvent inclure :
* 100/5A
* 200/5A
* 400/5A
* 600/5A
* 1000/5A
* 200/1A
* 1000/1A
Le rapport correct dépend du courant primaire attendu et des exigences de l'équipement de mesure connecté.
Pourquoi le courant élevé n'est-il pas connecté directement à un compteur ?
Les compteurs électriques standards ne sont généralement pas conçus pour transporter des centaines ou des milliers d’ampères en continu.
La connexion directe d'un instrument de mesure à un circuit à courant élevé-peut nécessiter de très gros conducteurs, un équipement spécialisé et des mesures de sécurité supplémentaires. Cela rendrait également le système de mesure plus complexe.
Un CT constitue une alternative pratique.
Le conducteur à courant élevé-traverse ou se connecte au côté primaire du TC, tandis que le compteur est connecté au côté secondaire à courant inférieur-.
Par exemple, au lieu de connecter un compteur d'énergie directement à un circuit de 500 A, un CT 500/5 A peut fournir au compteur un courant secondaire nominal maximum de 5 A.
Cela rend le système de mesure plus pratique et permet d'utiliser des compteurs standardisés dans des applications à courant élevé-.
Le rôle de l'induction électromagnétique
L'induction électromagnétique est le principe physique de base qui permet au TC de transformer le courant.
Lorsque le courant traverse le conducteur primaire, il produit un flux magnétique dans le noyau du CT. Ce flux magnétique induit un courant secondaire.
La relation entre les courants primaire et secondaire est déterminée par la configuration de l'enroulement et la conception du TC.
Pour un CT idéal simplifié, la relation peut être représentée approximativement comme :
Ip / Est ≈ Ns / Np
où:
* Ip=courant primaire
* Est-ce que=courant secondaire
* Np=nombre de tours principaux
* Ns=nombre de tours secondaires
Dans de nombreux TC pratiques, en particulier les conceptions de type fenêtre et anneau-, le primaire peut effectivement être constitué du conducteur passant à travers le noyau, tandis que l'enroulement secondaire contient de nombreuses spires.
Cette disposition permet de représenter un courant primaire élevé par un courant secondaire beaucoup plus faible.
Exemple de réduction de courant
Supposons qu'une alimentation industrielle transporte normalement environ 800 A et qu'un compteur d'énergie soit conçu pour recevoir une entrée CT de 5 A.
Un TC approprié pourrait avoir un rapport de 800/5A.
Lorsque le courant primaire est de 800A :
Courant secondaire ≈ 5A
Si la charge descend à 400A :
Courant secondaire ≈ 2,5A
Si la charge augmente jusqu'à 600A :
Courant secondaire ≈ 3,75A
Le compteur reçoit donc un signal de courant proportionnel alors que le courant d'alimentation réel reste beaucoup plus élevé.
Le système de mesure peut alors utiliser le rapport CT pour calculer ou afficher le courant primaire réel.
Les TC ne « limitent » pas simplement le courant
Il est important de comprendre qu'un transformateur de courant ne fonctionne pas comme un dispositif de limitation de courant-classique.
Un TC ne réduit pas le courant circulant dans le circuit primaire. L'équipement électrique et la charge reçoivent toujours le courant primaire réel requis par le système.
Au lieu de cela, le TC crée un courant secondaire proportionnel à des fins de mesure et de protection.
Par exemple, un TC 1 000/5 A ne réduit pas une charge de 1 000 A à 5 A. Le courant de 1 000 A continue de circuler dans le circuit primaire. Le CT produit un signal secondaire approximativement proportionnel de 5 A dans les conditions nominales.
Cette distinction est importante pour expliquer le fonctionnement des TC.
Importance de la précision
Le courant secondaire réduit doit représenter avec précision le courant primaire pour que le système de mesure fonctionne correctement.
La précision du CT peut être affectée par :
* Rapport CT
* Classe de précision
* Fardeau secondaire
* Caractéristiques principales
* Courant de fonctionnement
* Température
* Fréquence
* Saturation
* Résistance de câblage
Pour le comptage d'énergie, la précision des mesures est particulièrement importante car les erreurs CT peuvent affecter la consommation d'énergie calculée.
Pour les systèmes de protection, le TC doit également maintenir des performances appropriées lors de conditions de courant anormales.
Fardeau et transformation actuelle
Le circuit secondaire du CT a une charge spécifiée. La charge comprend la charge imposée par les compteurs, relais, câbles et autres composants connectés.
Si la charge est trop élevée, le TC risque de ne pas maintenir ses performances spécifiées.
Par exemple, un TC peut avoir une charge secondaire spécifiée de 5 VA ou 10 VA selon sa conception. Le circuit secondaire réellement connecté doit rester dans les limites nominales applicables.
Les câbles longs peuvent augmenter la résistance secondaire et donc augmenter la charge.
Un dimensionnement correct du câblage secondaire aide le TC à maintenir une transformation de courant précise.
Que se passe-t-il en cas de courant de défaut élevé ?
Lors d'un court-circuit ou d'un autre défaut, le courant primaire peut devenir beaucoup plus élevé que le courant de fonctionnement normal.
Un TC doit être sélectionné en fonction de l'application car le noyau magnétique peut approcher de la saturation dans des conditions de courant -élevé.
Lorsqu'un TC sature, son courant secondaire peut ne plus reproduire avec précision la forme d'onde du courant primaire.
Pour les applications de mesure, cela peut produire des lectures inexactes. Pour les applications de protection, cela peut affecter le signal disponible pour les relais de protection.
Les TC de protection sont donc conçus et sélectionnés avec des caractéristiques appropriées aux conditions de défaut attendues.
Pourquoi les TC sont utiles pour les compteurs d'énergie
Les compteurs d'énergie nécessitent souvent des informations sur le courant et la tension pour calculer la puissance électrique et l'énergie.
Dans les systèmes à courant élevé-, les TC permettent au compteur d'énergie de recevoir un signal de courant faible-approprié au lieu d'être directement connecté au courant primaire important.
Cela rend la mesure basée sur CT-pratique pour :
* Installations industrielles
* Bâtiments commerciaux
* Panneaux de distribution
* Générateurs
* Gros moteurs
* Systèmes de distribution d'énergie
* Systèmes d'énergie renouvelable
Le compteur utilise le rapport CT pour reconvertir le courant secondaire mesuré en courant primaire correspondant à des fins de calcul et d'affichage.
Choisir le bon rapport CT
Choisir le bon ratio est essentiel.
Le TC doit être sélectionné en fonction du courant de charge normal attendu, du courant de fonctionnement maximum, de la plage de mesure et des exigences du compteur ou du système de surveillance connecté.
Par exemple, si un système fonctionne normalement autour de 400 A, l'utilisation d'un TC avec un rapport beaucoup plus élevé peut entraîner un fonctionnement du TC à un pourcentage relativement faible de son courant nominal.
D'un autre côté, un TC ne doit pas fonctionner systématiquement au-dessus de son courant primaire nominal, sauf si sa conception spécifique le permet.
Le meilleur rapport dépend de l'application complète plutôt que de la simple sélection du plus grand TC disponible.
Considérations de sécurité
Les TC doivent être installés et utilisés avec précaution.
Plus important encore, un secondaire de TC sous tension ne doit pas être laissé en circuit ouvert-pendant que le courant primaire circule. Une tension dangereuse peut se développer aux bornes secondaires.
Avant de déconnecter le câblage secondaire du TC, des procédures appropriées doivent être suivies, y compris les méthodes de court-circuit et d'isolation spécifiées par le fabricant, le cas échéant.
L'installation doit également respecter les exigences de sécurité électrique applicables et les instructions du fabricant.
Conclusion
Un transformateur de courant réduit le courant élevé pour la mesure en utilisant l'induction électromagnétique pour produire un courant secondaire proportionnel mais beaucoup plus faible.
Par exemple, un TC 500/5 A représente un courant primaire de 500 A avec un courant secondaire d'environ 5 A dans les conditions nominales. Le courant primaire élevé lui-même n'est pas réduit ; au lieu de cela, le CT fournit un signal de courant -plus faible qui peut être connecté en toute sécurité à des compteurs et à des équipements de protection appropriés.
Le rapport TC, la classe de précision, la charge, les caractéristiques du noyau, le courant de fonctionnement, le comportement à la saturation, le câblage et les conditions environnementales affectent tous la qualité de la transformation du courant.
En sélectionnant le rapport TC correct et en installant correctement le transformateur, les systèmes électriques -à courant élevé peuvent être mesurés et surveillés de manière sûre et efficace.