La charge connectée au circuit secondaire d'un transformateur de courant a un effet profond sur les performances du TC, influençant sa précision, ses caractéristiques de saturation et sa fiabilité globale. La charge-qui se compose des instruments, relais et fils de connexion connectés-détermine la tension que le TC doit générer dans son enroulement secondaire pour piloter le courant secondaire. Cette tension, à son tour, détermine le flux du noyau et le courant d'excitation, qui sont les principales sources d'erreur du TC. Comprendre la relation entre la charge et les performances du CT est essentiel pour une conception appropriée du système et pour résoudre les problèmes de précision.
L'effet le plus direct de la charge sur les performances du CT concerne les erreurs de rapport et de phase. À mesure que la charge augmente, le TC doit générer une tension secondaire plus élevée pour piloter le même courant secondaire à travers l'impédance accrue. Cette tension plus élevée nécessite un flux de noyau plus important, ce qui augmente le courant d'excitation. Étant donné que le courant d'excitation est détourné de la sortie secondaire, une augmentation du courant d'excitation entraîne une augmentation de l'erreur de rapport et de l'erreur de phase. La relation entre la charge et l'erreur est approximativement linéaire pour les charges comprises dans la plage nominale du TC, mais les erreurs augmentent rapidement lorsque la charge approche ou dépasse la VA nominale.
L'effet de la charge sur la précision est spécifié par la charge nominale du CT. La classe de précision du CT n'est garantie que lorsque la charge réelle est égale ou inférieure à la charge nominale. Si la charge réelle dépasse la charge nominale-une condition connue sous le nom de surcharge-les erreurs du CT peuvent dépasser les limites spécifiées par sa classe de précision. Cela peut entraîner des mesures d'énergie inexactes, des écarts de facturation et un mauvais fonctionnement des relais de protection. Pour cette raison, le calcul de la charge doit être effectué avec soin lors de la conception du système afin de garantir que la charge totale ne dépasse pas la VA nominale du TC.
À l'inverse, une très faible charge-une condition connue sous le nom de sous-charge-affecte également les performances du CT. Une charge nominale réelle inférieure augmente le facteur de surintensité et les appareils de mesure peuvent être endommagés en cas de court-circuit-. En cas de charge insuffisante, la tension secondaire pendant les défauts peut augmenter de manière excessive, dépassant potentiellement le niveau d'isolation du circuit secondaire ou endommageant les instruments connectés. Dans certains cas, une résistance de charge peut être ajoutée pour ramener la charge dans la plage recommandée. La somme de la puissance du consommateur doit être proche de la puissance nominale du transformateur, sinon la valeur mesurée pourrait être trop positive.
La charge affecte également les caractéristiques de saturation du TC. Une charge plus élevée augmente la tension secondaire requise pour un courant secondaire donné, ce qui augmente le flux central et rapproche le TC de la saturation. En cas de défaut, lorsque le courant secondaire est plusieurs fois supérieur à la valeur nominale, la tension secondaire et le flux du noyau peuvent devenir très importants, provoquant une saturation. L'effet de la charge sur la saturation est particulièrement important pour les applications de protection, où le TC doit maintenir la précision pendant les défauts pour garantir le bon fonctionnement du relais. Les caractéristiques de saturation des TC ont une influence considérable sur la sécurité du personnel et des équipements ainsi que sur la fiabilité du système de protection et de comptage.
La charge affecte les performances du CT différemment selon les fréquences. L'influence de la charge sur la précision des transformateurs de courant sur de larges plages de fréquences a été étudiée, les résultats montrant que la valeur et le type de charge (résistif, inductif ou capacitif) peuvent affecter la réponse du TC aux harmoniques et aux transitoires. Les charges capacitives, en particulier, peuvent amener le flux du cœur à contenir une composante qui change de manière linéaire avec le temps, conduisant à une saturation en quelques cycles. Ceci est particulièrement problématique pour les applications de protection, où le TC doit reproduire avec précision le courant de défaut sur toute la durée du défaut.
Les effets de la température sur la charge doivent également être pris en compte. La résistance des conducteurs en cuivre-tant dans l'enroulement secondaire du TC que dans les câbles de connexion-augmente avec la température à environ 0,4 % par degré Celsius. À mesure que la charge augmente en raison de l’augmentation de la température, les erreurs CT peuvent également augmenter. Dans les installations avec des températures ambiantes élevées ou une ventilation limitée, la charge réelle à la température de fonctionnement peut être nettement supérieure à la charge calculée à la température de référence.
La gestion pratique de la charge implique un calcul et une sélection minutieux de tous les composants du circuit secondaire. La première étape consiste à déterminer la charge de chaque appareil connecté à partir de ses spécifications ou par mesure. La deuxième étape consiste à calculer la contribution à la charge des câbles de connexion, à l'aide de la formule : Charge de plomb (VA)=I² × R, où I est le courant secondaire nominal et R est la résistance totale de boucle des câbles. La troisième étape consiste à additionner tous les composants du fardeau et à comparer le total à la VA nominale du CT. Si la charge totale dépasse la VA nominale, des mesures telles que l'augmentation de la section du câble-, la réduction de la longueur du câble ou la sélection d'un TC avec une valeur nominale VA plus élevée doivent être prises.
En résumé, la charge d'un transformateur de courant n'est pas simplement une charge passive mais un facteur actif qui détermine directement la précision, le comportement à la saturation et les performances globales du TC. Un calcul et une gestion appropriés de la charge-prenant en compte tous les appareils connectés, les caractéristiques des câbles, les effets de température et les exigences des applications-sont essentiels pour garantir que le CT fonctionne dans ses limites de précision spécifiées et fournit un service fiable tout au long de sa durée de vie.