Qu'est-ce qu'un transformateur de courant-monophasé intérieur ? Comment ça marche ?

Les transformateurs de courant sont des instruments essentiels indispensables pour la mesure, la protection et la surveillance des systèmes électriques. Que ce soit dans les salles de distribution d'usine, les sous-stations ou les armoires de distribution de bâtiments, on les trouve presque partout où une mesure de courant est requise. Les transformateurs de courant monophasés-d'intérieur, en tant que type le plus largement utilisé, jouent un rôle crucial dans la conversion des courants importants dans les lignes à haute tension-en courants plus petits adaptés à une utilisation sûre par les instruments et les relais. Cet article présentera systématiquement la définition, la structure et le principe de fonctionnement des transformateurs de courant monophasés d'intérieur -, aidant ainsi les professionnels de l'électricité et les débutants à établir une compréhension claire.

Un transformateur de courant (CT) est un appareil spécialisé de mesure et de transformation. Sa fonction principale est de convertir proportionnellement les courants importants dans un système électrique en courants standards plus petits. Généralement, il convertit un courant primaire important en une sortie standard de 5 A ou 1 A du côté secondaire, garantissant ainsi l'utilisation sûre des équipements secondaires tels que les instruments de mesure de puissance, les ampèremètres, les wattmètres et les dispositifs de protection de relais.
Pourquoi cette conversion est-elle nécessaire ? Il y a deux raisons à cela : premièrement, le courant de ligne dans les systèmes électriques atteint souvent des centaines, voire des milliers d'ampères, ce qui rend impossible une connexion directe à des instruments ordinaires. Deuxièmement, les lignes à haute tension-ne peuvent pas être directement connectées aux instruments de mesure ; sinon, les opérateurs courraient un risque de choc électrique. Les transformateurs de courant réalisent une isolation électrique grâce au principe de l'induction électromagnétique, à la fois réduisant proportionnellement le courant et isolant complètement le côté haute -tension du circuit secondaire basse-tension, garantissant fondamentalement la sécurité du personnel et des équipements de mesure.

Intérieur : Il s'agit d'un modèle de transformateur spécialement conçu pour les environnements d'installation intérieurs. Sa structure d'isolation, son niveau de protection du boîtier et sa ligne d'isolement sont conçus pour des conditions intérieures et ne conviennent pas à une utilisation directe dans des environnements extérieurs humides, sales ou exposés à la pluie.
Monophasé- : cela signifie que chaque transformateur mesure le courant d'une seule ligne de phase, avec une unité configurée par phase. Dans un système triphasé-, si une mesure de courant triphasé-est requise, deux ou trois transformateurs monophasés-sont généralement nécessaires (selon la méthode de câblage). Comparés aux transformateurs de courant intégrés triphasés-, les transformateurs de courant monophasés-sont plus petits et plus flexibles dans leur installation, facilitant leur placement dans diverses armoires de distribution, appareillages de commutation et boîtiers de comptage.

Les transformateurs de courant monophasés-intérieurs sont principalement constitués des éléments suivants de l'extérieur vers l'intérieur :
1. Noyau
Le noyau est le noyau du circuit magnétique du transformateur, généralement constitué de tôles d'acier au silicium à haute perméabilité empilées, formant une boucle de flux magnétique fermée. Le matériau et la-section transversale du noyau affectent directement la classe de précision et les caractéristiques d'erreur du transformateur. Les transformateurs de mesure nécessitent une perméabilité élevée du noyau et une faible perte par hystérésis ; les transformateurs de protection donnent la priorité à la capacité du noyau à empêcher une saturation prématurée en cas de défauts de courant - élevés.
2. Enroulement primaire (bobine primaire)
L'enroulement primaire comporte très peu de spires, généralement seulement une à quelques spires, parfois directement formées par un jeu de barres ou une tige de cuivre traversant le noyau. L'enroulement primaire est connecté en série à la ligne électrique mesurée, et le courant primaire important circule à travers cet enroulement pour générer un champ magnétique.
3. Enroulement secondaire (bobine secondaire) L'enroulement secondaire comporte plus de tours et est enroulé autour du noyau de fer. Il réalise un couplage électromagnétique avec l'enroulement primaire via le champ magnétique du noyau de fer, induisant un courant secondaire. Les deux bornes de l'enroulement secondaire sont généralement marquées S1 et S2 (ou K1 et K2) pour la connexion d'instruments externes et de relais.
4. Isolant L'isolant s'enroule autour du noyau de fer et de l'enroulement, isolant complètement le circuit primaire haute-tension du circuit secondaire basse-tension. Les méthodes d'isolation courantes pour les transformateurs de courant intérieurs comprennent le moulage de résine époxy (coulée monolithique, bonne isolation, structure compacte) et l'emballage en papier isolant avec vernis (procédé traditionnel, adapté aux produits de grande capacité-).
5. Boîtier et support de montage Le boîtier est généralement un moulage en résine époxy monolithique ou un boîtier métallique. Les méthodes d'installation incluent les types de murs, de poteaux et de traversées, avec différentes formes sélectionnées en fonction de l'emplacement d'installation et de la structure du circuit.

Le principe de fonctionnement des transformateurs de courant monophasés-d'intérieur est basé sur la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Son essence est la même que celle d'un transformateur, mais les conditions de fonctionnement sont sensiblement différentes. Le processus de travail de base est le suivant :
Lorsque le courant primaire I₁ traverse l'enroulement primaire (N₁ tours) du circuit testé, selon la loi d'Ampère, le courant génère un flux magnétique alternatif Φ dans le noyau de fer. Ce flux magnétique alternatif traverse l'enroulement secondaire avec N₂ tours, et selon la loi d'induction électromagnétique de Faraday, une force électromotrice secondaire est induite dans l'enroulement secondaire, générant ainsi un courant secondaire I₂ dans le circuit secondaire connecté à la charge (résistance interne de l'instrument).
La principale différence entre un transformateur de courant et un transformateur est la suivante : un transformateur fonctionne dans des conditions proches de -sans-charge, et la tension secondaire varie en fonction de la charge ; tandis qu'un transformateur de courant fonctionne normalement avec son côté secondaire dans un état de circuit proche de -court-circuit- (avec une résistance interne minimale de l'instrument), et le courant secondaire a une relation proportionnelle fixe avec le courant primaire, indépendamment de la taille de la charge. En raison de cette caractéristique, le côté secondaire d’un transformateur de courant ne doit jamais fonctionner en circuit ouvert. Une fois ouvert-en circuit, le flux magnétique à travers le noyau augmentera considérablement en raison de la perte d'ampères-tours démagnétisants-du côté secondaire, conduisant à une sursaturation du noyau-et induisant une tension dangereusement élevée (jusqu'à plusieurs kilovolts) du côté secondaire, menaçant sérieusement la sécurité de l'équipement et du personnel.

Après avoir compris le principe de fonctionnement, il est également nécessaire de se familiariser avec les paramètres clés suivants :
Rapport du courant nominal (rapport de transformation) : tel que 100/5, 200/5, 400/5, etc., représentant le rapport du courant nominal du côté primaire au courant nominal du côté secondaire, est le paramètre principal de sélection.
Classe de précision (grade de précision) : Les valeurs couramment observées sont 0,1, 0,2, 0,5 (pour la mesure) et 5P, 10P (pour la protection). Plus le nombre est petit, plus la précision est élevée. Différentes qualités doivent être sélectionnées pour différentes applications.
Charge secondaire nominale (VA) : il s'agit de la puissance apparente correspondant à l'impédance maximale admissible connectée au côté secondaire du transformateur de courant. Les valeurs courantes sont 5VA, 10VA, 15VA, 30VA, etc. L'impédance totale des instruments connectés ne doit pas dépasser cette valeur ; sinon, l'erreur augmentera.
Tension nominale d'isolation (Um) : ceci indique la classe de tension de tenue d'isolation du côté primaire du transformateur de courant à la terre et au côté secondaire, par exemple 0,72 kV, 3,6 kV, 7,2 kV, etc.

Scénarios Les transformateurs de courant monophasés-d'intérieur sont largement utilisés dans les applications suivantes : circuits de mesure et de protection dans les systèmes de distribution d'énergie d'usine ; détection de courant dans les appareillages de commutation 10 kV et les armoires de distribution basse tension- ; actuel

échantillonnage dans les dispositifs de protection des relais des sous-stations ; boîtiers de comptage d'énergie dans les salles de distribution des bâtiments ; et circuits de surveillance du courant dans les systèmes d'automatisation industrielle.

Q1 : Pourquoi le côté secondaire d'un transformateur de courant ne peut-il pas être en circuit ouvert- ?
R : Lorsque le côté secondaire est en circuit ouvert-, le flux magnétique dans le noyau de fer perd l'effet démagnétisant du courant secondaire, provoquant une forte augmentation du flux magnétique. Cela induit une haute tension de plusieurs milliers de volts du côté secondaire, ce qui peut facilement conduire à une rupture d'isolation du transformateur de courant et à des accidents de choc électrique. Le côté secondaire doit être court-circuité-avant de démonter l'instrument.

Q2 : Est-il plus sûr de choisir un rapport de transformation plus grand pour le transformateur de courant ?
R : Pas nécessairement. Un rapport de transformation trop élevé entraînera un courant secondaire insuffisant sous charge normale, augmentant les erreurs de mesure et les lectures d'instruments inexactes. Un rapport de transformation approprié doit être sélectionné en fonction du courant de charge maximal réel ; en général, un courant de fonctionnement normal compris entre 60 % et 80 % du courant primaire nominal est préférable.

Q3 : Les transformateurs de courant intérieurs peuvent-ils être installés à l’extérieur ?
R : Non. La structure d’isolation et la ligne de fuite des transformateurs de courant intérieurs sont conçues pour des environnements intérieurs propres. Les environnements extérieurs humides, sales et ultraviolets accéléreront le vieillissement de l’isolation, entraînant un contournement par fuite ou une rupture de l’isolation. Des transformateurs de courant extérieurs dédiés doivent être utilisés.