A transformateur de courant (TC) convertit un courant primaire important en un courant secondaire plus faible et normalisé que les compteurs et les relais de protection peuvent mesurer en toute sécurité. Sa simplicité apparente cache des choix de conception importants : la construction, le rapport, la classe de précision, la charge, les performances de saturation et la polarité d'installation influent tous sur le résultat. Ce guide explique les types et la construction des transformateurs de courant, puis montre comment spécifier les TC pour le comptage et la protection à l'intérieur des transformateurs et des appareillages de commutation.

Que signifie un transformateur de courant ?

Un transformateur de courant est un transformateur de mesure branché en série avec le circuit de puissance. Le primaire peut être un câble, une barre omnibus ou un enroulement dédié. Le courant alternatif primaire produit un flux magnétique dans le noyau, induisant un courant secondaire proportionnel. Les calibres secondaires courants sont de 5 A ou de 1 A, selon le système et la norme.

Un TC fournit une mise à l'échelle des mesures et une isolation électrique, mais il ne reproduit pas chaque courant à la perfection. L'erreur de rapport, le déphasage, les pertes dans le noyau et la saturation doivent rester dans les limites requises pour l'utilisation prévue.

Comment fonctionne un transformateur de courant

Dans un transformateur de courant idéal, les ampère-tours primaires sont égaux aux ampères-tours secondaires. Si un transformateur de courant à barre primaire possède une spire primaire et 200 spires secondaires, un courant primaire de 1 000 A produirait idéalement un courant secondaire de 5 A. Les transformateurs de courant réels nécessitant un courant de magnétisation, le choix est fondé sur des classes de précision normalisées et une charge assignée.

Ne jamais ouvrir le circuit secondaire d'un transformateur de courant sous tension. En l'absence de courant secondaire s'opposant au flux primaire, la tension du noyau peut s'élever à un niveau dangereux et endommager l'isolation ou exposer le personnel. Des ponts de court-circuit et des blocs d'essai doivent être fournis afin que les compteurs ou les relais puissent être retirés en toute sécurité par du personnel qualifié.

Cutaway current transformer showing magnetic core, primary conductor and secondary winding — Un transformateur de courant utilise un noyau magnétique et un enroulement secondaire autour d'un chemin de courant primaire.

Tableau de comparaison rapide et de sélection

Utilisez ce tableau comme un récapitulatif rapide des principales décisions d'ingénierie et d'approvisionnement expliquées dans l'article.

Zone de décision	Sens pratique	Que vérifier
Que signifie un transformateur de courant ?	Un transformateur de courant est un transformateur de mesure branché en série avec le circuit de puissance.	Le primaire peut être un câble, une barre bus ou un enroulement dédié.
Comment fonctionne un transformateur de courant	Dans un TC idéal, les ampères-tours primaires sont égaux aux ampères-tours secondaires.	Si un transformateur de courant à barre passante possède une spire primaire et 200 spires secondaires, un courant primaire de 1 000 A produirait idéalement un courant secondaire de 5 A.
Construction de transformateur de courant	Les composants principaux sont un noyau magnétique, un enroulement secondaire isolé, un chemin de courant primaire, des bornes, un système d'isolation et un boîtier.	Le matériau du noyau et la section transversale influencent le courant d'aimantation et la saturation.
Principaux types de transformateurs de courant	Un transformateur de courant à fenêtre possède une ouverture par laquelle passe un câble ou une barre omnibus.	Ce conducteur forme un primaire à une seule spire.
TC de mesure vs TC de protection	Un transformateur de courant de mesure est optimisé pour la précision autour de la charge normale et est souvent conçu pour saturer avant qu'un courant de défaut excessif n'atteigne les instruments connectés.	Un transformateur de courant de protection doit reproduire un courant de défaut élevé avec suffisamment de précision pour que le relais fonctionne correctement.

Construction de transformateur de courant

Les principaux composants sont un noyau magnétique, un enroulement secondaire isolé, un chemin de courant primaire, des bornes, un système d'isolation et un boîtier. Le matériau et la section transversale du noyau influencent le courant de magnétisation et la saturation. L'enroulement secondaire utilise de nombreuses spires de conducteur en cuivre réparties pour contrôler le flux de fuite. Les TIC moyenne tension nécessitent également un système d'isolation dimensionné pour la tension du réseau et le niveau d'impulsion.

Certains transformateurs de courant (TP) d'appareillage comportent plusieurs noyaux. Un noyau peut alimenter des compteurs de facturation ou de mesure opérationnelle, tandis que des noyaux de protection distincts alimentent des relais de surintensité, de défaut à la terre ou différentiels. Chaque noyau possède son propre rapport, sa propre classe et sa propre charge, et ne doit être câblé qu'à son circuit assigné.

Principaux types de transformateurs de courant

Transformateur de courant à tore ou traversant

Un transformateur de courant à fenêtre possède une ouverture par laquelle passe un câble ou une barre omnibus. Ce conducteur forme un primaire à une seule spire. Sa construction est compacte, facile à installer et largement utilisée dans les tableaux électriques. Une version à noyau ouvrant peut être installée autour d'un conducteur existant à des fins de surveillance, mais les noyaux assemblés peuvent présenter une précision différente et ne doivent pas être considérés comme adaptés à la protection sans vérification.

transformateur de courant à barre passante

Un transformateur de courant à barre traversante comprend un conducteur primaire fixe en son cœur. Des bornes connectent la barre directement au circuit de puissance. Il offre une construction mécanique et électrique contrôlée pour l'appareillage de commutation, mais doit être dimensionné pour le courant permanent et les efforts de court-circuit.

transformateur de courant à primaire bobiné

Un transformateur de courant à plusieurs tours primaires est utile pour les rapports de courant primaire faibles où un seul tour primaire ne permettrait pas d'obtenir des performances adaptées. Le primaire et le secondaire nécessitent tous deux une isolation et des bornes, ce qui rend la construction plus complexe.

Transformateurs de courant pour traversées et câbles

Les transformateurs de courant (TC) pour traversées s'ajustent autour des traversées de transformateurs ou de disjoncteurs. Les TC de type câble s'ajustent autour des câbles de puissance et peuvent être utilisés pour la mesure des courants de phase ou de défaut à la terre. Un TC à tore homopolaire entoure tous les conducteurs de phase de sorte que la somme vectorielle des courants normaux soit presque nulle ; le courant résiduel apparaît lors d'un défaut à la terre.

Three ring current transformers installed around switchgear power cables — Les transformateurs de courant (TI) de type fenêtre et tore sont installés autour d'une barre bus ou d'un câble qui forme le conducteur primaire.

TC de mesure vs TC de protection

Un transformateur de courant de mesure est optimisé pour la précision autour de la charge normale et est souvent conçu pour saturer avant qu'un courant de défaut excessif n'atteigne les instruments connectés. Un CT de protection doit reproduire un courant de défaut élevé avec suffisamment de précision pour que le relais fonctionne correctement. Sa tension de coude, sa courbe d'excitation ou sa classe d'erreur composite peuvent donc être plus importantes qu'une précision fine à charge normale.

Ne placez pas de relais de protection et de compteur de précision sur un même noyau à moins que la conception ne démontre explicitement que la charge et la saturation répondent aux deux exigences. Des noyaux séparés rendent les performances et les tests plus clairs.

Comprendre le rapport des TC

Un rapport tel que 600/5 A signifie qu'un courant primaire de 600 A correspond nominalement à un courant secondaire de 5 A. Le rapport est de 120:1. Si le secondaire mesure 3 A, le courant primaire indiqué est d'environ 360 A avant l'application des corrections d'instruments.

Le calibre primaire sélectionné doit couvrir la charge continue maximale prévue sans rendre le courant normal trop faible pour une précision utile. Les transformateurs de courant à rapports multiples offrent des prises, mais les bornes inutilisées et le rapport effectivement connecté doivent être documentés.

Classe de précision, charge et saturation

La charge assignée est l'impédance ou la charge en VA connectée au secondaire au courant assigné. Elle comprend le compteur ou le relais, le commutateur d'essai, les bornes et la résistance des conducteurs. Une charge excessive augmente l'erreur et peut provoquer une saturation plus précoce. Un secondaire de 1 A réduit souvent la charge des conducteurs sur de longs câblages, car la perte de puissance varie en fonction du carré du courant.

Les classes de précision pour la mesure indiquent les erreurs de rapport et de phase permises sur une plage de courant. Les classes de protection indiquent les performances au courant limite de précision assigné ou définissent les exigences de tension de coude et de résistance secondaire. Les normes utilisent différentes désignations de classe, de sorte que le cahier des charges d'achat doit citer l'édition applicable et la classe complète, et non seulement un numéro.

Current transformers connected to factory ratio and accuracy test equipment — Le rapport, l'erreur de phase, la charge et la performance d'excitation doivent correspondre à la fonction de mesure ou de protection.

Comment dimensionner un transformateur de courant

Confirmer la tension maximale du système et le niveau d'isolement requis.
Calculer le courant maximal normal, d'urgence et futur.
Sélectionnez un rapport primaire standard qui offre une résolution utile sans surcharge.
Choisissez un secondaire de 1 A ou 5 A pour l'adapter au relais, à l'appareil de mesure et à la distance de câblage.
Calculer la charge totale des appareils et de la résistance des conducteurs.
Sélectionnez la classe de mesure ou de protection en fonction de l'application et de la norme en vigueur.
Vérifier la tenue aux courants de court-circuit thermiques et dynamiques par rapport à l'étude des défauts.
Confirmer la taille de la fenêtre, la disposition des conducteurs, les bornes, la polarité et le montage.

TCs dans les tableaux de commande et la protection des transformateurs

Dans Appareillage sous enveloppe métallique moyenne tension KYN28A-12, les TC fournissent des fonctions de mesure et de protection du départ autour du câble ou du trajet de bus. Les assemblages à plus haute tension tels que Tableau de commutation KYN61-40,5 exiger une isolation du transformateur de courant et des dimensions appropriées à la classe de tension.

La protection différentielle d'un transformateur de puissance compare les courants de chaque côté après avoir pris en compte le rapport et le déphasage du groupe de couplage. Le rapport des TC, la polarité, la saturation et la compensation du relais doivent tous être coordonnés. Pour un projet utilisant un transformateur de puissance immergé dans l'huile de 35 kV, les données du transformateur et l'étude de défaut doivent être fournies avec le tableau des TC de l'appareillage.

Liste de contrôle pour l'installation et les tests

Vérifier le rapport, la classe, la charge et les repères de the bornes de la plaque signalétique.
Confirmer la polarité P1/P2 et S1/S2 par rapport aux schémas de protection.
Mettez le circuit secondaire à la terre au point unique désigné.
Vérifier que tous les conducteurs principaux traversent un tore de mesure dans la bonne direction.
Effectuer les essais de rapport, de polarité, d'isolement et d'excitation requis.
Valider l'injection secondaire et la chaîne de déclenchement complète du relais au disjoncteur.
Maintenez les circuits secondaires court-circuités avant de débrancher les équipements connectés.

Un transformateur de courant peut-il mesurer le courant continu ?

Un transformateur de courant magnétique conventionnel nécessite un flux alternatif et ne peut pas mesurer le courant continu (DC) stationnaire. La mesure de courant continu utilise des capteurs à effet Hall, des transducteurs à vanne de flux (fluxgate) ou des shunts. Un appareil commercialisé sous le nom de “ transformateur de courant continu ” utilise généralement des composants électroniques actifs et doit être spécifié selon sa bande passante, sa précision, son isolation et ses besoins en alimentation auxiliaire.

Charge en tomodensitométrie, précision et point d'inflexion

La charge du transformateur de courant (TC) est l'impédance combinée des compteurs, des relais, des câbles et des bornes. Une charge excessive augmente l'erreur et peut pousser le noyau à saturation. Les TC de mesure privilégient la précision près du courant nominal ; les TC de protection doivent reproduire un courant de défaut élevé assez longtemps pour que le relais fonctionne. Les données de point de coude ou d'excitation sont particulièrement importantes dans les schémas à haute impédance et différentiels.

Polarité des TC et sécurité secondaire

Les repères de polarité établissent le sens utilisé par les fonctions de puissance, différentielles et directionnelles. Vérifiez l'identification des bornes et la mise à la terre secondaire en un point par rapport au schéma approuvé. N'ouvrez jamais le secondaire d'un TC sous tension : le flux du noyau et la tension secondaire peuvent atteindre des niveaux dangereux. Utilisez des bornes de court-circuit avant de retirer un relais ou un appareil de mesure.

Références techniques et lectures complémentaires

Les sources indépendantes suivantes étayent les normes, la terminologie, les calculs et le contexte de sécurité abordés dans ce guide :

norme de transformateur de puissance CEI 60076-1 — Domaine d'application, terminologie, caractéristiques assignées, symboles de raccordement, essais, sécurité et exigences générales pour les transformateurs de puissance.
Département de l'Énergie des États-Unis : Transformateurs de distribution — Définitions officielles, exigences d'efficacité, procédures d'essai et ressources réglementaires pour les transformateurs de distribution.
Exigences de l'OSHA relatives au transport et à la distribution d'énergie électrique — Exigences de sécurité applicables aux travaux de construction et aux interventions à proximité des équipements de transport et de distribution d'électricité.