Publié le 26 janvier 2022

Les transfo de courant

Lettel

A quoi sert un transformateur de courant électrique ?

Les formes et dimensions des conducteurs diffèrent selon l’échelle de courant transporté. Plus le courant transporté est potentiellement élevé, plus les dimensions du conducteur seront importantes.

Par exemple, pour transporter 32A, un câble de 6 mm², soit Ø 2,8 mm sera adapté alors que pour transporter 1000A il faudra utiliser une barre de cuivre de 40×4 mm ou un câble de 120 mm², soit Ø 13 mm.

Des câbles de diamètre trop important ou des barres ne peuvent être raccordés directement à un appareil de mesure, de par leur taille, leur rigidité et pour des raisons évidentes de sécurité.

Dans ce cas on utilise un transformateur de courant qui permet de diviser le courant transporté par le conducteur sur une échelle de valeur plus réduite. Ainsi l’intensité raccordée sur l’instrument de mesure sera faible, tout comme le diamètre des fils.

Comment fonctionne un transformateur de courant ?

Principe de la transformation du signal électrique

Un transformateur de courant (TC), appelé également transformateur d’intensité (TI) ou tore de mesure, permet de convertir l’intensité passant dans un conducteur (valeur primaire) en une seconde intensité (valeur secondaire) dont l’échelle sera inférieure. Le facteur de conversion entre le courant primaire et le signal secondaire du transformateur de courant est appelé rapport de transformation.

Le rapport de transformation du transformateur de courant

Le rapport de transformation correspond au facteur entre le courant primaire et le signal secondaire. Ce rapport de transformation diffère selon les modèles de TC électrique.

Le Transformateur de courant à sortie Courant (A)

La valeur primaire est divisée dans la même unité (A). L’avantage du transformateur de courant à sortie courant est qu’il n’a pas besoin d’être alimenté électriquement. L’inconvénient est la prise en compte de différents facteurs, tels les dimensions et la longueur des conducteurs, pour assurer un bon niveau de précision (voir ci-dessous).

Le Transformateur de courant à sortie tension

La valeur primaire est transformée en un signal secondaire d’une autre unité (V). L’avantage du transformateur de courant à sortie tension est la linéarité de précision sur l’intégralité de la plage de mesure. L’inconvénient est la nécessité d’alimenter électriquement le transformateur d’intensité.

L’installation du transformateur de courant

Le transformateur de courant doit nécessairement être installé sur le conducteur qu’il doit mesurer. Il existe 2 types d’installation permettant de capter l’intensité :

Le transformateur de courant à primaire bobiné

La phase mesurée est directement raccordée au transformateur de courant par une borne à vis d’entrée et en ressort par une autre. Ce type de tore est parfois utilisé sur des conducteurs de faible puissance.

Le transformateur de courant à conducteur traversant

Le centre du tore de courant a un orifice traversé par la phase à mesurer. Ce type de tore est le plus largement utilisé, adapté pour tout type de puissance électrique.

Les différents types de transformateurs de courant

Le TC électrique à noyau de fer

Comment fonctionne un transformateur de courant à noyau de fer ?

Le fonctionnement du tore de mesure de courant est basé sur le principe de l’induction magnétique : lorsqu’un courant électrique traverse le noyau du transformateur, un champ magnétique est généré à l’intérieur du circuit magnétique torique (B sur le schéma). Or quand ce champ magnétique est en contact avec un autre fil, il génère à son tour un courant électrique à l’intérieur du fil en question. Ce courant électrique (A sur le schéma) correspond au courant secondaire du transformateur d’intensité.

C’est le nombre d’enroulements du fil autour du noyau torique qui détermine le rapport de transformation électrique. Plus il est important plus le facteur de diminution l’est également. C’est pour cela que l’on parle de valeur primaire et secondaire d’un transformateur d’intensité électrique.

Exemple de réduction du courant par un transformateur de courant primaire max 1000A et secondaire 5A, soit un ratio 1000/5A :

La valeur du courant secondaire est égale à la valeur du courant primaire divisée par 200 (car 1000/5=200), selon graphique ci-contre.

Les différents types de tores de mesure

Il existe deux catégories principales de TC électriques à noyau de fer :

Le transformateur de courant fermé

Ces TC électriques à noyaux fixes nécessitent de décâbler les conducteurs pour être installés. Ils sont majoritairement utilisés par les tableautiers et installateurs lors de la conception des tableaux et armoires électriques neufs. Ces ont l’avantage d’être économiques et de permettre un bon niveau de précision.

Le transformateur de courant ouvrant

Ces transformateurs d’intensité à noyaux ouvrants permettent une installation sans décâbler les conducteurs. Ils sont particulièrement utilisés lors des rénovations ou sur des installations de fortes puissances. Ce type de transformateurs d’intensité ont l’avantage d’être simples et rapides à installer, mais ne permettent pas d’être aussi précis que les TI fermés.

La boucle de courant Rogowski

Comment fonctionne un capteur de courant Rogowski ?

Le tore de Rogowski ne dispose pas d’un noyau de fer. Le signal de sortie, délivré par les capteurs amagnétiques, est une tension proportionnelle à la dérivée du courant primaire, selon la loi de Faraday. Il offre l’avantage de ne pas saturer et une excellente linéarité sur l’intégralité de la plage de mesure.

Quand utiliser une boucle de courant Rogowski ?

Ce capteur de courant de type Rogowski, souple, peu encombrant et ouvrant, est particulièrement adapté aux installations de fortes puissances ou aux travaux de rénovation. La structure de la boucle Rogowski, à la fois souple et fine, permet une installation dans les lieux difficiles d’accès ou exigus. Les boucles de Rogowski associent une très grande facilité d’installation à une précision optimale sur l’intégralité de la plage de mesure. Ces capteurs proposent des sorties en mV, et nécessitent le plus souvent d’être raccordés à un transducteur de mesure pour convertir le signal de sortie en un signal 1A ou 5A, habituellement utilisé pour le raccordement sur les compteurs d’énergie ou les centrales de mesures.

Le capteur à effet hall

Ce type de capteur de courant est utilisé pour mesurer un courant continu. Le transformateur à effet hall doit être alimenté en courant continu pour fonctionner car il est équipé d’un système électronique. Le signal de sortie du capteur à effet hall est une tension continue généralement comprise entre 0 et 12Vcc. Il est extrêmement précis et peu sensible aux perturbations environnantes.

Classes de précisions du transformateur de courant

La classe de précision est exprimée par un chiffre qui correspond à un pourcentage d’erreur acceptable dans la mesure, ainsi une classe de 0,5 correspond à une erreur de maximum 0,5% lorsque l’intensité est égale à 100% de l’Intensité nominale.

Attention, plus l’intensité mesurée est éloignée du courant nominal plus la précision diminue.

Taux d’erreur selon l’intensité mesurée et la classe de précision :

Habituellement les appareils sont de classes de précisions comprises entre 0,2S, à 3, la lettre S étant ajoutée pour indiquer une classe de précision supplémentaire, souvent demandée dans le cadre de la facturation d’abonnement auprès d‘un fournisseur d’électricité.

La classe de précision d’un transformateur de courant est déterminée en fonction de la puissance apparente (VA) du transformateur (donnée fournie par le fabricant par classe de précision) et de la consommation de la chaîne complète de mesure (puissance absorbée par les fils de liaison + consommation interne du compteur).

Puissance absorbée par les fils de liaison selon la section utilisée :

La consommation de la chaine de mesure (compteur + câbles) doit être inférieure ou égale à la puissance apparente du transformateur de courant.

Prenons pour exemple un compteur consommant 1,5 VA, raccordé à des transformateurs de courant modèle MTCF-624040 de ratio 400/5A, par une liaison filaire de distance A/R 3m.
Le TC MTCF-624040 400/5A atteint la classe 0,2S si ⩽2,5VA et classe 0,5 si ⩽5VA.

Donc avec une liaison compteur-TC de section 1,5 mm², la consommation totale serait de 3m x 0,61VA + 1,5VA = 3,33VA. La classe de précision atteinte serait 0,5.
En revanche si la liaison est câblée en section 4 mm², la consommation totale serait alors : 3m x 0,23VA + 1,5VA = 2,19VA. La classe de précision atteinte serait 0,2S.

La prise en compte de la puissance absorbée par les conducteurs est donc essentielle pour déterminer la classe de précision. Une section plus importante réduit le phénomène d’échauffement qui dissipe la puissance.

Comment choisir le transformateur de courant adapté ?

L’application et l’environnement

Installation neuve ou conception d’armoire et coffret => Privilégier les TC électriques fermés plus précis et économiques.
Rénovation ou installation de forte puissance où si impossibilité de déconnecter les conducteurs de puissance => Un tore de mesure ouvrant permettra d’être installé sans intervenir sur les circuits à mesurer.
Rénovation, installation de forte puissance et / ou difficile d’accès => Les boucles de Rogowski, souples et ouvrantes, sont idéales pour une intégration dans un espace exigu sans déconnecter les câbles de puissance.

Les caractéristiques du tore de mesure

Le courant primaire admissible : supérieur ou égal à la valeur maximale de l’intensité mesurée (par exemple en aval d’un disjoncteur 160A, utiliser un Transformateur de courant de calibre 160A ou 200A).
La valeur du secondaire : compatible avec l’entrée de l’instrument de mesure utilisé – NB certains compteurs électriques sont compatibles avec des courant 1 ou 5A.
Les dimensions : l’ouverture du tore de courant doit être supérieure aux dimensions du conducteur qui le traversera et les dimensions externes du boîtier adaptées à l’emplacement d’installation prévu.
La classe de précision : déterminée par l’application. Par exemple, en cas de souscription d’un abonnement électrique, le fournisseur peut exiger un transformateur de courant de classe de précision spéciale type 0.5S, alors que pour de la mesure informative une classe de précision plus faible sera suffisante.