Les deux principaux types de transformateurs de mesure dans un système électrique.

I. Transformateur de tension (VT)

Le transformateur de tension (aussi appelé transformateur de potentiel, abrégé en PT ; transformateur de tension, abrégé en VT) est un dispositif électrique utilisé pour transformer les niveaux de tension dans les circuits électriques.

1. Principe de fonctionnement

Le transformateur de tension fonctionne sur le principe de l'induction électromagnétique et a une structure similaire à celle d'un transformateur conventionnel, composée principalement d'un enroulement primaire, d'un enroulement secondaire et d'un noyau. L'enroulement primaire est connecté en parallèle au circuit haute tension mesuré et comporte un grand nombre de spires.

L'enroulement secondaire, avec moins de spires, est connecté aux instruments de mesure, aux relais de protection et à d'autres charges. Dans des conditions de fonctionnement normales, le côté secondaire est approximativement en état de circuit ouvert. Selon la loi de l'induction électromagnétique, le rapport de tension primaire à secondaire est égal au rapport de spires (U₁/U₂ = N₁/N₂). Cela permet de réduire proportionnellement la haute tension à une tension basse standardisée (généralement 100V ou 100/√3 V), rendant la tension sûre et adaptée aux appareils de mesure et de protection.

Son symbole électrique est le suivant :

2. Fonctions

• Mesure de tension : Réduit les tensions élevées du système à des tensions basses standardisées (par exemple, 100V ou 100/√3 V) pour être utilisées par des voltmètres, des compteurs d'énergie et d'autres instruments de mesure, permettant une surveillance en temps réel de la tension du système électrique.
• Protection par relais : Fournit des signaux de tension fiables aux relais de protection pour les fonctions de surtension, de sous-tension et autres protections. En cas de conditions de tension anormales, le système de protection répond rapidement, déclenchant un ordre de coupure pour isoler le circuit défectueux et assurer la sécurité du système et des équipements.
• Relevé d'énergie et facturation : Fonctionne en conjonction avec des compteurs d'énergie pour mesurer précisément la consommation d'énergie dans les circuits haute tension. Il sert de base critique pour la facturation des services publics et le règlement de l'énergie.

3. Caractéristiques

• Grande précision : Les transformateurs de tension de classe de mesure ont des classes de précision élevées (par exemple, 0,2, 0,5) pour assurer une mesure de tension et un relevé d'énergie précis. Les VT de classe de protection privilégient une réponse rapide et ont des classes de précision relativement plus faibles (par exemple, 3P, 6P).
• Exigences d'isolation élevées : Les VT haute tension doivent résister à des tensions de fonctionnement élevées et utilisent généralement une isolation immergée dans l'huile, au gaz SF₆ ou en résine solide pour une performance stable et fiable. Les VT basse tension sont principalement de type sec, avec une structure simple et un entretien facile.
• Le côté secondaire ne doit pas être court-circuité : Un court-circuit sur le côté secondaire peut générer des courants extrêmement élevés, risquant de surchauffer et de détruire les enroulements. Par conséquent, le circuit secondaire doit être protégé par des fusibles ou des disjoncteurs différentiels.

4. Scénarios d'application

• Applications haute tension : Adapté aux lignes de transport et aux postes de transformation avec des tensions de 1 kV et plus (par exemple, systèmes de 10 kV, 35 kV, 110 kV). Utilisé pour surveiller les tensions de barres ou de lignes et fournir des entrées aux systèmes de protection, assurant un fonctionnement sûr et stable du réseau.
• Applications basse tension : Applicable aux systèmes de distribution inférieurs à 1 kV (par exemple, circuits résidentiels de 220V, systèmes industriels de 380V). Généralement installé dans des tableaux basse tension pour surveiller la tension côté consommateur ou pour interfacer avec des compteurs d'énergie pour la mesure de puissance.

II. Transformateur de courant (CT)

Un transformateur de courant (CT), également connu sous le nom de transducteur de courant, est un transformateur instrument qui, dans des conditions de fonctionnement normales, produit un courant secondaire proportionnel de manière substantielle au courant primaire, avec une différence de phase approchant zéro lorsqu'il est correctement connecté.

1. Principe de fonctionnement

Le transformateur de courant fonctionne sur le principe de l'induction électromagnétique et a une structure similaire à celle d'un transformateur conventionnel, composée d'un enroulement primaire, d'un enroulement secondaire et d'un noyau magnétique. L'enroulement primaire est connecté en série avec le circuit mesuré et comporte très peu de spires (parfois une seule spire), portant le courant primaire élevé.

L'enroulement secondaire, avec beaucoup plus de spires, est connecté en série à des instruments de mesure, des relais de protection et d'autres charges, formant une boucle fermée. Dans des conditions de fonctionnement normales, le côté secondaire est approximativement en état de court-circuit. Selon l'induction électromagnétique, le rapport de courant primaire à secondaire est inversement proportionnel au rapport de spires (I₁/I₂ = N₂/N₁). Cela permet de réduire proportionnellement les grands courants à des courants bas niveau standardisés (généralement 5A ou 1A), facilitant la mesure, la surveillance et la protection.

Son symbole électrique est le suivant :

Le rapport du courant nominal primaire au courant nominal secondaire d'un transformateur de courant est appelé le rapport de transformation de courant (Ke). L'expression du rapport de transformation de courant est :

Note :

• W₁, W₂ sont le nombre de spires des enroulements primaire et secondaire du transformateur, respectivement ;
• I₁ₑ, I₂ₑ sont les courants nominaux des enroulements primaire et secondaire, respectivement ;
• I₁, I₂ sont les courants réels dans les enroulements primaire et secondaire, respectivement.

2. Fonctions

• Mesure de courant : Réduit les courants primaires élevés à des courants secondaires bas standardisés (par exemple, 5A ou 1A), permettant aux ampèremètres, aux compteurs d'énergie et à d'autres instruments de surveiller en temps réel le courant de charge.
• Protection par relais : Fournit des signaux de courant aux relais de protection pour la protection contre les surintensités, les différentielles et les distances. En cas de défauts tels que les courts-circuits ou les surcharges, le système de protection déclenche un signal de coupure pour interrompre l'alimentation, évitant ainsi les dommages aux équipements et l'instabilité du système.
• Isolation électrique : Fournit une isolation galvanique entre le circuit primaire haute tension/haute intensité et les circuits secondaires basse tension utilisés pour la mesure, le contrôle et la protection. Cela assure la sécurité du personnel et des équipements secondaires.

3. Caractéristiques

• Haute fiabilité : Doit résister à des contraintes mécaniques et thermiques élevées lors des événements de court-circuit. Les CT sont conçus avec une excellente stabilité dynamique et thermique pour rester intacts dans des conditions de défaut extrêmes.
• Conception à plusieurs enroulements : Les CT haute tension ont souvent plusieurs enroulements secondaires - un pour la mesure (grande précision, par exemple, classe 0,5) et un autre pour la protection (large plage et réponse rapide, par exemple, classe 5P ou 10P). Les CT basse tension ont généralement un ou deux enroulements pour répondre aux besoins de base des applications.
• Le côté secondaire ne doit pas être ouvert : Un circuit ouvert sur le côté secondaire peut induire des tensions extrêmement élevées (jusqu'à plusieurs kV) à travers l'enroulement, posant des risques graves de rupture d'isolation, de dommages aux équipements et de choc électrique. Par conséquent, le circuit secondaire doit rester fermé pendant le fonctionnement - son ouverture est strictement interdite.

4. Scénarios d'application

• Applications haute tension : Utilisé dans les lignes de transport et les postes de transformation avec des tensions de 1 kV et plus (par exemple, systèmes de 10 kV, 35 kV, 110 kV). Large application dans la surveillance du courant et la protection des équipements critiques tels que les transformateurs, les disjoncteurs et les barres, jouant un rôle vital dans la garantie de la fiabilité et de la sécurité du réseau.
• Applications basse tension : Appliqué dans les systèmes de distribution inférieurs à 1 kV (par exemple, ateliers industriels, bâtiments commerciaux, complexes résidentiels). Généralement installé dans des tableaux basse tension ou des panneaux de distribution pour la surveillance des circuits dérivés, la mesure d'énergie ou l'intégration avec des dispositifs de courant résiduel (RCD) et des compteurs intelligents pour permettre une gestion sûre et efficace de l'utilisation de l'énergie.