Mesure du courant par transformateurs de courant à flux nul dans les postes de coupure isolés à gaz (GIS)

L'augmentation de la complexité du réseau électrique, en particulier avec l'intégration de dispositifs basés sur l'électronique de puissance, nécessite des techniques de mesure traçables. Ces techniques sont cruciales pour déterminer avec précision les composantes de haute fréquence des forts courants électriques. Dans la mesure non intrusive des courants électriques alternatifs et continus, le couplage magnétique dans les transformateurs de courant est largement utilisé.

L'erreur d'un transformateur de courant est directement liée à la magnétisation de son noyau. Cette connexion inhérente incite naturellement à explorer des méthodes pour atténuer ce flux magnétique. L'une de ces approches est la technique de flux nul. Dans cette technique, un courant de compensation équilibrant est introduit pour induire un flux nul à l'intérieur du noyau magnétique.

Les transformateurs de courant à flux nul appartiennent à la catégorie des transformateurs de mesure à faible puissance (LPITs). Les LPITs offrent de nombreux avantages, notamment une taille plus petite, une consommation d'énergie réduite, une sécurité accrue, une plus grande précision et une fiabilité du signal améliorée. Avec la mise en œuvre de la communication numérique dans les postes de transformation conformément à la norme IEC61850-9-2, l'utilisation des LPITs dans les postes de transformation isolés au gaz (GIS) devrait devenir plus répandue.

Un enroulement de détection est responsable de la sensibilité du flux magnétique à l'intérieur du noyau. Un système de contrôle en boucle fermée, composé d'un amplificateur et d'un enroulement de retour, génère un courant secondaire. Ce courant secondaire est conçu pour contrer le flux produit par le courant primaire, créant ainsi un "transformateur de courant à flux nul".

Le courant secondaire passe ensuite à travers une résistance de charge précise, générant un signal de tension proportionnel au courant primaire. Dans cette configuration, le matériau magnétique du noyau reste inexcité, assurant qu'il ne présente pas d'effets d'hystérésis ou de saturation. Cependant, dans les conditions de courant continu ou de basse fréquence, le mécanisme d'annulation du flux rencontre des défis. L'enroulement de détection est incapable de mesurer le flux résiduel dans de telles circonstances, et par conséquent, le flux ne peut pas être annulé efficacement.

Pour répondre aux mesures de courant continu, un capteur de flux continu est intégré. Cela peut être soit une sonde Hall incorporée dans le noyau, soit un circuit de porte-flux équipé de deux enroulements de contrôle et de détection supplémentaires. Avantages des transformateurs de courant à flux nul Les capteurs de flux nul en courant alternatif présentent une haute linéarité et précision. Ils sont insensibles aux caractéristiques du noyau magnétique, résultant en une petite erreur de phase. La précision de ces capteurs est principalement déterminée par la précision de la résistance de charge.

L'ajout d'une sonde Hall ou d'un détecteur de porte-flux permet de mesurer les courants continus. Ces capteurs sont très résistants aux interférences électromagnétiques, assurant un fonctionnement fiable dans divers environnements électromagnétiques. Inconvénients des transformateurs de courant à flux nul Le capteur nécessite une alimentation externe et un amplificateur pour fonctionner. Un circuit secondaire défectueux a le potentiel de générer des tensions dangereuses, posant un risque de sécurité. Exemple d'utilisation d'un transformateur de courant à flux nul dans le projet Kii-Channel HVDC Link pour un GIS DC 500 kV en extérieur Dans le projet Kii-Channel, des transformateurs de courant à flux nul sont utilisés.

La figure 2 présente le diagramme en bloc et les détails matériels du transformateur de courant. Le courant à mesurer, (Ip), génère un flux magnétique qui est influencé par le courant (Is) dans l'enroulement secondaire ((Ns)). Trois cœurs toriques, situés dans le compartiment GIS, sont utilisés pour senser le flux. Les cœurs (N1) et (N2) sont dédiés à la détection des composantes continues du flux résiduel, tandis que (N3) est responsable de la détection de la composante alternative. Un oscillateur entraîne la paire de cœurs de détection de flux continu ((N1) et (N2)) en saturation dans des directions opposées.

Si le flux continu résiduel est nul, les pics de courant résultants dans les deux directions seront égaux. Cependant, si le flux continu n'est pas nul, la différence entre ces pics est proportionnelle au flux continu résiduel. En combinant la composante alternative détectée par (N3), une boucle de commande est établie. Cette boucle génère le courant secondaire (Is) de telle manière qu'il annule le flux global. Un amplificateur de puissance fournit le courant (Is) à l'enroulement secondaire (Ns). Par la suite, le courant secondaire est dirigé vers la résistance de charge, qui convertit le courant en un signal de tension équivalent. La précision de la mesure est déterminée à la fois par la résistance de charge et la stabilité de l'amplificateur différentiel.

Les transformateurs de courant à flux nul sont des instruments de précision conçus pour les mesures en courant alternatif et en courant alternatif/continu. Actuellement, ils sont le plus souvent utilisés dans les postes de transformation isolés au gaz (GIS) en courant continu de haute tension (HVDC). Le principe de mesure d'un transformateur de courant à flux nul en courant alternatif est illustré à la figure 1.