Demandez à n'importe quel ingénieur électricien quel appareil est utilisé pour protéger un système triphasé contre les défauts à la terre et les courants de fuite, et la réponse sera probablement le transformateur de courant à équilibre de noyau (CBCT), également appelé transformateur de courant à séquence nulle (ZCT) ou transformateur de courant à phase nulle. Le CBCT est un anneau toroïdal qui permet aux conducteurs triphasés et au conducteur neutre, s'il est utilisé, de passer à travers lui en tout temps tout en surveillant la somme des courants et ainsi empêchant toute mauvaise mesure en suivant une seule phase. Le CBCT vérifie que les courants triphasés s'annulent à zéro pendant le fonctionnement normal, et la solidité du CBCT prend fin au moment où des courants de fuite ou des défauts à la terre se produisent dans le système. Le CBCT enregistre tout courant non nul (résiduel) et envoie un signal de déclenchement au relais de fuite à la terre via son enroulement secondaire, lui permettant d'agir en quelques millisecondes. Ainsi, l'introduction du CBCT dans le secteur industriel fournit une mesure préventive contre les zones inaccessibles pour l'ingénierie électrique.
Dans cet article, le CBCT sera défini en termes opérationnels, son fonctionnement mis en évidence, les types disponibles pour utilisation définis, les domaines d'utilisation spécifiés, les différences établies pour distinguer le CBCT du système CT conventionnel, les fabricants discutés, et le coût analysé.
Réponse rapide : Un transformateur de courant à équilibre de noyau (CBCT), parfois appelé transformateur de courant à séquence nulle (ZCT) ou transformateur de courant à phase nulle (ZPC), est en réalité un CT toroïdal qui passe toutes les trois phases. Dans des circonstances normales, la somme vectorielle des courants dans les trois phases conduirait à un flux net nul dans le noyau, ce qui entraîne une sortie de tension nulle dans ce cas. Cependant, si un défaut à la terre se produit ou s'il y a une fuite de courant, l'équilibre est rompu et un courant résiduel circule à travers le noyau, ce qui permet au CBCT d'envoyer un signal au relais de défaut à la terre ou de fuite pour déclencher le système en cas de détection d'un courant de fuite de seulement quelques milliampères.
Qu'est-ce qu'un transformateur de courant à équilibre de noyau ?
Les transformateurs de courant à équilibre de noyau (CBCT) sont des transformateurs de courant uniques et spécialement conçus ayant la forme d'anneaux, qui ont un enroulement secondaire réalisé sur eux. Les conducteurs triphasés du système triphasé (c'est-à-dire soit trois câbles à cœur unique, soit un câble à trois cœurs) sont introduits par le trou central de l'anneau et agissent comme enroulement primaire pour le transformateur. L'action du CBCT ne mesure pas les phases individuelles ; elle mesure plutôt la somme vectorielle de tout ce qui se trouve à l'intérieur de l'anneau. Dans un système triphasé équilibré, il y a une somme nulle des quantités vectorielles nous donnant une sortie secondaire nulle pour un circuit sain. Tout déséquilibre tel qu'un défaut de fuite entraînerait une sortie secondaire qui serait injectée dans le relais de défaut à la terre (EFR) ou le relais de fuite à la terre (ELR), qui actionne le disjoncteur.
Le même appareil a de nombreux noms différents, à savoir CT de balance de cœur, CT de séquence zéro (ZCT), transformateur de courant de phase zéro (ZPC) et transformateur de courant résiduel (RCT) désignant le même type et principe de fonctionnement. La plupart des régions du monde se réfèrent à cet appareil comme CBCT. La famille complète de produits transformateurs de courant à laquelle il appartient est couverte sur notre transformateur de courant page.
Comment ça fonctionne : Le principe de séquence zéro
Le principe de fonctionnement repose sur la loi de Kirchhoff des courants en magnétisme. Dans le cas d'un système triphasé normal,
IA + IB + IC = 0
Comme les trois courants de phase atteignent leur valeur maximale simultanément et ont un angle de décalage de 120°, la somme de ces courants de phase est nulle. Cela implique que les flux de magnétisation produits par eux à l'intérieur de la forme toroïdale s'équilibrent complètement, résultant ainsi en un flux net nul et aucune courant secondaire. Ainsi, le relais de défaut à la terre reste inactif. Ainsi, nous voyons le concept de la balance de cœur, où la somme nulle des courants aide à maintenir le cœur toroïdal équilibré.
Lorsqu'il y a un défaut à la terre ou une fuite — soit lorsqu'une phase entre en contact avec le boîtier de l'équipement, soit lorsque l'humidité pénètre dans l'équipement, le courant ne retournera pas via les phases à la source et prendra une partie du circuit, ce qui perturbera l'équilibre.
IA + IB + IC ≠ 0
Le résiduel est appelé les courants de séquence zéro qui circulent dans le cœur du toroïde créant un flux net et induisant un courant secondaire dans l'enroulement. Le relais de défaut à la terre détecte ce courant et commande l'opération du disjoncteur presque instantanément.
Types et construction
La classification des CBCT est principalement basée sur leur construction et la taille de la fenêtre, et non sur la topologie électrique :
- CBCT à anneau solide (fermé) — le design toroïdal conventionnel par lequel les fils sont passés à travers la fenêtre lors de l'installation — le plus économique et le plus largement utilisé.
- CBCT à noyau fendu — ce type de CBCT s'ouvre pour entourer des fils existants sans avoir à les déconnecter — couramment utilisé pour la modernisation de circuits électriques existants en raison des contraintes de travail à l'intérieur d'un circuit sous tension.
- Classes de fenêtre/diamètre — le diamètre du trou central doit être adapté au faisceau de fils passant à travers ; les tailles de trou typiques sont de 40 mm, 60 mm, 80 mm et 100 mm de diamètres nominaux, selon la taille des conducteurs (par exemple, ZCT-R40, R60, R80).
- Configuration de sortie — un avantage significatif des CBCT est la disponibilité d'un rapport secondaire tel que 50/1, 100/1, 200/1, 500/1 ou 1000/1 ; les spécifications de sortie correspondant à l'entrée sur le relais — de nombreux relais sont associés à des CBCT fabriqués par la même entreprise garantissant la compatibilité.
Dans les systèmes triphasés, les trois phases sont mesurées à travers un seul anneau ; en utilisation monophasée, les fils actifs et neutres passent ensemble à travers l'anneau pour permettre la mesure du déséquilibre dans le circuit. La sélection du rapport et de la classe de précision pour l'une de ces configurations suit le guide général de sélection des transformateurs de courant.
CBCT vs CT conventionnel : Les principales différences
| Caractéristique | Transformateur de courant à équilibre de cœur (CBCT/ZCT) | Transformateur de courant conventionnel (CT) |
|---|---|---|
| Ce qu'il mesure | Somme vectorielle (résiduelle) de tous les courants à travers l'anneau | Courant de charge d'un seul conducteur |
| Installation | Toutes les phases (et neutre) passent à travers un anneau | Un CT par phase sur le conducteur |
| Sortie en fonctionnement normal | Zéro (système équilibré) | Courant de pleine charge (échelonné) |
| Objectif principal | Détection de défaut à la terre / fuite à la terre | Mesure et protection contre les surintensités |
| Sensibilité aux défauts à la terre | Très élevée — milliampères | Limitée — conçue pour les courants de pleine charge |
| Défauts détectés | Défauts à la terre, fuites, séquence nulle | Surcharges, courts-circuits, courant de phase |
Le résultat pratique est qu'un CT traditionnel vous donne les détails de la quantité de courant transportée par une phase donnée tandis que le CBCT indique tout courant manquant, qui est le courant qui a fui à la terre. Les deux sont complémentaires, non concurrents : les installations utilisent des CT de phase pour la mesure et la protection contre les surintensités et des CBCT pour la protection contre les défauts à la terre que les CT de phase ne peuvent pas voir — les bases de la conception de la protection contre les défauts à la terre sont résumées dans notre bases de la protection contre les défauts à la terre article.
Où les CBCT sont utilisés
- Protection du transformateur — protection contre les défauts à la terre sur les neutres de transformateur ainsi que sur les enroulements, y compris les schémas de défaut à la terre restreint (REF).
- Alimentation des moteurs et des générateurs — protection sensible contre les défauts à la terre sur les alimentations de moteurs et les panneaux MCC (une petite fuite peut endommager les enroulements du moteur).
- Tableaux de distribution industriels et MSB — installation du relais de défaut à la terre sur le tableau principal et dans le panneau de distribution.
- Réseaux de câbles souterrains — où il est difficile de trouver le défaut sur un câble et où une détection précoce des défauts est nécessaire.
- Systèmes à mise à la terre à haute résistance — dans cette situation, la sensibilité en milliampères est la exigence nécessaire.
- Les centres de données et les installations critiques — la détection de fuites permet d'éviter les temps d'arrêt dus à des défauts.
- Systèmes d'énergie renouvelable — protection contre les fuites à la terre pour un système alimenté par un onduleur.
Règles d'installation et erreurs courantes
L'expérience acquise sur le terrain est cohérente à travers différentes installations d'un transformateur de courant à balance de cœur (CBCT) — les installations peuvent réussir ou échouer en fonction du respect des règles suivantes :
- Tous les conducteurs de phase doivent passer par le noyau du CBCT — chaque conducteur porteur de courant dont la fuite doit être détectée par le CBCT (c'est-à-dire le conducteur neutre s'il est présent dans l'installation).
- Le conducteur de terre ne doit JAMAIS passer par le noyau du CBCT — dans une installation où le conducteur de terre passe par le noyau, tout courant de défaut dans le conducteur de terre annule le déséquilibre que le CBCT cherche à détecter, une erreur d'installation qui se produit fréquemment et rend l'installation inefficace.
- Les câbles conducteurs doivent être centrés à travers le noyau du CBCT afin de minimiser les erreurs qui peuvent résulter d'un positionnement décentré des câbles.
- La polarité correcte doit être vérifiée — les connexions du côté secondaire doivent correspondre aux connexions d'entrée du relais CBCT afin que l'unité fonctionne.
- Un blindage et une mise à la terre adéquats doivent être employés — cela empêche les interférences électromagnétiques indésirables des conducteurs voisins de provoquer des déclenchements intempestifs.
Une installation qui viole les directives en ayant le conducteur de terre passant par le noyau du CBCT ou connecté avec la mauvaise polarité entraînera soit un échec du système à détecter les fuites, soit des déclenchements intempestifs continus, tous deux pouvant être détectés par des tests de mise en service et des audits sur le terrain. Le compagnon de test électrique pour la mise en service du CBCT — vérifications de l'isolation, de la polarité et de la coordination des relais — est la même discipline que tout schéma de protection de transformateur, et les critères d'acceptation sont listés dans notre guide de test de transformateur.
Sélection : Adapter le CBCT au système
La sélection du CBCT approprié implique de prendre en compte quatre paramètres :
- Tension du système. Pour le panneau de distribution, sélectionnez un CBCT basse tension (0,66 kV). Pour les alimentations de l'appareillage, sélectionnez un CBCT moyenne tension (jusqu'à 33 kV) qui respecte les exigences d'isolation appropriées.
- Diamètre de la fenêtre. La fenêtre doit être suffisamment grande pour accueillir le faisceau de câbles. Mesurez vos câbles réels et prévoyez une capacité supplémentaire avant de sélectionner un diamètre de 40 mm, 60 mm, 80 mm ou 100 mm.
- Sensibilité et rapport. Assurez-vous que le courant de détection minimum et le rapport de sortie (ou sortie mA/mV) répondent aux exigences d'entrée du relais de défaut à la terre. La méthode la plus sûre est de suivre la liste de compatibilité du fabricant de relais.
- Construction. La construction doit avoir un anneau solide pour les nouvelles installations, mais un noyau fendu minimise considérablement le temps requis pour l'installation dans un système sous tension.
Faire ces quatre sélections fera la différence entre un schéma de détection de défaut à la terre qui attrapera un défaut de 500 mA et un schéma de détection de défaut à la terre qui ne détectera pas du tout de défaut.
Fabricants et Tarification
Le marché des CBCT est principalement couvert par les fabricants de relais de protection et les fabricants d'équipements électriques généraux. Les entreprises leaders sur ce marché sont Honeywell, ABB, Schneider Electric et Mikro (connue pour ses CBCT, vendus avec leurs relais de fuite à la terre), ainsi que quelques fabricants de CT présents sur le marché depuis la Chine produisant des CBCT à noyau solide et à noyau divisé à des prix directs d'usine. Étant donné que dans la majorité des cas, les CBCT sont vendus avec une marque de relais, la procédure d'achat est la suivante : l'acheteur choisit d'abord le relais puis recherche le CBCT approprié. Dans certains cas, l'utilisateur peut acheter l'ensemble du package CBCT et relais fabriqué par le même fabricant.
La tarification est la suivante (2025-2026) :
| Taper | Prix Typique |
|---|---|
| CBCT à anneau solide basse tension (fenêtre de 40-60 mm) | $20-80 |
| CBCT à noyau divisé basse tension (rénovation) | $40-120 |
| Unités LV à fenêtre plus grande / sensibilité plus élevée (80-100 mm) | $60-150 |
| CBCTs moyenne tension (jusqu'à 33 kV) | $100-300+ |
| Packages de protection relais + CBCT | $150-600 |
Les fournisseurs chinois directs d'usine sont susceptibles de trouver les prix dans la fourchette de prix la plus basse, tandis que les marques certifiées occidentales et japonaises sont susceptibles de trouver leurs prix dans la fourchette de prix la plus élevée où les documents et tests nécessaires sont disponibles pour les installations réglementées.
Questions Fréquemment Posées
Quelle est la différence entre ZCT et CT ?
Le ZCT (le transformateur de courant à zéro séquence, également connu sous le nom de CBCT) entoure les trois phases de conducteurs (et le fil neutre, si présent) et prend la somme vectorielle des trois lignes, produisant une sortie uniquement lorsqu'il y a un déséquilibre — soit en raison d'un courant de fuite à la terre ou d'un courant de défaut à la terre. Un CT sera placé sur un seul conducteur par phase et mesurera le courant utilisé dans cette phase particulière en continu selon les besoins pour le comptage et pour la protection contre les surintensités. Le ZCT indique l'état de défaut à la terre de la somme totale ; le CT fournit une mesure de courant de phase de chaque conducteur.
Comment tester l'équilibre du noyau d'un transformateur ?
“Le test de ”l'équilibre du noyau" d'un CBCT signifie généralement vérifier que les enroulements sont intacts et isolés (un test de résistance d'isolement), vérifier que la polarité relative de l'appareil est correcte pour l'utilisation prévue, et effectuer un test d'injection primaire — en passant un courant de test sur une phase et en confirmant que la sortie apparaît sur le secondaire et que le relais fonctionne correctement au seuil défini. Pour le transformateur lui-même, le test lié à l'équilibre du noyau est la vérification du rapport et de la polarité du CT conformément à la procédure de mise en service pour le schéma de protection.
Quels sont les inconvénients des transformateurs CT ?
Les limitations d'un CT (transformateur de courant) sont bien connues. Les CT peuvent se saturer en cas de courant de court-circuit élevé (ce qui entraîne des distorsions de sortie et un retard dans le fonctionnement des relais), le secondaire d'un CT ne doit jamais être ouvert tant qu'il y a une charge (des tensions élevées peuvent être dangereuses), les défauts à la terre ne peuvent pas être détectés tant que le montant n'est pas supérieur à un certain seuil, et les CT de phase ne fournissent aucune information concernant le courant résiduel — d'où l'objectif des CBCT pour fournir cet appareil de détection de défaut à la terre complémentaire. Les CT perdent également leur précision lorsqu'ils sont utilisés en dehors de leur charge nominale.
Quels sont les trois principaux types de transformateurs de courant ?
Les trois principaux types de transformateurs de courant selon leur construction sont les suivants : type enroulé (le primaire du transformateur est un conducteur métallique enroulé autour du noyau, courant plus faible) ; type barre (le conducteur primaire est une barre métallique droite traversant le noyau) ; et type fenêtre/type anneau (le conducteur passe à travers le noyau et est composé de CT à anneau auto-contenu et du type CBCT/ZCT qui est le même que le transformateur à anneau mais conçu pour la détection de courant de séquence nulle).
Références
- iLEC — Série ZCT / Transformateur de courant à équilibre de noyau (principe, rapports, dimensions)
- Blogging Électrique — Transformateur de courant à équilibre de noyau : fonctionnement, avantages, applications
- Info Électrique — Transformateur de courant de séquence nulle : principe, connexion, applications
- Ampère Électrique — Transformateur de courant à équilibre de noyau expliqué
- NPC Électrique — CBCT dans la protection contre les défauts à la terre triphasés
Conclusion
Malgré sa perspective initiale moins supérieure, un Transformateur de Courant à Équilibre de Noyau (CBCT) joue un rôle important, qui est de surveiller en continu un système triphasé ; toute fuite en milliampères entraînera des actions immédiates du CBCT qui ne peuvent pas être fournies par d'autres transformateurs de courant standard (CT). Cela est rendu possible par le CBCT grâce à un principe très simple, qui stipule que si la somme vectorielle des courants des phases saines est égale à zéro, cela signifie qu'un courant circule dans une zone indésirable. C'est pourquoi le CBCT est utilisé dans de nombreuses applications électriques, y compris les transformateurs, les générateurs, les moteurs et les alimentations et autres dispositifs électriques similaires. L'installation implique certaines conditions qui ne doivent pas être violées, et l'équipement est également basé sur quatre paramètres. Ces paramètres incluent le niveau de tension, les tailles de fenêtre, la sensibilité et le type de construction, etc. Cet appareil coûte environ $20-$300 et offre un très bon retour sur investissement, vous pouvez donc être sûr de son efficacité. Veuillez nous interroger sur le CBCT si vous êtes intéressé.