Un transformateur de courant (CT) est un dispositif utilisé avec un système de mesure/protection pour mesurer de grandes quantités de courant/niveaux qui ne sont pas directement mesurables ; il convertit le courant de 400, 1000 et 3000 A en une valeur utilisable de 5 ou 1 A. Ce changement se produit sous certaines conditions qui doivent être respectées par le dispositif CT : la polarité doit être correcte, la charge doit être précise, le câblage secondaire ne doit jamais être exposé à un circuit ouvert pendant que le courant circule. Le manuel comprend des spécifications concernant la connexion du câblage des CT avec des dispositifs de mesure, de relais et de surveillance, comment configurer le câblage étape par étape et la manière dont les modèles triphasés doivent être câblés.
Dans le cas où le courant primaire ou le conducteur connecté au dispositif est autorisé à passer à travers le transformateur P1 et P2, alors la lecture enregistrée aux bornes secondaires P1 et P2 pourrait être incorrecte en raison du fait que S1 pourrait ne pas correspondre à P1 dans tous les cas, ce qui entraîne une lecture de tension du courant aux connexions S1 S2. Lors de l'utilisation d'un seul transformateur, les connexions S1 et S2 sont inutilisées par rapport à toutes les connexions triphasées. Il n'y a aucune exigence pour une autre méthode de connexion si un seul CT est utilisé, car il s'agira toujours d'une connexion directe pour les deux S1 et S2. En cas de câblage triphasé, le transformateur doit être connecté en utilisant la méthode de connexion “Y” ou étoile avec S1 étant connecté aux trois entrées de l'instrument où l'utilisation des connexions S2 se fait au point d'union où S2 sera connecté au point commun étoile, indépendamment de l'une des deux méthodes ci-dessus utilisées.
Ce que fait un transformateur de courant et pourquoi la connexion est importante
Les CT sont des transformateurs spécialisés qui ne peuvent fonctionner que d'une manière : prenant le courant primaire et produisant un courant secondaire proportionnel tout en garantissant l'isolation du circuit primaire. Un CT 400/5 produit cinq ampères au secondaire lorsque le primaire a un courant électrique de 400 ampères. De plus, il fournit deux ampères et demi à moitié charge, et le compteur ou relais connecté interprétera cette information et la renverra au primaire.
| Type de CT | Construction | Utilisation typique |
|---|---|---|
| CT à barre primaire (fenêtre) | Le primaire est une barre fixe ou le busbar passe à travers la fenêtre | Appareillage, mesure de panneau, modernisation autour des barres existantes |
| CT à primaire enroulé | Le primaire est un enroulement amené aux bornes (P1/P2) | Applications à faible rapport et à rapport spécial |
| CT à noyau fendu | Pinces autour d'un conducteur existant sans déconnexion | Surveillance énergétique de modernisation, sous-mesure |
| CT à bushing | Intégré dans un transformateur ou un bushing de disjoncteur | Protection des transformateurs et des appareillages |
| CT à équilibre de noyau (zéro-séquence) | Tous les conducteurs de phase passent à travers un noyau | Détection de défaut à la terre et mesure de fuite sensible |
Il y a deux facteurs importants qui montrent comment un CT doit être connecté. Le rapport pour le courant secondaire indique combien de courant le CT fournira pour un certain courant primaire (par exemple 400/5 ou 1 000/1). La charge en VA indique la quantité de charge (mesure et relais) qui doit être attachée au CT sans affecter ses performances. Ainsi, si un CT fonctionne selon le rapport correct mais est mal chargé, les lectures ne seront pas précises.
Bornes et polarité : P1, P2, S1, S2
Les bornes du CT adhèrent à une convention établie selon laquelle le câblage est toujours sans ambiguïté une fois que les lettres sont comprises :
| Borne | Signification | Règle de connexion |
|---|---|---|
| P1 | Côté primaire, marqué de polarité | Fait généralement face à la source (le côté entrant du conducteur) |
| P2 | Côté primaire, non marqué | Fait face à la charge |
| S1 | Secondaire, correspond à P1 | Se connecte à l'entrée de l'instrument marquée S1 (ou l'entrée “ligne”/polarité) |
| S2 | Secondaire, correspond à P2 | Se connecte à l'entrée de l'instrument marquée S2, ou au point étoile/commun dans les schémas triphasés |
La règle de polarité est une source majeure d'échecs de mise en service. Parce que S1 doit toujours correspondre à l'entrée S1 de l'instrument, et P1 à la source, un changement dans l'orientation du CT ou le raccordement de S1 à S2 fera que les courants mesurés seront inversés. Les applications de protection sensibles à la direction peuvent échouer ainsi que les lectures de puissance (kW) où l'importation peut apparaître comme une exportation. D'autre part, K et L comme marquages peuvent être utilisés par certains fabricants, le principe reste le même (K doit correspondre à P1 et L à P2), ce qui signifie que la plaque signalétique doit dicter le câblage et non le mode de vie.
Les trois configurations de câblage que vous utiliserez réellement
Presque chaque installation de CT est divisée en trois types de configuration :
- Un CT utilisé en conjonction avec un seul instrument. Un CT avec un compteur ou un capteur : S1 est connecté à S1 de l'instrument, et S2 est connecté à S2 de l'instrument, tandis que le côté secondaire est mis à la terre à un endroit (généralement au panneau de l'instrument). C'est la manière standard de l'utiliser pour un panneau de distribution dédié ou la surveillance du courant d'un moteur. La même procédure est répétée trois fois dans le cas de la mesure triphasée à quatre fils.
- Utilisation de trois CT dans une configuration en Y pour la mesure et la protection triphasées. Ici, tous les trois fils S1 sont connectés à l'entrée de courant correspondante de l'instrument, tandis que tous les trois fils S2 sont amenés à un seul point étoile. Ce point étoile est le point où le secondaire est mis à la terre. La configuration étoile est utilisée comme configuration par défaut pour les compteurs d'énergie triphasés et les compteurs de puissance car elle fournit une copie précise des courants de phase et offre également un chemin pour les déséquilibres de courant.
- Un transformateur à équilibrage de noyau est utilisé pour la détection de défaut à la terre. Dans ce cas, tous les trois conducteurs de phase (et le neutre, selon l'application) passent à travers le noyau d'un seul transformateur. Dans une condition normale, la somme vectorielle des courants est égale à zéro, et donc le secondaire du transformateur indique zéro ; tout défaut à la terre entraîne un retour de courant par la terre au lieu de passer par le neutre et produit un signal résiduel qui est détecté par le relais de défaut à la terre. Le câblage est moins compliqué dans cette configuration (seulement deux fils secondaires vont au relais), mais certaines règles physiques doivent être respectées : aucun autre fil ne peut passer à travers le noyau, et le blindage ou l'armure du câble ne peut pas créer un chemin parallèle qui annule le courant résiduel.
Si le même transformateur doit fournir des données à la fois pour un compteur et un relais de protection, alors les deux charges sont câblées en série (le compteur en premier, puis le relais, ou en utilisant des noyaux alternés si le transformateur a plusieurs secondaires) et non en parallèle ou avec des noyaux inutilisés. La philosophie de protection derrière les connexions résiduelles est expliquée plus en détail dans notre bases de la protection contre les défauts à la terre guide.
Le schéma de connexion du transformateur, expliqué
On doit lire un schéma de câblage de transformateur en commençant par le côté primaire et en terminant par l'instrument. Voici un exemple de ce à quoi ressemblerait une installation de comptage triphasé lorsqu'elle est présentée sous forme de diagramme :
| De | Pour | Conducteur |
|---|---|---|
| Conducteur de phase A (côté source) | CT-A P1 | Circuit primaire — câblage non CT |
| CT-A S1 | Entrée de courant du compteur IA (S1) | 2,5-4 mm² cuivre, 600 V nominal |
| CT-A S2 | Point étoile | Même taille que S1 |
| CT-B S1 | Entrée de courant du compteur IB (S1) | Même taille |
| CT-B S2 | Point étoile | Même taille |
| CT-C S1 | Entrée de courant du compteur IC (S1) | Même taille |
| CT-C S2 | Point étoile | Même taille |
| Point étoile | Terre (un seul point) | Conducteur de mise à la terre selon le code local |
| Chaque paire S1/S2 | Bloc de bornes de court-circuit/test | Installé entre le CT et l'instrument |
Si votre projet dispose d'un schéma de câblage fourni, il doit être utilisé comme document source principal. Cependant, toutes les trois conventions suivantes doivent être utilisées pour le vérifier avant de finaliser l'installation : utilisation de l'appariement S1 à S1, utilisation d'un seul point de terre, et présence d'un mécanisme de court-circuit dans le circuit. Toute divergence dans ces trois aspects peut entraîner une mise en service incorrecte et créer des conditions dangereuses.
Étape par étape : comment câbler un transformateur de courant
- La première étape consiste à vérifier les données du CT et à vérifier les exigences de l'instrument. Vérifiez la plaque signalétique pour le rapport, la classe de précision, la charge (VA) et les marquages de polarité. Confirmez que la tension d'entrée de l'instrument (1 A ou 5 A) est cohérente avec le secondaire du CT, car si un CT de 5 A est connecté à une entrée de 1 A, l'instrument lira de manière inexacte par un facteur de cinq et peut saturer l'entrée.
- L'appareil doit être isolé, suivi de la vérification de l'état hors tension. Le circuit primaire doit être déconnecté, et des mesures appropriées de verrouillage/étiquetage doivent être appliquées. Il est important de se rappeler que “ même si le circuit primaire a été isolé, il peut encore y avoir un secondaire de CT sous tension provenant d'une autre source ” et donc il est important de considérer chaque circuit de CT comme sous tension jusqu'à preuve du contraire.
- L'étape suivante consiste à court-circuiter le circuit secondaire. Le lien de court-circuit sur le bloc de bornes de test doit être fermé ou un dispositif de court-circuit approprié peut être utilisé pour connecter S1 et S2. Cette procédure élimine le danger de défaillance du CT.
- L'étape suivante consiste à trouver la polarité, ce qui implique de localiser les points P1 et P2 du primaire ainsi que S2 et S1 pour le secondaire. Il est essentiel de confirmer que l'orientation primaire (où P1 pointe vers la source) et l'agencement physique correspondent au schéma.
- Sélectionnez le câble secondaire approprié. Des conducteurs en cuivre de la taille appropriée doivent être utilisés pour la charge et la longueur de course (standard 2,5 mm², 600 volts) dans le but d'éviter de faire passer des conducteurs de puissance dans la gaine tout en atteignant les trois phases.
- La terminaison doit se faire à l'instrument avec S1 dans l'entrée S1 (polarité) de l'instrument et S2 sur la deuxième entrée.
- Assurez-vous qu'il y a une mise à la terre à un seul point, généralement soit à l'instrument soit au panneau de relais.
- Vérifiez les bornes pour les réglages de couple selon le fabricant et appliquez des étiquettes aux phases, y compris l'étiquette de rapport.
- Le lien de court-circuit doit être retiré avant que les tests ne commencent avec la vérification du rapport et de la polarité.
- Activez le circuit d'alimentation afin que le circuit soit correctement lu sur l'instrument avec les trois phases notées à la lecture actuelle.
Charge et dimensionnement des câbles : le calcul que la plupart des installateurs omettent
Les transformateurs de courant (CT) ont une charge nominale au-delà de laquelle ils ne seront pas précis. La charge totale inclut tous les dispositifs connectés au secondaire et la résistance du câblage secondaire :
- Charge de l'instrument : il s'agit de la charge VA (ou ohmique) spécifiée par le fabricant du compteur ou du relais. Elle peut varier selon le type d'instrument, mais se situe généralement dans la plage de 0,2 à 1 VA par entrée de courant pour les instruments électroniques modernes et des charges plus élevées pour les relais électromécaniques plus anciens.
- Charge de câblage : la résistance du câblage est calculée comme suit : 2 x longueur unidirectionnelle x résistance par mètre (par exemple, la résistance pour un câblage en cuivre de 2,5 mm2 est d'environ 7,4 ohm/km), multipliée par le carré du courant secondaire. Selon la longueur du parcours, il n'est pas rare que la charge de l'instrument soit dépassée simplement en raison de la charge de câblage.
- Charge de connexion : la résistance aux bornes et aux blocs de test est généralement faible, mais si le total du câblage est proche de la charge du CT, cette valeur doit être incluse.
Si la charge totale dépasse la capacité du CT, il ne peut pas fournir des lectures précises et peut se saturer lors des courants de défaut – c'est à ce moment-là que la protection est la plus nécessaire. Les remèdes possibles incluent un parcours de câble plus court, un conducteur plus grand, l'utilisation d'un instrument à faible charge, ou l'achat d'un CT avec une capacité VA plus élevée.
Les classes de précision elles-mêmes — 0,5 et 1 pour la mesure, 5P et 10P pour la protection — sont expliquées dans notre guide des classes de précision des transformateurs.
Et la logique de sélection de ratio pour une installation donnée, du courant de charge et du niveau de défaut au choix final de la plaque signalétique, est couverte dans notre sélection de ratio des transformateurs de courant article.
Tests et vérification
Trois tests sont utilisés pour s'assurer qu'un CT est installé correctement avant qu'il ne soit autorisé à porter une charge :
| Test | Ce que cela prouve | Méthode |
|---|---|---|
| Test de ratio | Le CT produit le courant secondaire attendu pour un courant primaire connu | Injection primaire à une fraction du courant nominal, ou une méthode de tension secondaire pour les grands CT |
| Test de polarité | S1 correspond véritablement à P1 et l'instrument lit correctement la puissance active. | Pulsation DC ou injection primaire avec un instrument sensible à la polarité. |
| Isolation et continuité. | Pas de conducteurs secondaires court-circuités ou ouverts, et isolation adéquate à la terre. | Vérifications de la résistance d'isolement et de continuité avant l'énergisation. |
La vérification post-énergisation est tout aussi importante car vous devez comparer les lectures du CT avec une lecture d'un multimètre sur le côté primaire, vérifier que les lectures sont cohérentes sur les trois phases, et confirmer que les circuits de défaut à la terre enregistrent zéro résidu sur un aliment sain. Lorsque le CT fait partie d'un schéma de protection, cette coordination — et les références de mise à la terre dont elle dépend — est le sujet de nos. bases de mise à la terre des transformateurs guide.
Règles de sécurité, et les erreurs qui endommagent l'équipement.
Les secondaires des transformateurs de courant ne laissent passer que de petites quantités de courant à basse tension — jusqu'à ce que quelque chose tourne mal. Les lignes directrices suivantes sont obligatoires pour traiter les circuits de transformateurs de courant :
- Ne jamais ouvrir les secondaires du circuit du transformateur de courant pendant que le circuit primaire est sous tension. Le transformateur de courant tentera de générer des tensions très élevées (centaines ou milliers de volts) aux bornes secondaires lorsqu'il est ouvert, entraînant une situation de surtension extrême, une saturation du noyau, une surchauffe, et potentiellement une explosion et un incendie.
- Mettez à la terre le secondaire du transformateur de courant uniquement à un point. Connecter la terre à deux points fera circuler un courant inutile à travers la terre, contribuant à une mesure incorrecte et pouvant entraîner un déclenchement inutile de l'équipement de protection.
- Évitez d'installer un interrupteur ou un fusible dans le circuit du transformateur de courant qui n'est pas un bloc de test de type court-circuit. Les circuits standard peuvent échouer à l'état ouvert, ce qui crée la même condition qu'un circuit ouvert.
- Ne laissez pas les noyaux de transformateur de courant de rechange ouverts. Court-circuitez les bobines inutilisées et notez-les sur le schéma, sinon les techniciens futurs pourraient induire à tort le personnel de service à supposer qu'ils sont des circuits ouverts.
- Assurez-vous d'observer la polarité correcte à chaque connexion. Les connexions S1 à S1 et P1 à la source ne sont pas des conventions arbitraires qui peuvent être modifiées ultérieurement.
- Gardez les fils du transformateur de courant éloignés des câbles d'alimentation et des variateurs de fréquence (VFD), et ne faites pas passer le transformateur de courant autour d'une seule partie du conducteur dans un schéma d'équilibre de noyau.
Deux autres points pratiques à retenir sont qu'un transformateur de courant doit être connecté avec la cote d'entrée de l'instrument correspondant à la cote secondaire du transformateur (soit 1A soit 5A) et que le conducteur primaire doit passer à travers la fenêtre dans une seule direction. Faire passer une barre ou un câble à travers le noyau à l'envers inversera la polarité effective du transformateur de courant. Pour les compteurs qui doivent être retirés pour étalonnage, le bloc de test doit être de type qui court-circuite automatiquement le CT lorsque l'instrument est débranché ; les pratiques de câblage autour des transformateurs de mesure et d'instrumentation sont également couvertes dans notre guide d'installation du transformateur de courant.
FAQ
Quels sont les inconvénients de l'utilisation d'un transformateur de courant ?
Il y a plusieurs inconvénients ; avoir un secondaire en circuit ouvert est dangereux car cela crée la possibilité de blessures graves ; le calcul de la charge connectée doit être effectué correctement, sinon des lectures inexactes seront produites ; une polarité incorrecte peut entraîner non seulement des lectures inexactes mais aussi des dispositifs de protection défaillants ; il y a un léger décalage de phase introduit par le CT qui entraîne une légère inexactitude dans les mesures ; des coûts supplémentaires et de l'espace dans le panneau ; un dimensionnement approprié est nécessaire, sinon le CT saturera lors d'une condition de défaut. Bien que les compteurs électroniques modernes réduisent certains des problèmes associés à ces inconvénients, tous ne peuvent pas être éliminés.
Comment les transformateurs de courant sont-ils câblés ?
Pour connecter le conducteur primaire à travers le CT, il y a P1 (le côté source) et P2 (le côté charge) ou la ligne est passée à travers la barre / la fenêtre. Le côté secondaire sera S1 et S2 avec S1 correspondant à P1. Les S1 et S2 mèneront soit à un compteur, un relais ou un transducteur directement pour un seul CT ou dans une configuration étoile pour la mesure triphasée (trois S1 au compteur et trois S2 couplés à un point étoile mis à la terre, etc.). Il y a un bloc de terminal de court-circuit/test monté à la jonction du CT et de l'instrument.
Est-ce que cela a de l'importance quel fil va où sur un transformateur ?
Pour tout transformateur, oui ; cependant, les CT ont des exigences uniques. Cela est dû au fait que les fils ont une polarité spécifique (c'est-à-dire, S1 correspondant à P1). En inversant ces deux fils, cela provoque un flux de courant dans la direction opposée, créant des lectures de puissance inexactes ainsi que la possibilité de dispositifs de protection défaillants. Cela s'applique aux deux transformateurs en ce qui concerne les fils primaire et secondaire.
Comment connectez-vous un transformateur électrique ?
Dans le cas d'un transformateur d'instrument tel qu'un CT : vérifiez le rapport et la charge, isolez le transformateur et assurez-vous qu'il est hors tension, court-circuitez le côté secondaire, identifiez quel fil correspond à P1 et quel fil correspond à S1 ; connectez le câble secondaire de taille appropriée de sorte que S1 et S2 mènent aux entrées respectives de l'instrument, mettez à la terre le secondaire à un point, étiquetez et couplez la connexion, retirez la mise à la terre ; et enfin, injectez une norme connue dans le système pour vérifier la polarité et le rapport. Le processus de connexion d'un transformateur de puissance diffère de cette procédure mais nécessite tout de même que l'individu vérifie les caractéristiques, la polarité, la mise à la terre et les tests avant d'alimenter la charge.
Références
- IEEE — C57.13, Exigences standard pour les transformateurs d'instrument
- IEC — Série 61869, Transformateurs d'instrument
- NFPA — Code électrique national (Circuits de transformateur d'instrument)
- NETA — Spécifications de test d'acceptation pour les équipements électriques de puissance
Conclusion
L'installation du transformateur de courant a beaucoup d'importance bien qu'elle puisse sembler être une tâche sans importance. La fonction du transformateur de courant est de réduire la quantité de courant primaire circulant à travers le fil à une lecture sûre pour le compteur ou le relais. Par conséquent, vous pouvez voir à quel point cette tâche est importante à long terme. Pour le fil primaire (P1), vous devrez faire passer un fil vers la source tandis que le fil secondaire (S1) ira du transformateur de courant au compteur ou au relais. Si vous câblez des compteurs triphasés, les circuits doivent être câblés en étoile et mis à la terre à un point unique à la terre. Utilisez un CT à équilibre de noyau pour les courants résiduels ; assurez-vous de dimensionner le fil secondaire de manière appropriée en fonction de la charge. Utilisez toujours un bloc de test pour court-circuiter le circuit avant de l'alimenter et ne jamais rompre le circuit tant que le courant circule à travers le côté primaire. Assurez-vous de vérifier d'abord les lectures en utilisant l'injection primaire, puis enregistrez le rapport sur la feuille pour référence future.