Selon la Commission électrotechnique internationale, un transformateur de courant est .
Contrairement à un transformateur de tension, il a des impédances les plus basses possibles: au primaire, pour éviter de perturber le courant qu'il mesure; et au secondaire, pour être le plus proche possible d'un générateur de courant idéal.
La notion de « transformateur de courant » est un abus de langage, mais elle a été popularisée dans l'industrie. L'expression « transformateur d'intensité » est probablement plus exacte. On utilise fréquemment les abréviations TC ou TI.
Bien qu'il soit utilisable dans toute la gamme des courants alternatifs à basse fréquence, il est généralement plutôt destiné à la mesure de courant alternatif à fréquence industrielle. Pour le courant continu, il faut utiliser un shunt ou un capteur de courant à effet Hall.
Ils sont soit montés de manière séparée sur un isolateur propre (voir photo), soit placés dans les dômes des traversées des transformateurs de puissance.
Fonction vignette|Transformateurs de courant utilisés dans les équipements de mesure pour l'alimentation électrique triphasée de 400 ampères Dans les réseaux haute tension où des courants de plusieurs kiloampères transitent, la mesure de ces courants élevés est difficile. Pour la faciliter, les transformateurs de courant ont pour rôle de diviser la valeur du courant à mesurer par un facteur constant. Cette démarche permet également de standardiser les équipements de mesure du courant et de les isoler diélectriquement du réseau haute tension.
L'équipement de mesure connecté à son secondaire est en général un ampèremètre, mais on peut également brancher un wattmètre, un shunt ou un relai de protection. Tous sont conçus pour mesurer des courants de quelques ampères.
La caractéristique la plus importante d'un transformateur de courant est donc son rapport de transformation, exprimé par exemple sous la forme 400 A/1 A.
Précautions d'emploi La précision d'un transformateur de courant est garantie si la charge connectée au secondaire est de puissance (au courant nominal) inférieure à une puissance limite dite puissance de précision assignéeNorme CEI 60050-321:1986, 321-02-27 : puissance de sortie (d'un transformateur de mesure) – puissance de précision assignée, electropedia.org. (exprimé en VA).. Cette puissance représente la somme des consommations de toutes les charges connectées ainsi que celle des connexions. Il existe plusieurs « classes de précision » ; voir ci-dessous « Désignation ». Par ailleurs, la norme CEI 61869-2:2012 précise que les limites d'erreurs de rapport et de déphasage ne doivent pas être dépassées pour toute valeur de charge comprise entre 25 % et 100 % de la puissance de sortie assignée pour les classes 0,1 – 0,2s – 0,2 – 0,5s – 0,5 et 1 et pour toute valeur de charge comprise entre 50 % et 100 % de la puissance de sortie assignée pour les classes 3 et 5. Cette norme permet de garantir la précision des transformateurs de courant pour une large plage de charge secondaire.
Au secondaire, hors charge, une tension élevée peut apparaître aux bornes du transformateur de courant ; on ne doit donc jamais laisser un transformateur de courant à secondaire ouvert.
Technologies Modèles classiques à noyau de fer thumb|Schéma de principe d'un transformateur de courant avec une seule spire au primaire. thumb|Schéma de principe d'un transformateur de courant avec plusieurs spires au primaire. Pour les courants alternatifs de basse fréquence, on utilise en général un transformateur avec peu de spires au primaire, et beaucoup au secondaire. Dans certains cas, il y aura même une seule spire au primaire. Dans ce cas, le transformateur de courant prendra la forme d'un tore, traversé par le circuit électrique. Il n'y aura donc pas de bobinage primaire à proprement parler : la spire est constituée par le passage du circuit électrique à l'intérieur du circuit magnétique torique. Si le primaire n'est pas inclus dans le transformateur de courant on parle de type toroïdal, ou fenêtre, si au contraire une barre de cuivre devant être connectée au primaire est déjà présente on parle de type barre. Enfin dans les cas où le primaire a plusieurs spires, on parle de type bobine, cette construction est plus adaptée aux basse et moyenne tensions.
Le secondaire est connecté à une résistance de faible valeur, appelée fardeau ou charge, correspondant à une puissance apparente exprimée en VA et obtenue en calculant le produit Z*I².
Modèles à tore de Rogowski thumb|left|Bobine de Rogowski avec circuit de mesure. Les tores de Rogowski, aussi appelés , ne disposent 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 (voir loi de Faraday). Ils ne saturent pas et leur réponse est linéaire. De ce fait, ils peuvent être utilisés sur de larges plages de courant. La seule limitation étant la dynamique et la linéarité du circuit d'entrée de la protection associée. Ils sont largement utilisés dans le domaine de la HTA.
Combinés de mesure Il existe également en HTB des combinés de mesure, qui réunissent en un seul appareil transformateur de courant et transformateur de tension (voir photo). Cela permet un gain de place ainsi qu'un coût réduit comparé à deux unités séparées.
Évolutions technologiques Transmission du signal par fibre optique À la place d'une transmission électrique et analogique, on peut choisir de transmettre la valeur du courant sous forme numérique et optique grâce à l'usage d'une fibre optique. L'avantage réside dans l'isolation de l'électronique de la partie haute tension, le défaut dans l'obligation de prévoir une alimentation électrique secondaire pour l'électronique située dans la partie haute tension.
Transducteur de courant magnéto-optique (MOCT)
La technologie des transducteurs de courant magnéto-optique (MOCT), est une technologie utilisant l'influence qu'a l'effet Faraday sur la polarisation de la lumière dans certains cristaux magnético-optiques, en pratique de la fibre de verre de quartz , pour mesurer le courant électrique continu. Dans ces matériaux, l'angle de rotation du champ est directement lié à sa valeur, le champ étant lui-même lié à la valeur du courant.
Par rapport à la technologie conventionnelle les MOCT ont l'avantage d'être immunisés aux interférences électromagnétiques, sont plus petits, plus légers, ont une large bande de fréquence, ne posent pas de problème d'isolation galvanique ce qui veut dire que l'électronique n'est pas soumise aux surtensions et qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser une coûteuse isolation, n'ont pas les problèmes de saturation du noyau magnétique et ne nécessitent pas d'alimentation électrique secondaire . Ils existent en modèles adaptés à la mesure et à la protection . Pour une bonne précision le système requiert un matériau pour la fibre optique pour lequel l'effet observé ne dépend que très peu de la température.
Construction
Que ce soit comme composant séparé ou intégré il est courant de placer plusieurs noyaux de fer avec leur secondaire respectif côte à côte dans un même boitier. On a ainsi plusieurs mesures du courant (on peut par exemple associer un transformateur pour mesure avec un pour protection), mais un seul élément mécanique et une seule isolation.
Par ailleurs, l'utilisation de deux noyaux magnétiques pour un seul transformateur de courant permet d'éliminer l'erreur due à la charge résistive de celui-ci. Le principe est le suivant : un enroulement de compensation est bobiné autour d'un des noyaux, l'enroulement secondaire est bobiné autour des deux. Les deux possèdent le même nombre de tours et sont branchés en parallèle. La comparaison des courants des deux enroulements permet d'éliminer la composante due à la charge .
En tant que composant séparé Plusieurs types de construction peuvent être utilisés : en épingle à cheveux, aussi appelé à cuve, ou de courant inverse. Dans le premier cas, le conducteur forme un U ou plus exactement une épingle à cheveux et le noyau magnétique se trouve à son pied. Dans le second cas le noyau magnétique se trouve dans la tête du composant. Les avantages de la première technologie sont que le centre de gravité est plus bas, cela entraîne une meilleure résistance aux tremblements de terre et réduit les contraintes que subit l'isolateur. Par contre la forme en U a pour conséquence que le conducteur est plus long, ce qui résulte dans des pertes joules et limite le courant de court-circuit .
Par ailleurs le choix de l'isolant est important. La plupart des transformateurs de courant sont isolés par de l'huile. Il en existe également enrobés d'epoxy, mais cela concerne surtout des tensions allant jusqu'à . Une isolation utilisant le SF6 est également possible.
Intégré dans un autre composant Les transformateurs de courant s'intègrent facilement dans d'autres composants comme les disjoncteur à haute tension en particulier sous enveloppe métallique ou dans les traversées isolées des transformateurs de puissance toujours pour permettre la mesure du courant les traversant.
Schéma de principe
Illustration pratique
Pinces ampèremétriques
Les pinces ampèremétriques destinées à la mesure exclusive des courants alternatifs, incorporent des transformateurs de courant dont la sortie est, soit directement mesurée au moyen de leur ampèremètre incorporé, soit lue par un appareil extérieur. Elles sont beaucoup moins chères que les pinces qui supportent la mesure du courant continu, qui elles, nécessitent un capteur à effet Hall et sont généralement des dispositifs asservis qui mesurent le courant nécessaire pour annuler le champ dans leur circuit magnétique..
Caractéristiques techniques Courant limite assigné et facteur de sécurité Définitions thumb|Transformateur de courant avec vue du poste électrique environnant Le est la valeur la plus élevée du courant primaire pour laquelle le transformateur doit satisfaire aux prescriptions concernant l'erreur composéeCEI 60044-1, clause 2.3.2, version 2003.
Pour les transformateur de protection on définit un qui est le rapportCEI 60044-1, clause 2.3.3, version 2003:
Pour les transformateur de mesure l'équivalent est le facteur de sécurité.
Exemple Concrètement cela veut dire que si notre transformateur de courant mesure un courant "normal" de et que son facteur de sécurité est de 5, il pourra mesurer un courant de 10*5 = tout en restant dans son intervalle de précision.
Philosophie Un transformateur de courant de protection doit saturer suffisamment haut pour permettre une mesure assez précise du courant de défaut (voir court-circuit) par la protection dont le seuil de fonctionnement peut être très élevé. On demande donc aux capteurs de courant un facteur limite de précision en général assez important.
Un transformateur de courant de mesure nécessite une bonne précision dans un domaine voisin du courant nominal (normal) et il n'est pas nécessaire que les appareils de mesure supportent des courants aussi importants que les relais de protection. C'est pourquoi les transformateurs de courant de mesure ont, contrairement aux TC de protection, un facteur de sécurité aussi faible que possible afin de protéger ces appareils par une saturation plus précoce.
Transformateurs pour mesures ClasseErreur de courant, rapport (%), au courant assignéDéphasage (Minutes) (Centiradians) 0,1 0,1 5 0,15 0,2 0,2 10 0,3 0,5 0,5 30 0,9 1 1 60 1,8
La définition de l'erreur de courant étant :
Où
est le rapport de transformation assigné
est le courant primaire
est le courant secondaireCEI 60044-1, clause 2.1.10, version 2003.