Transformateurs de courant — principe de fonctionnement et application

Lorsque vous travaillez avec des systèmes énergétiques, il est souvent nécessaire de convertir certaines grandeurs électriques en analogues similaires à celles-ci avec des valeurs modifiées proportionnellement. Cela vous permet de simuler certains processus dans les installations électriques et d'effectuer des mesures en toute sécurité.

Le fonctionnement du transformateur de courant (CT) est basé sur la loi de l'induction électromagnétiquefonctionnant dans des champs électriques et magnétiques variant sous la forme d'harmoniques d'amplitudes sinusoïdales alternées.

Il convertit la valeur primaire du vecteur courant circulant dans le circuit de puissance en une valeur secondaire réduite, en respectant la proportionnalité du module et la transmission angulaire exacte.

Le principe de fonctionnement du transformateur de courant

La démonstration des processus se déroulant lors de la transformation de l'énergie électrique à l'intérieur du transformateur est expliquée par le schéma.

Le courant I1 traverse l'enroulement primaire de puissance avec le nombre de tours w1, surmontant son impédance Z1.Un flux magnétique F1 se forme autour de cette bobine, qui est capté par un circuit magnétique situé perpendiculairement à la direction du vecteur I1. Cette orientation assure une perte minimale d'énergie électrique lorsqu'elle est convertie en énergie magnétique.

Traversant les spires situées perpendiculairement de l'enroulement w2, le flux F1 induit en elles une force électromotrice E2, sous l'influence de laquelle un courant I2 apparaît dans l'enroulement secondaire, surmontant l'impédance de la bobine Z2 et la charge de sortie connectée Zn. Dans ce cas, une chute de tension U2 se forme aux bornes du circuit secondaire.

La quantité K1 est appelée, déterminée par le rapport des vecteurs I1 / I2 coefficient de transformation... Sa valeur est fixée lors de la conception des appareils et est mesurée dans des structures prêtes à l'emploi. Les différences entre les indicateurs des modèles réels et les valeurs calculées sont évaluées par la caractéristique métrologique - classe de précision d'un transformateur de courant.

En fonctionnement réel, les valeurs des courants dans les bobines ne sont pas des valeurs constantes. Par conséquent, le coefficient de transformation est généralement indiqué par des valeurs nominales. Par exemple, son expression 1000/5 signifie qu'avec un courant de fonctionnement primaire de 1 kiloampère, des charges de 5 ampères agiront dans les spires secondaires. Ces valeurs sont utilisées pour calculer les performances à long terme de ce transformateur de courant.

Le flux magnétique F2 du courant secondaire I2 réduit la valeur du flux F1 dans le circuit magnétique. Dans ce cas, le flux du transformateur Ф créé dans celui-ci est déterminé par la sommation géométrique des vecteurs Ф1 et Ф2.

Facteurs dangereux lors du fonctionnement du transformateur de courant

Capacité à être affecté par un potentiel de haute tension en cas de défaut d'isolation

Étant donné que le circuit magnétique du TT est en métal, a une bonne conductivité et connecte magnétiquement les enroulements isolés (primaire et secondaire) les uns aux autres, il existe un risque accru de choc électrique pour le personnel ou de dommages matériels si la couche isolante est cassée.

Pour éviter de telles situations, la mise à la terre de l'une des bornes secondaires du transformateur est utilisée pour drainer le potentiel haute tension à ses bornes en cas d'accident.

Cette borne est toujours repérée sur le boîtier de l'appareil et est indiquée sur les schémas de raccordement.

La possibilité d'être affecté par un potentiel haute tension en cas de défaillance du circuit secondaire

Les conclusions de l'enroulement secondaire sont marquées par «I1» et «I2», de sorte que la direction des courants circulant est polaire, coïncide dans tous les enroulements. Lorsque le transformateur fonctionne, ils doivent toujours être connectés à la charge.

Cela s'explique par le fait que le courant traversant l'enroulement primaire a une puissance potentielle élevée (S = UI), qui se transforme en un circuit secondaire à faibles pertes, et lorsqu'il est interrompu, la composante de courant diminue fortement jusqu'aux valeurs de fuite à travers l'environnement , mais en même temps la chute augmente considérablement les contraintes dans la section rompue.

Le potentiel aux contacts ouverts de l'enroulement secondaire lors du passage du courant dans la boucle primaire peut atteindre plusieurs kilovolts, ce qui est très dangereux.

Par conséquent, tous les circuits secondaires des transformateurs de courant doivent toujours être solidement assemblés et les courts-circuits shunt doivent toujours être installés sur les enroulements ou les noyaux mis hors service.

Solutions de conception utilisées dans les circuits de transformateur de courant

Chaque transformateur de courant, en tant qu'appareil électrique, est conçu pour résoudre certains problèmes lors du fonctionnement des installations électriques. L'industrie en produit un large assortiment. Cependant, dans certains cas, lors de l'amélioration des structures, il est plus facile d'utiliser des modèles prêts à l'emploi avec des technologies éprouvées que d'en reconcevoir et d'en fabriquer de nouveaux.

Le principe de création d'un TT monotour (dans le circuit primaire) est basique et est illustré sur la photo de gauche.

Ici, l'enroulement primaire, recouvert d'isolant, est constitué d'un bus linéaire L1-L2 traversant le circuit magnétique du transformateur, et le secondaire est enroulé avec des spires autour de lui et connecté à la charge.

Le principe de création d'un TC multi-tours à deux noyaux est illustré à droite. Ici, deux transformateurs à un tour sont pris avec leurs circuits secondaires et un certain nombre de tours d'enroulements de puissance sont passés à travers leurs circuits magnétiques. De cette manière, non seulement la puissance est augmentée, mais le nombre de circuits connectés en sortie est encore augmenté.

Ces trois principes peuvent être modifiés de différentes manières. Par exemple, l'utilisation de plusieurs bobines identiques autour d'un même circuit magnétique est largement répandue pour créer des circuits secondaires séparés, indépendants et fonctionnant de manière autonome. Ceux-ci sont appelés noyaux. De cette manière, la protection des interrupteurs ou des lignes (transformateurs) à des fins différentes est connectée aux circuits de courant d'un transformateur de courant.

Les transformateurs de courant combinés avec un circuit magnétique puissant, utilisés dans les modes d'urgence des équipements, et le transformateur habituel, conçu pour les mesures aux paramètres nominaux du réseau, fonctionnent dans les équipements électriques.Les bobines enroulées autour des barres d'armature sont utilisées pour faire fonctionner les dispositifs de protection, tandis que les bobines conventionnelles sont utilisées pour mesurer le courant ou la puissance/résistance.

Ils s'appellent ainsi :

• bobines de protection marquées de l'indice «P» (relais);

• mesure indiquée par les chiffres de la classe de précision métrologique TT, par exemple « 0,5 ».

Les enroulements de protection pendant le fonctionnement normal du transformateur de courant fournissent une mesure du vecteur de courant primaire avec une précision de 10 %. Avec cette valeur, ils sont appelés "dix pour cent".

Erreurs de mesure

Le principe de détermination de la précision du transformateur vous permet d'évaluer son circuit équivalent montré sur la photo. Dans celui-ci, toutes les valeurs des quantités primaires sont conditionnellement réduites à l'action dans les boucles secondaires.

Le circuit équivalent décrit tous les processus opérant dans les enroulements, en tenant compte de l'énergie dépensée pour magnétiser le noyau avec le courant I.

Le diagramme vectoriel construit sur sa base (triangle SB0) montre que le courant I2 diffère des valeurs de I'1 avec la valeur de I vers nous (aimantation).

Plus ces écarts sont importants, plus la précision du transformateur de courant est faible Pour prendre en compte les erreurs de mesure des TC, les notions suivantes sont introduites :

• erreur de courant relative exprimée en pourcentage ;

• erreur angulaire calculée à partir de la longueur d'arc AB en radians.

La valeur absolue de l'écart des vecteurs de courant primaire et secondaire est déterminée par le segment AC.

Les conceptions industrielles courantes des transformateurs de courant sont fabriquées pour fonctionner dans des classes de précision définies par les caractéristiques de 0,2 ; 0,5 ; 1,0 ; 3 et 10 %.

Application pratique des transformateurs de courant

Un nombre varié de leurs modèles se retrouvent aussi bien dans de petits appareils électroniques logés dans un petit boîtier que dans des appareils énergétiques qui occupent des dimensions importantes de plusieurs mètres, ils sont répartis selon des caractéristiques de fonctionnement.

Classification des transformateurs de courant

Par convention, ils sont répartis en :

• mesure, transfert de courants vers des instruments de mesure;
• protégé, connecté aux circuits de protection actuels ;
• laboratoire, avec une classe de précision élevée;
• intermédiaires utilisés pour la reconversion.

Lors de l'exploitation d'installations, TT est utilisé :

• installation extérieure extérieure;

• pour les installations fermées ;

• équipement intégré;

• d'en haut - insérez la manche;

• portable, vous permettant de prendre des mesures à différents endroits.

Par la valeur de la tension de fonctionnement de l'équipement TT, il y a:

• haute tension (plus de 1000 volts);

• pour des valeurs de tension nominale jusqu'à 1 kilovolt.

De plus, les transformateurs de courant sont classés selon la méthode des matériaux d'isolation, le nombre d'étapes de transformation et d'autres caractéristiques.

Tâches terminées

Les transformateurs de courant de mesure externes sont utilisés pour le fonctionnement de circuits électriques de mesure d'énergie électrique, de mesure et de protection de lignes ou d'autotransformateurs de puissance.

La photo ci-dessous montre leur emplacement pour chaque phase de la ligne et l'implantation des circuits secondaires dans la boîte à bornes de l'appareillage 110 kV pour l'autotransformateur de puissance.

Les mêmes tâches sont effectuées par les transformateurs de courant de l'appareillage externe-330 kV, mais compte tenu de la complexité des équipements à haute tension, ils ont des dimensions beaucoup plus grandes.

Sur les équipements électriques, des conceptions intégrées de transformateurs de courant sont souvent utilisées, qui sont placées directement sur le boîtier de la centrale électrique.

Ils ont des enroulements secondaires avec des fils placés autour de la traversée haute tension dans un boîtier scellé. Les câbles des pinces CT sont acheminés vers les boîtes à bornes fixées ici.

Les transformateurs de courant haute tension internes utilisent le plus souvent une huile de transformateur spéciale comme isolant. Un exemple d'une telle conception est illustré sur la photo pour les transformateurs de courant de la série TFZM conçus pour fonctionner à 35 kV.

Jusqu'à 10 kV inclus, des matériaux diélectriques solides sont utilisés pour l'isolation entre les enroulements dans la fabrication de la boîte.

Un exemple de transformateur de courant TPL-10 utilisé dans KRUN, appareillage fermé et autres types d'appareillage.

Un exemple de connexion du circuit de courant secondaire d'un des noyaux de protection REL 511 pour un disjoncteur de 110 kV est représenté avec un schéma simplifié.

Défauts du transformateur de courant et comment les trouver

Un transformateur de courant connecté à une charge peut rompre la résistance électrique de l'isolation des enroulements ou leur conductivité sous l'effet d'un échauffement thermique, d'influences mécaniques accidentelles ou du fait d'une mauvaise installation.

Dans les équipements en exploitation, l'isolation est le plus souvent endommagée, entraînant un court-circuit spire à spire des enroulements (diminution de la puissance transmise) ou l'apparition de courants de fuite à travers des circuits de court-circuit créés de manière aléatoire.

Afin d'identifier les lieux d'installation de mauvaise qualité du circuit d'alimentation, des inspections du circuit de travail avec des imageurs thermiques sont périodiquement effectuées.Sur cette base, les défauts des contacts cassés sont immédiatement éliminés, la surchauffe de l'équipement est réduite.

L'absence de fermeture de spire à spire est vérifiée par les spécialistes des laboratoires relais protection et automatisme :

• prendre la caractéristique courant-tension;

• charger le transformateur à partir d'une source externe ;

• mesures des principaux paramètres du schéma de travail.

Ils analysent également la valeur du coefficient de transformation.

Dans tous les travaux, le rapport entre les vecteurs de courant primaire et secondaire est estimé en grandeur. Leurs déviations angulaires ne sont pas effectuées en raison du manque d'appareils de mesure de phase de haute précision utilisés pour vérifier les transformateurs de courant dans les laboratoires de métrologie.

Les tests haute tension des propriétés diélectriques sont confiés aux spécialistes du laboratoire du service isolation.