Les transformateurs de courant

A quoi sert un transformateur de courant électrique ?

Un transformateur de courant (TC) sert à mesurer, contrôler et protéger les installations électriques parcourues par de forts courants.

Dans une installation électrique, le courant circule dans des conducteurs (câbles ou barres de cuivre) qui relient les différentes parties du réseau. La section et la forme de ces conducteurs dépendent directement de l’intensité du courant qu’ils doivent transporter : plus le courant est élevé, plus la section du conducteur doit être importante afin de limiter l’échauffement.

Par exemple, pour transporter 32 A, un câble de 6 mm² (environ Ø 2,8 mm) est suffisant. En revanche, pour un courant de 1000 A, on utilise une barre de cuivre de 40 × 4 mm ou un câble de 120 mm² (environ Ø 13 mm).

Ces conducteurs de grande section, souvent rigides et encombrants, ne peuvent pas être raccordés directement aux appareils de mesure, tant pour des raisons de dimensions et de maniabilité que pour des raisons de sécurité.

Le transformateur de courant est alors placé autour ou en série avec le conducteur principal. Il permet de réduire le courant élevé circulant dans ce conducteur à une valeur faible et normalisée (généralement 1 A ou 5 A) au secondaire.

Les appareils de mesure et les relais de protection peuvent ainsi fonctionner avec des courants faibles et des conducteurs de petite section, en toute sécurité.

Quelles sont les applications concrètes d’un transformateur de courant ?

La mesure des courants électriques
Les transformateurs de courant permettent de mesurer des intensités élevées en les ramenant à des valeurs normalisées compatibles avec les appareils de mesure. Ils sont utilisés dans les tableaux électriques, les postes de distribution et les installations industrielles pour suivre précisément les courants sans risque pour les instruments.

Protection des installations
Ils alimentent les relais de protection chargés de détecter les courts-circuits, les surcharges et les défauts à la terre. Grâce aux transformateurs de courant, les dispositifs de protection peuvent réagir rapidement et déclencher les disjoncteurs afin de limiter les dégâts matériels et les coupures prolongées.
 
Comptage et facturation de l’énergie
Dans les installations à forte puissance, les transformateurs de courant sont indispensables pour le comptage de l’énergie. Ils permettent d’utiliser des compteurs standards tout en garantissant une mesure fiable et conforme aux exigences de facturation des consommateurs industriels et des réseaux publics.

Supervision et automatisation
Les informations issues des transformateurs de courant sont exploitées par les systèmes de supervision et les automates. Elles servent à surveiller l’état de charge des équipements, détecter les anomalies de fonctionnement et optimiser la gestion énergétique des bâtiments et des sites industriels.
 
Surveillance des moteurs électriques
Les transformateurs de courant permettent de contrôler le courant absorbé par les moteurs afin d’identifier les situations anormales comme les surcharges, les démarrages difficiles ou les blocages mécaniques. Cette surveillance contribue à prolonger la durée de vie des machines et à réduire les arrêts imprévus.

Réseaux moyenne et haute tension
Dans les réseaux MT et HT, les transformateurs de courant assurent la mesure et la protection des lignes et des transformateurs de puissance. Ils sont essentiels pour la stabilité du réseau, la sélectivité des protections et la continuité de l’alimentation électrique.
 
Sécurité et isolation
Les transformateurs de courant assurent une isolation galvanique entre les circuits de puissance et les circuits de mesure. Cette fonction protège les opérateurs et les équipements de mesure, faisant du transformateur de courant un élément fondamental de la sécurité électrique.

Comment fonctionne un transformateur de courant ?

Principe de la transformation du signal électrique

Un transformateur de courant (TC), appelé également transformateur d’intensité (TI) ou tore de mesure, permet de convertir l’intensité passant dans un conducteur (valeur primaire) en une seconde intensité (valeur secondaire) dont l’échelle sera inférieure. Le facteur de conversion entre le courant primaire et le signal secondaire du transformateur de courant est appelé rapport de transformation.

Comment calculer le rapport de transformation ?

Le rapport de transformation correspond au facteur entre le courant primaire et le signal secondaire.
Exemple concret : un TC 100/5 A signifie que lorsque 100 A circulent dans le conducteur principal, le transformateur fournit 5 A à sa sortie. Le rapport de transformation est donc de 100/5 soit 20.

Le Transformateur de courant à sortie Courant (A)

La valeur primaire est divisée dans la même unité (A). L’avantage du transformateur de courant à sortie courant est qu’il n’a pas besoin d’être alimenté électriquement. L’inconvénient est la prise en compte de différents facteurs, tels les dimensions et la longueur des conducteurs, pour assurer un bon niveau de précision (voir ci-dessous).

Le Transformateur de courant à sortie tension

La valeur primaire est transformée en un signal secondaire d’une autre unité (V). L’avantage du transformateur de courant à sortie tension est la linéarité de précision sur l’intégralité de la plage de mesure. L’inconvénient est la nécessité d’alimenter électriquement le transformateur d’intensité.

Comment raccorder un transformateur de courant ?

Le raccordement d’un transformateur de courant (TC) consiste à insérer le conducteur parcouru par le courant à mesurer dans le circuit primaire du transformateur, puis à raccorder son circuit secondaire à un appareil de mesure ou de protection, en respectant les polarités P1/P2 et S1/S2 ainsi que les règles de sécurité.

Schéma de transformateur de courant

Comment raccorder un transformateur de courant à primaire bobiné ?

Dans un transformateur de courant à primaire bobiné, le conducteur de phase à mesurer est raccordé directement aux bornes du primaire du transformateur de courant par une borne à vis d’entrée (P1), puis ressort par une borne à vis de sortie (P2).

Ce type de transformateur de courant est généralement utilisé pour des courants faibles à moyens, notamment lorsque la configuration de l’installation ne permet pas l’utilisation d’un transformateur de courant à conducteur traversant.

Comment raccorder un transformateur de courant à conducteur traversant ?

Dans un transformateur de courant à conducteur traversant, le primaire est constitué par le conducteur parcouru par le courant à mesurer, qui est inséré dans l’orifice central du transformateur, généralement de type tore. Le conducteur traverse le transformateur dans le sens de polarité indiqué (P1 vers P2).

Ce type de transformateur de courant est le plus couramment utilisé, car il convient à une large plage de courants et de puissances électriques, et permet une mise en œuvre simple, notamment dans les installations industrielles et tertiaires.

Quels sont les différents types de transformateurs de courant ?

Le TC électrique à noyau de fer

Comment fonctionne un transformateur de courant à noyau de fer ?

C’est le nombre d’enroulements du fil autour du noyau torique qui détermine le rapport de transformation électrique. Plus il est important plus le facteur de diminution l’est également. C’est pour cela que l’on parle de valeur primaire et secondaire d’un transformateur d’intensité électrique.

Exemple de réduction du courant par un transformateur de courant primaire max 1000A et secondaire 5A, soit un ratio 1000/5A :
 
La valeur du courant  secondaire est égale à la valeur du courant primaire divisée par 200 (car 1000/5=200), selon graphique ci-contre.

Les différents types de tores de mesure 

Il existe deux catégories principales de TC électriques à noyau de fer :

• Le transformateur de courant fermé

Ces TC électriques à noyaux fixes nécessitent de décâbler les conducteurs pour être installés. Ils sont majoritairement utilisés par les tableautiers et installateurs lors de la conception des tableaux et armoires électriques neufs. Ces ont l’avantage d’être économiques et de permettre un bon niveau de précision.

• Le transformateur de courant ouvrant

Ces transformateurs d’intensité à noyaux ouvrants permettent une installation sans décâbler les conducteurs. Ils sont particulièrement utilisés lors des rénovations ou sur des installations de fortes puissances. Ce type de transformateurs d’intensité ont l’avantage d’être simples et rapides à installer, mais ne permettent pas d’être aussi précis que les TI fermés.

La boucle de courant Rogowski

Comment fonctionne un capteur de courant Rogowski ?

Le tore de Rogowski ne dispose 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, selon la loi de Faraday. Il offre l’avantage de ne pas saturer et une excellente linéarité sur l’intégralité de la plage de mesure.

Quand utiliser une boucle de courant Rogowski ?

Ce capteur de courant de type Rogowski, souple, peu encombrant et ouvrant, est particulièrement adapté aux installations de fortes puissances ou aux travaux de rénovation. La structure de la boucle Rogowski, à la fois souple et fine, permet une installation dans les lieux difficiles d’accès ou exigus. Les boucles de Rogowski associent une très grande facilité d’installation à une précision optimale sur l’intégralité de la plage de mesure. Ces capteurs proposent des sorties en mV, et nécessitent le plus souvent d’être raccordés à un transducteur de mesure pour convertir le signal de sortie en un signal 1A ou 5A, habituellement utilisé pour le raccordement sur les compteurs d’énergie ou les centrales de mesures.

Tout savoir sur le capteur de courant type Rogowski

Dispositifs à ne pas confondre avec des transformateurs de courant

Qu’est-ce qu’un capteur à effet Hall ?

Ce type de capteur de courant est utilisé pour mesurer les courants continus (DC) et alternatifs (AC). Le transformateur à effet hall doit être alimenté en courant continu pour fonctionner car il est équipé d’un système électronique. Le signal de sortie du capteur à effet hall est une tension continue généralement comprise entre 0 et 12Vcc. Il est extrêmement précis et peu sensible aux perturbations environnantes.

Quelles sont les différences entre un capteur à effet Hall et un transformateur de courant ?
Le capteur à effet Hall fournit directement un signal électrique (tension ou courant) proportionnel au courant mesuré, souvent exploitable par des automates ou systèmes électroniques. Il est actif et nécessite une alimentation, alors qu’un TC est passif, fonctionne uniquement en AC et fournit un courant proportionnel à son secondaire.

Quelle sont les différences entre un transformateur de courant et un transducteur de courant ?

Le transformateur de courant est un dispositif passif basé sur l’induction électromagnétique qui ne mesure que le courant alternatif et délivre un courant secondaire proportionnel, généralement 1 A ou 5 A tandis que le transducteur de courant est un dispositif électronique actif qui convertit le courant mesuré en un signal normalisé exploitable par les systèmes de commande.

Quelles sont les différences entre un transformateur de courant et un transformateur de tension ?

Le transformateur de tension (TT) réduit une tension élevée à une valeur standard pour alimenter les instruments de mesure et de contrôle, alors que le transformateur de courant (TC) réduit un courant élevé. Le TT fournit un signal proportionnel en tension, le TC en courant, chacun étant conçu pour la mesure, la protection et la supervision dans les réseaux électriques.

Quel est le rôle d’un transformateur de sécurité ?

Un transformateur de sécurité permet d’isoler électriquement un circuit afin de protéger les personnes et les équipements contre les risques de choc électrique. Il réduit la tension d’alimentation à un niveau sûr, généralement 12, 24 ou 48 volts, tout en assurant la continuité du fonctionnement. On le retrouve dans les appareils portables ainsi que dans les installations domestiques ou industrielles où la sécurité des utilisateurs est essentielle.

Quelles sont les classes de précision d’un transformateur de courant ?

La classe de précision est exprimée par un chiffre qui correspond à un pourcentage d’erreur acceptable dans la mesure, ainsi une classe de 0,5 correspond à une erreur de maximum 0,5% lorsque l’intensité est égale à 100% de l’Intensité nominale.

Attention, plus l’intensité mesurée est éloignée du courant nominal plus la précision diminue.

Taux d’erreur selon l’intensité mesurée et la classe de précision :

Habituellement les appareils sont de classes de précisions comprises entre 0,2, à 3. L’ajout de la lettre S en suffixe signifie que la classe de précision est renforcée, offrant une meilleure précision lorsque le courant mesuré est faible (voir tableau ci-dessus).

Les transformateurs de courant avec classe de précision suivi de la lettre S sont généralement demandés dans le cadre de la facturation d’abonnement auprès d‘un fournisseur d’électricité.

La classe de précision d’un transformateur de courant est déterminée en fonction de la puissance apparente (VA) du transformateur (donnée fournie par le fabricant par classe de précision) et de la consommation de la chaîne complète de mesure (puissance absorbée par les fils de liaison + consommation interne du compteur).

Puissance absorbée par les fils de liaison selon la section utilisée :

La consommation de la chaine de mesure (compteur + câbles) doit être inférieure ou égale à la puissance apparente du transformateur de courant.

Comment calculer la classe de précision d’un transformateur de courant ?

La classe de précision d’un transformateur de courant correspond à l’erreur maximale entre le courant primaire réel et le courant secondaire transformé. Elle est calculée selon le rapport nominal, la charge en VA et les limites fixées par la norme IEC.

Prenons pour exemple un compteur consommant 1,5 VA, associé à des transformateurs de courant MTCF-624040 de ratio 400/5 A, reliés au compteur par un câble bipolaire de 3 mètres.
 
Le TC MTCF-624040 400/5A atteint la classe 0,2S si ⩽2,5VA et classe 0,5 si ⩽5VA.
 
D’après le tableau, pour une section de câble de 1,5 mm², la puissance absorbée est de 0,685 VA par mètre (secondaire 5 A).La consommation totale de la liaison est donc :
3 mètres × 0,685 VA par mètre + 1,5 VA, soit 3,56 VA.
 
La puissance totale étant supérieure à 2,5 VA, la classe de précision atteinte est 0,5.
 
En revanche, pour une section de câble de 4 mm², la puissance absorbée est de 0,254 VA par mètre. La consommation totale devient alors :
3 mètres × 0,254 VA par mètre + 1,5 VA, soit 2,26 VA.
 
La puissance totale étant inférieure à 2,5 VA, la classe de précision atteinte est 0,2S.

La prise en compte de la puissance absorbée par les conducteurs est donc essentielle pour déterminer la classe de précision. Une section plus importante réduit le phénomène d’échauffement qui dissipe la puissance.

Comment choisir le transformateur de courant adapté ?

L’application et l’environnement

• Installation neuve ou conception d’armoire et coffret => Privilégier les TC électriques fermés plus précis et économiques.
• Rénovation ou installation de forte puissance où si impossibilité de déconnecter les conducteurs de puissance => Un tore de mesure ouvrant permettra d’être installé sans intervenir sur les circuits à mesurer.
• Rénovation, installation de forte puissance et / ou difficile d’accès => Les boucles de Rogowski, souples et ouvrantes, sont idéales pour une intégration dans un espace exigu sans déconnecter les câbles de puissance.

Les caractéristiques du tore de mesure

• Le courant primaire admissible : supérieur ou égal à la valeur maximale de l’intensité mesurée (par exemple en aval d’un disjoncteur 160A, utiliser un Transformateur de courant de calibre 160A ou 200A).
• La valeur du secondaire : compatible avec l’entrée de l’instrument de mesure utilisé – NB certains compteurs électriques sont compatibles avec des courant 1 ou 5A.
• Les dimensions : l’ouverture du tore de courant doit être supérieure aux dimensions du conducteur qui le traversera et les dimensions externes du boîtier adaptées à l’emplacement d’installation prévu.
• La classe de précision : déterminée par l’application. Par exemple, en cas de souscription d’un abonnement électrique, le fournisseur peut exiger un transformateur de courant de classe de précision spéciale type 0.5S, alors que pour de la mesure informative une classe de précision plus faible sera suffisante.

Quelles sont les gammes de prix des transformateurs de courant ?

La plupart des transformateurs de courant destinés à la mesure ou à la protection se trouvent entre quelques euros et environ 50–60 € pour des modèles standards utilisés en électricité domestique, tertiaire ou industrielle légère. Les modèles plus spécialisés, avec des intensités plus élevées ou une précision supérieure, peuvent atteindre jusqu’à une centaine d’euros.