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Les transformateurs de courant remplissent deux fonctions fondamentalement différentes dans les réseaux électriques : le comptage des revenus et la protection contre les défauts. Chaque application exige des caractéristiques de performance spécifiques, ce qui explique l'existence de classes de précision des TC. Un TC de comptage optimisé pour la précision de la facturation à des courants de charge normaux sera défaillant dans des conditions de défaut. Un TC de protection conçu pour fonctionner lors d'événements de surintensité de 20× n'a pas la précision fine nécessaire aux calculs de revenus.
Ce guide décompose les désignations des classes de précision de la CEI 61869-2, explique les différences techniques entre les classes de mesure (0,1, 0,2, 0,5) et les classes de protection (5P, 10P), et fournit des conseils pratiques de sélection pour les applications de moyenne tension.
La classe de précision d'un TC est une désignation normalisée qui définit l'erreur de mesure maximale admissible dans des conditions de fonctionnement spécifiques. Le numéro de classe indique directement le pourcentage d'erreur admissible au courant nominal, avec des spécifications supplémentaires pour le déphasage et le comportement dans des conditions de défaut.
Il existe deux systèmes de classification distincts. Les classes de mesure (0.1, 0.2, 0.5, 1.0) optimisent la précision pour les courants de fonctionnement normaux - typiquement 5% à 120% du courant nominal. Les classes de protection (5P, 10P) donnent la priorité aux performances en cas de défaut, en maintenant la précision à des multiples de courant dépassant de loin le fonctionnement normal.
La distinction est importante car ces exigences sont physiquement contradictoires. La précision du comptage exige des matériaux de noyau à haute perméabilité qui se saturent rapidement en cas de défaut. La fiabilité de la protection exige des noyaux plus gros qui résistent à la saturation mais sacrifient la précision à faible courant. Un même TC ne peut exceller dans les deux domaines.
Les erreurs des transformateurs de courant proviennent du courant de magnétisation nécessaire pour établir le flux du noyau. Ce courant représente l'énergie détournée du processus de transformation idéal, créant deux écarts mesurables.
Erreur de rapport (ε) quantifie la différence en pourcentage entre les rapports de transformation réels et nominaux. Un TC 1000/5 A peut en réalité délivrer 4,98 A à un courant primaire de 1000 A, soit une erreur de rapport de 0,4%. Cette erreur varie en fonction de l'intensité du courant primaire et de la charge connectée.
Déplacement de phase (δ) mesure la différence angulaire entre les phases des courants primaire et secondaire, exprimée en minutes d'arc. La transformation idéale produit un déphasage nul ; les TC réels présentent de petits déplacements dus aux exigences du courant de magnétisation.
Les matériaux des noyaux influencent considérablement le comportement du TC. Les noyaux en acier au silicium à grains orientés fonctionnent généralement à des densités de flux maximales de 1,5-1,8 T (Tesla), tandis que les noyaux nanocristallins présentent des pertes plus faibles à des densités de flux d'environ 1,2 T. La charge nominale - exprimée en VA (volts-ampères) - détermine la charge maximale que le TC peut fournir tout en conservant sa précision, avec des valeurs standard allant de 2,5 VA à 30 VA pour les applications de comptage.
Les deux erreurs doivent rester dans les limites spécifiques à la classe sur toute la plage de fonctionnement. Pour les TC de mesure de classe 0.2, l'erreur de rapport ne peut pas dépasser ±0,2% et le déphasage doit rester inférieur à ±10 minutes au courant nominal. Les classes de protection autorisent des erreurs plus importantes - jusqu'à ±1% d'erreur de rapport dans des conditions normales - mais maintiennent ces limites à des multiples de courant beaucoup plus élevés.
Les classes de précision de comptage donnent la priorité à la précision aux courants de fonctionnement normaux où s'effectuent les calculs de facturation. La norme CEI 61869-2 définit ces classes par des limites d'erreur de rapport et de déphasage en plusieurs points d'essai.
| Classe | Erreur de rapport à 100% In | Déplacement de phase | Plage de précision | Application typique |
|---|---|---|---|---|
| 0.1 | ±0,1% | ±5 min | 5-120% | Étalons de référence de laboratoire |
| 0.2 | ±0,2% | ±10 min | 5-120% | Comptage des recettes de transport |
| 0.2S | ±0,2% | ±10 min | 1-120% | Comptage des revenus de la charge variable |
| 0.5 | ±0,5% | ±30 min | 5-120% | Comptage dans les sous-stations de distribution |
| 0.5S | ±0,5% | ±30 min | 1-120% | Comptage des recettes industrielles |
| 1.0 | ±1,0% | ±60 min | 5-120% | Instruments d'indicateurs |
Le suffixe “S” indique une précision accrue pour les faibles courants. Les classes standard maintiennent la précision spécifiée de 5% à 120% du courant nominal. Les classes 0.2S et 0.5S étendent cette plage jusqu'à 1% du courant nominal, ce qui est essentiel pour les installations à charges variables où la précision de la facturation à faible charge affecte les revenus.
Lors de travaux de mise en service dans des installations industrielles, nous constatons systématiquement que la spécification 0,2S devient critique lorsque les règlements de facturation dépassent $50 000 par mois. Une erreur de 0,3% à une charge de 10% - acceptable pour la classe standard 0,5 mais en dehors des limites de 0,2S - s'aggrave au fil des cycles de facturation.
Saturation intentionnelle distingue les noyaux de mesure. Ces TC saturent à 2-5× le courant nominal, limitant la sortie secondaire en cas de défaut. Cela protège les compteurs connectés contre les dommages, mais rend les TC de comptage inadaptés aux applications de protection où la précision du courant de défaut est importante.
[Conseils d'experts : sélection du CT de comptage].
- Spécifier la classe 0,2S ou 0,5S lorsque les charges descendent régulièrement en dessous de 20% de la valeur nominale du TC.
- Vérifier que la charge connectée réelle reste inférieure à 75% de la charge nominale pour une précision optimale.
- Les compteurs numériques modernes présentent une charge de <1 VA - confirmer que le CT conserve sa précision à des charges légères
- Demander des certificats d'essai d'usine indiquant les erreurs réelles mesurées, et pas seulement la conformité à la classe.
Les classes de protection suivent un système de notation différent qui reflète leur fonction principale : la mesure précise du courant de défaut. La désignation “5P20” codifie trois paramètres essentiels pour la coordination des relais.
| Classe | Erreur composite à l'ALF | Valeurs communes de l'ALF | Application typique |
|---|---|---|---|
| 5P | ≤5% | 10, 15, 20, 30 | Relais de protection primaire, schémas différentiels |
| 10P | ≤10% | 10, 15, 20 | Protection de secours, relais de surintensité |
Le Précision Facteur limite détermine le multiple de courant de défaut maximal pour lequel le TC maintient une sortie linéaire. Un TC 5P20 avec un courant primaire de 1000 A fonctionne avec précision jusqu'à un courant primaire de 20 000 A. Au-delà de ce seuil, la saturation du noyau déforme la forme d'onde secondaire, ce qui peut entraîner un mauvais fonctionnement du relais. Au-delà de ce seuil, la saturation du noyau déforme la forme d'onde secondaire, ce qui peut entraîner un mauvais fonctionnement du relais.
Les classes de protection suivent un système de désignation différent : le chiffre précédant le “P” indique la limite d'erreur composite en pourcentage. Un TC de classe 5P20 autorise une erreur composite maximale de ±5% et maintient la précision jusqu'à 20 fois le courant nominal (le facteur de limite de précision, ou ALF). Les TC de protection doivent reproduire avec précision des courants de défaut allant de 2 kA à 63 kA en fonction des exigences du système.
Calcul de l'ALF pour une spécification correcte :
ALF requis ≥ Courant de défaut maximal ÷ Courant primaire nominal du TC
Pour un niveau de défaut de 12,5 kA avec des TC de 500/5 A :
ALF requis ≥ 12 500 ÷ 500 = 25
Une valeur de 5P20 n'est pas suffisante ; spécifiez 5P30 pour avoir une marge suffisante.
Les noyaux de protection utilisent des sections plus grandes et des matériaux à saturation plus élevée que les noyaux de mesure. Cela retarde la saturation magnétique, garantissant que les relais reçoivent des signaux de courant de défaut précis. Le compromis : une précision réduite aux courants de fonctionnement normaux, typiquement ±1% d'erreur de rapport contre ±0,2% pour les classes de mesure.
Les philosophies de conception fondamentales s'opposent. La compréhension de ces différences permet d'éviter les erreurs d'application.
| Paramètre | CT de comptage | Protection CT |
|---|---|---|
| Fonction principale | Facturation des recettes, contrôle de l'énergie | Détection des défauts, fonctionnement des relais |
| Plage de précision | 1-120% de valeur nominale (classe S) | Jusqu'à ALF × courant nominal |
| Spécification des erreurs | Erreur de rapport + déphasage | Erreur composite |
| Comportement de saturation | Précoce (2 à 5 fois plus élevée) - protectrice | Retardée (jusqu'à ALF × taux) - essentielle |
| Conception de base | Acier plus petit et à haute perméabilité | Matériaux de grande taille et à forte saturation |
| Classes types | 0,2, 0,2S, 0,5, 0,5S, 1,0 | 5P10, 5P20, 10P10, 10P15 |
| Dispositifs connectés | Compteurs de kWh, analyseurs de puissance | Relais de protection, enregistreurs de défauts |
Au cours d'une analyse de défaut dans une usine de fabrication, nous avons observé qu'un TC de comptage de classe 0,5 ne délivrait que 15% de courant de défaut réel au relais lors d'un défaut de 12 kA. Le noyau de comptage a saturé presque immédiatement, provoquant l'effondrement de la sortie secondaire alors que le défaut persistait. Le fonctionnement du relais a été retardé de 150 ms - suffisamment longtemps pour provoquer une défaillance de la coordination en amont.
Ce scénario illustre la raison pour laquelle des noyaux séparés remplissent les fonctions de comptage et de protection dans des installations correctement conçues.
La charge connectée affecte directement la précision du TC. Le dépassement de la charge nominale dégrade la précision du comptage et réduit l'ALF effectif pour les TC de protection.
Calcul de la charge de plomb :
VA du plomb = I²secondaire × 2 × Rlead
Pour un secondaire de 5 A avec 50 m de câble (2,5 mm² cuivre, ~0,35 Ω unidirectionnel) :
Plomb VA = 25 × 2 × 0,35 = 17,5 VA
Cela explique pourquoi les secondaires de 1 A conviennent aux longs parcours de câbles - la charge est réduite de 25 fois par rapport aux secondaires de 5 A pour un câble identique.
Liste de contrôle de la sélection :
[Regard d'expert : Spécification CT de protection]
- Les applications de refermeture automatique nécessitent une marge ALF supplémentaire de 50% en raison des effets de flux rémanent.
- Les schémas de protection différentielle exigent des caractéristiques de TC adaptées, c'est-à-dire des tensions identiques au point mort.
- Les relais numériques modernes présentent une charge <1 VA contre 15-30 VA pour les types électromécaniques - calculez l'ALF effectif
- Demander aux fabricants des courbes d'excitation pour vérifier que la tension du point d'inflexion est conforme aux exigences du relais.
La plupart des installations moyenne tension nécessitent à la fois un comptage et une protection de chaque départ. Les TC bicanaux (ou multiconducteurs) répondent à ce besoin en incorporant des noyaux magnétiques distincts enroulés sur le même conducteur primaire.
Spécification typique d'un double cœur :
Chaque noyau est soumis à des essais indépendants conformément à la norme IEC 61869-2. Le noyau de mesure maintient la précision de la facturation à des courants normaux tout en saturant en cas de défaut. Le noyau de protection préserve la fidélité du courant de défaut pour le fonctionnement du relais. Aucun des deux ne compromet la fonction de l'autre.
Intégration avec Disjoncteurs à vide moyenne tension nécessite une spécification coordonnée des TC. Le facteur limite de précision du TC doit être supérieur au pouvoir de coupure nominal du disjoncteur afin de garantir que les relais de protection reçoivent des signaux précis tout au long de la séquence d'élimination des défauts. Pour les ensembles d'appareillage de commutation, fabricants de composants fournissent généralement des recommandations de TC correspondant à des valeurs nominales de disjoncteurs spécifiques.
Lorsque vous spécifiez des TC pour de nouvelles installations, fournissez les informations suivantes à votre fournisseur :
L'expérience acquise sur le terrain dans le cadre de plus de 75 projets de mise en service de postes électriques révèle des erreurs de spécification récurrentes.
Un TC de classe 0,5 sature en cas de défaut, délivrant des signaux déformés aux relais de protection. Les temps de déclenchement s'allongent ; la coordination échoue.
Solution : Toujours spécifier des noyaux de protection dédiés dont l'ALF dépasse le courant de défaut maximum ÷ le calibre primaire du TC.
Les longs parcours de câbles vers les salles de relais ajoutent une charge VA importante, en particulier avec des secondaires de 5 A.
Solution : Calculer la charge de plomb en utilisant la résistance réelle du câble. Envisager un secondaire de 1 A pour les trajets de plus de 30 m.
Les caractéristiques inégales des TC créent un faux courant différentiel, ce qui entraîne des déclenchements intempestifs ou des dysfonctionnements.
Solution : Spécifier des rapports de TC, des classes de précision et des tensions de point d'inflexion identiques pour tous les TC dans les zones différentielles.
Après l'élimination initiale de la faille, une magnétisation résiduelle subsiste dans le noyau. Lors de la refermeture d'une faille persistante, cette rémanence provoque une saturation plus précoce.
Solution : Spécifiez un ALF supérieur à 50% pour les applications à fermeture automatique, ou utilisez des noyaux anti-remanence.
Compréhension Caractéristiques nominales des disjoncteurs à vide aide à coordonner les spécifications du TC avec les capacités du disjoncteur - le TC doit maintenir sa précision sur toute la plage de courant de coupure nominale du disjoncteur.
La désignation indique un TC de classe de protection qui maintient une erreur composite inférieure à 5% jusqu'à 20 fois le courant primaire nominal. Avec un courant nominal de 400/5 A, ce TC fournit une mesure précise du courant de défaut jusqu'à 8 000 A avant que la saturation du noyau ne compromette la sortie.
Cette configuration risque d'entraîner une défaillance de la protection. Les noyaux de mesure saturent à 2-5× le courant nominal, ce qui provoque l'effondrement de la sortie secondaire au moment précis où les relais ont besoin de signaux de défaut précis. Des noyaux de protection séparés avec des valeurs nominales ALF appropriées sont essentiels pour une détection fiable des défauts.
Choisissez la classe 0.2S lorsque les charges sont régulièrement inférieures à 20% du courant nominal du TC. La classe 0.2 standard ne garantit la précision que de 5 à 120% du courant nominal ; la classe 0.2S étend cette précision à 1 à 120%, maintenant la précision de la facturation pendant les périodes de faible charge.
Un fonctionnement en dessous de la charge nominale augmente l'ALF effectif - un TC 5P20 à demi charge a des performances similaires à celles d'un 5P40. Cependant, certaines conceptions de TC présentent des erreurs accrues à des charges très faibles. Vérifier que la charge réelle se situe entre 25% et 100% de la charge nominale pour obtenir des performances prévisibles.
La tension au point mort indique la tension secondaire où la magnétisation du noyau devient non linéaire, c'est-à-dire où une augmentation de tension de 10% produit une augmentation du courant de magnétisation de 50%. Les relais de protection nécessitent des TC dont la tension au point mort est supérieure à la tension secondaire développée pendant les conditions de défaut maximales afin de garantir une mesure précise.
La norme CEI 61869-2 utilise des classes de mesure décimales (0,2, 0,5) et des classes de protection désignées par P (5P, 10P). La norme IEEE C57.13 spécifie des classes de comptage de 0,3 et 0,6, avec des classes de protection désignées par la capacité de tension terminale secondaire (C100, C200). Pour les projets internationaux, spécifier les classes CEI afin d'éviter toute ambiguïté de conversion.
La protection des condensateurs exige une mesure précise des courants de déséquilibre relativement faibles plutôt que des courants de défaut élevés. La classe 5P10 fournit généralement un ALF adéquat, tandis que le cœur de mesure (s'il est à double cœur) doit être de classe 0,5 ou supérieure pour la surveillance du courant de condensateur et l'analyse des harmoniques.
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Référence externe : IEC 61869-2:2012 Transformateurs de mesure - Exigences supplémentaires pour les transformateurs de courant
