Un transformateur de courant (TC) est un transformateur de mesure qui fournit un petit courant secondaire proportionnel au courant d’un conducteur. Un TC 400/5, par exemple, délivre 5 A à ses bornes secondaires quand 400 A le traversent : un compteur ou un relais de protection mesure ainsi un fort courant avec une petite entrée, isolée de la tension du circuit. Le conducteur traverse le noyau du TC et forme un primaire d’une spire ; l’enroulement secondaire compte de nombreuses spires, et le rapport des spires fixe le rapport des courants. On trouve des TC dans les TGBT, les tableaux divisionnaires et les postes partout où un courant est trop fort pour traverser directement un compteur.
Le fonctionnement d’un transformateur de courant
Le courant du conducteur primaire crée un flux magnétique alternatif dans le noyau. Ce flux induit une tension dans l’enroulement secondaire, et comme le secondaire est fermé par le compteur, un courant secondaire circule. Ce courant crée un flux opposé. Dans un TC idéal, les deux s’annulent exactement et les ampères-tours s’équilibrent :
Ip × Np = Is × Ns
Avec une seule spire primaire (le câble passe une fois dans un TC tore), le courant secondaire est le courant primaire divisé par le nombre de spires secondaires. Un TC 400/5 a donc 80 spires secondaires. Faire passer le câble deux fois dans la fenêtre double les ampères-tours primaires : le même TC se comporte alors comme un 200/5. C’est un moyen courant d’utiliser un TC standard sur une petite charge, si la fenêtre a la place pour la spire supplémentaire.
Un TC est une source de courant. Il impose dans le circuit secondaire le courant que fixe le rapport et développe juste la tension nécessaire. Avec un secondaire 5 A et une charge totale de 4,4 VA, la tension secondaire au courant assigné vaut 4,4 ÷ 5 = 0,88 V. Une charge plus forte demande plus de tension, plus de flux et plus de courant magnétisant : c’est de là que viennent les erreurs.
Erreurs de rapport et de phase
Un TC réel utilise une partie des ampères-tours primaires pour magnétiser son noyau. Ce courant magnétisant n’atteint jamais le secondaire : le courant secondaire est donc un peu plus faible que ne le prévoit le rapport et légèrement déphasé. Les deux erreurs sont :
| Erreur | Définition | Effet sur un compteur |
|---|---|---|
| Erreur de rapport (de courant) | (Kn × Is − Ip) ÷ Ip, en pourcentage, Kn étant le rapport assigné | Courant, puissance et énergie lus trop bas ou trop haut d’environ ce pourcentage |
| Déphasage | L’angle entre courants primaire et secondaire, en minutes d’arc | Des erreurs de puissance et d’énergie qui croissent quand le facteur de puissance baisse |
Le courant magnétisant pèse plus à faible courant ; c’est pourquoi les classes de précision tolèrent des erreurs plus grandes à 5 % du courant assigné qu’à 100 %. Il croît avec la charge ; c’est pourquoi un TC chargé au-delà de sa puissance de précision perd en exactitude. Un entrefer, comme dans un TC ouvrant, l’augmente encore. Le guide de choix des transformateurs de courant donne les limites de l’IEC 61869-2 pour chaque classe à chaque courant.
Charge et circuit secondaire
La charge est tout ce qui est raccordé au secondaire : l’entrée du compteur, les conducteurs et chaque borne et bloc d’essai de la boucle. Elle s’exprime en VA au courant secondaire assigné (VA = Is² × R pour une charge résistive). La boucle de câblage en est souvent la plus grande part. Un TC 400/5 qui alimente un compteur de 1 VA par 10 m de cuivre de 2,5 mm² dans chaque sens forme une boucle de 20 m d’environ 0,138 Ω, qui ajoute 25 × 0,138 = 3,4 VA sous 5 A :
Le total de 4,4 VA convient à un TC de 5 VA. Les mêmes conducteurs sur un secondaire 1 A n’ajoutent que 0,14 VA, car les pertes varient comme le carré du courant : c’est pourquoi les longues liaisons jusqu’au compteur favorisent les TC 1 A. Les TC à sortie 333 mV évitent la question : la résistance de charge est dans le TC, et l’entrée du compteur est une entrée de tension à haute impédance.
Le rapport comme multiplicateur : un exemple chiffré
Un compteur raccordé à un TC 400/5 lit 3,2 A sur son entrée secondaire. Le rapport Kn vaut 400 ÷ 5 = 80 : le courant primaire est donc de 3,2 × 80 = 256 A. Si le même compteur est réglé pour lire les valeurs secondaires, chaque valeur de puissance et d’énergie est aussi à multiplier par 80 : 1,5 kWh au registre secondaire font 120 kWh dans le circuit. La plupart des compteurs permettent de saisir le rapport du TC pour appliquer eux-mêmes le multiplicateur. Un mauvais rapport saisi dans le compteur est l’un des défauts de mise en service les plus fréquents, car les valeurs paraissent plausibles. Le guide des compteurs sur TC explique le multiplicateur des compteurs sur TC et comment le vérifier avec une pince.
Les types de transformateurs de courant
| Type | Construction | Usage |
|---|---|---|
| Tore ou à fenêtre | Un noyau fermé portant seulement le secondaire ; le câble ou la barre forme le primaire | TGBT et tableaux divisionnaires basse tension |
| Ouvrant | Un tore qui s’ouvre autour d’un conducteur sous tension | Ajout de comptage sans coupure |
| À barre primaire | Un tore muni d’une barre intégrée comme primaire | Tableaux construits en atelier |
| À primaire bobiné | Un primaire de plusieurs spires pour les petits courants assignés | Petits courants assignés, de 5 A à 50 A par exemple |
| De traversée | Un TC tore autour de la traversée d’un transformateur ou d’un disjoncteur | Installations moyenne et haute tension |
| Sommateur | Additionne les secondaires de plusieurs TC en une seule sortie | Un compteur pour plusieurs départs |
| Basse puissance (sortie mV) | Un TC tore ou ouvrant avec charge intégrée et sortie en tension, par exemple 333 mV | Sous-comptage et moniteurs à entrées en tension |
Une bobine de Rogowski mesure aussi un courant autour d’un conducteur, mais elle n’a pas de noyau en fer, ne peut pas saturer et délivre une tension proportionnelle à la vitesse de variation du courant. L’IEC 61869-10 la range parmi les transformateurs de courant passifs de faible puissance à noyau d’air, mais elle se comporte autrement qu’un TC à noyau de fer : son signal doit être intégré, par le compteur ou par un intégrateur séparé, pour donner le courant.
TC de mesure et TC de protection
| TC de mesure | TC de protection | |
|---|---|---|
| Fonction | Facturation et suivi précis en charge normale | Fonctionnement correct des relais pendant les défauts |
| Plage de précision | De 1 % ou 5 % à 120 % du courant assigné | Jusqu’au facteur limite de précision, par exemple 10 ou 20 fois le courant assigné |
| Classes courantes (IEC 61869-2) | 0,2S, 0,5S, 0,5, 1 | 5P10, 5P20, 10P10 ; PX pour les usages à point de coude défini |
| Comportement au courant de défaut | Sature tôt, limité par le facteur de sécurité (FS 5, FS 10), pour protéger le compteur | Reste linéaire pour que le relais voie le vrai courant |
Un TC de classe 5P10 a une erreur composée d’au plus 5 % jusqu’à 10 fois le courant assigné sous la charge assignée. Le point de coude est le point de la courbe de magnétisation où une hausse de 10 % de la tension secondaire demande une hausse de 50 % du courant magnétisant : au-delà, le noyau sature. Utilisez des TC de mesure pour le suivi énergétique et laissez les TC de protection aux relais de protection.
Sécurité et polarité des TC
N’ouvrez jamais le circuit secondaire d’un TC 1 A ou 5 A tant que le courant primaire circule. Sans courant secondaire pour s’y opposer, la totalité des ampères-tours primaires sature le noyau, et le secondaire produit des pointes de tension qui peuvent atteindre des centaines ou des milliers de volts. Prévoyez un bornier de court-circuitage ou un bloc d’essai pour court-circuiter le secondaire avant de retirer un compteur, et mettez chaque circuit secondaire à la terre en un seul point, en général S2 ou le point étoile.
La polarité compte pour la puissance et l’énergie. La borne primaire P1 (K sur les anciens TC) est tournée vers la source, et la borne secondaire S1 (k) va à l’entrée de courant du compteur. Un TC monté à l’envers donne une puissance négative sur sa phase, et des TC permutés entre phases donnent un facteur de puissance faux. Le guide de la puissance négative montre comment repérer les deux dans les mesures.
Les TC chez EpiSensor
Le moniteur électrique ZEM est livré avec ses capteurs de courant, des TC ouvrants jusqu’à 120 A ou des bobines de Rogowski jusqu’à 3 000 A, déjà raccordés et étalonnés : le rapport est réglé en usine et le compteur et les capteurs sont testés comme une seule chaîne. L’outil Choix d’un transformateur de courant trouve le capteur qui convient à un conducteur, et le guide des conducteurs et de l’ouverture des TC relie la section du câble à l’ouverture. Si des TC existants sont déjà raccordés à un compteur, lisez plutôt le compteur, en Modbus ou par sa sortie à impulsions.
Questions fréquentes
À quoi sert un transformateur de courant ?
Il réduit un fort courant alternatif à un petit courant qu’un compteur ou un relais peut mesurer sans risque, selon un rapport fixe comme 400 A pour 5 A. Il isole aussi l’appareil de mesure de la tension du conducteur primaire : le câblage du compteur porte quelques ampères sous quelques volts au lieu du courant complet sous la tension du réseau.
Comment fonctionne un transformateur de courant ?
Le courant primaire crée un flux magnétique dans le noyau. Ce flux induit un courant dans l’enroulement secondaire, qui traverse le compteur et crée un flux opposé. À l’équilibre, le courant primaire multiplié par les spires primaires égale le courant secondaire multiplié par les spires secondaires : un TC à une spire primaire et 80 spires secondaires donne 5 A quand 400 A circulent dans le câble.
Qu’est-ce que le rapport d’un TC ?
Le rapport entre le courant primaire assigné et le courant secondaire assigné, noté par exemple 400/5 ou 400:5. C’est aussi le multiplicateur : un compteur qui lit 3,2 A au secondaire d’un TC 400/5 mesure 3,2 × 80 = 256 A au primaire. La puissance et l’énergie lues côté secondaire sont multipliées par le même facteur.
Pourquoi ne faut-il jamais ouvrir le secondaire d’un TC ?
Secondaire ouvert, aucun courant secondaire ne s’oppose au flux primaire : tous les ampères-tours primaires magnétisent le noyau. Le noyau sature, et le secondaire développe des pointes de tension qui peuvent atteindre des centaines ou des milliers de volts. C’est un risque d’électrocution et d’incendie, et le TC peut être endommagé. Court-circuitez le secondaire avec un bornier de court-circuitage ou un bloc d’essai avant de débrancher un compteur.
Quelle est la différence entre un TC et un TT ?
Un transformateur de courant est monté en série avec la charge et reproduit le courant ; son secondaire travaille presque en court-circuit. Un transformateur de tension (TT) est monté en parallèle sur l’alimentation et reproduit la tension ; son secondaire travaille sur une forte impédance et ne doit jamais être court-circuité. Les compteurs basse tension se raccordent en général directement à la tension et n’ont besoin que de TC.
Quelle est la différence entre un TC de mesure et un TC de protection ?
Un TC de mesure, de classe 0,2S à 1 par exemple, est précis de quelques pour cent à 120 % du courant assigné et sature peu au-delà pour protéger le compteur. Un TC de protection, de classe 5P10 ou 10P20 par exemple, garde son erreur composée sous 5 % ou 10 % jusqu’à 10 ou 20 fois le courant assigné, pour qu’un relais voie le vrai courant de défaut. Un même TC fait rarement bien les deux.