Transformateurs de courant: appareil, principe de fonctionnement et types

Les transformateurs de courant sont largement utilisés dans l'énergie moderne comme équipement pour modifier divers paramètres électriques en paramètres similaires tout en conservant les valeurs de base. Le fonctionnement de l'équipement est basé sur la loi de l'induction, qui est pertinente pour les champs magnétiques et électriques qui changent de manière sinusoïdale. Le transformateur transforme la valeur primaire du courant conformément au module et la transmission de l'angle proportionnellement aux données d'origine. Il est nécessaire de choisir les équipements en fonction du domaine d'utilisation des appareils et du nombre de consommateurs connectés.

Qu'est-ce qu'un transformateur de courant ?

Ces équipements sont utilisés dans l'industrie, les réseaux de communications urbaines et d'ingénierie, dans la production et dans d'autres domaines pour fournir du courant avec certains paramètres physiques.Une tension est appliquée aux spires de l'enroulement primaire, où, sous l'action du rayonnement magnétique, un courant alternatif se forme. Le même rayonnement traverse les spires restantes, grâce auxquelles les forces EMF se déplacent, et lorsque les spires secondaires sont court-circuitées ou lorsqu'elles sont connectées à un circuit électrique, un courant secondaire apparaît dans le système.

Les transformateurs de courant modernes vous permettent de convertir l'énergie avec des paramètres tels que son utilisation ne permet pas d'endommager l'équipement qui y fonctionne. De plus, ils permettent de mesurer des charges accrues avec une sécurité maximale pour l'équipement et le personnel, car les spires des rangées primaires et secondaires sont isolées de manière fiable les unes des autres.

But des transformateurs

Il est assez simple de déterminer pourquoi un transformateur de courant est nécessaire : le champ d'application comprend toutes les industries dans lesquelles des quantités d'énergie sont converties. Ces appareils font partie des équipements auxiliaires utilisés en parallèle avec des instruments de mesure et des relais lors de la création d'un circuit alternatif. Dans ces cas, les transformateurs convertissent l'énergie pour un décodage plus pratique des paramètres ou la connexion d'équipements avec des caractéristiques différentes en un seul circuit.

Ils distinguent également la fonction de mesure des transformateurs: ils servent à démarrer des circuits électriques à tension accrue, auxquels il est nécessaire de connecter des instruments de mesure, mais il n'est pas possible de le faire directement. La tâche principale de ces transformateurs est de transférer les informations reçues sur les paramètres de courant aux instruments de mesure des manipulations, qui sont connectés à l'enroulement de type secondaire.L'équipement permet également de contrôler le courant dans le circuit : lors de l'utilisation d'un relais et de l'atteinte des paramètres de courant maximum, une protection est activée qui éteint l'équipement afin d'éviter l'épuisement et les dommages au personnel.

Principe d'opération

Le fonctionnement d'un tel équipement est basé sur la loi de l'induction, selon laquelle la tension pénètre dans les spires primaires et le courant surmonte la résistance d'enroulement créée, ce qui provoque la formation d'un flux magnétique transmis au circuit magnétique. Le flux va dans une direction perpendiculaire par rapport au courant, ce qui minimise les pertes, et lorsqu'il traverse les spires de l'enroulement secondaire, la force EMF est activée. Du fait de son influence, un courant apparaît dans le système, qui est plus fort que la résistance de la bobine, tandis que la tension à la sortie des spires secondaires diminue.

La conception la plus simple d'un transformateur consiste donc en un noyau métallique et une paire d'enroulements non connectés les uns aux autres et réalisés sous forme de fil avec isolation. Dans certains cas, la charge ne va qu'aux spires primaires et non aux spires secondaires : c'est ce qu'on appelle le mode inactif. Si, au contraire, un équipement consommateur d'énergie est connecté à l'enroulement secondaire, un courant passe dans les spires, ce qui crée une force électromotrice. Les paramètres EMF sont déterminés par le nombre de tours. Le rapport de la force électromotrice pour les spires primaire et secondaire est appelé rapport de transformation, calculé à partir du rapport de leur nombre. Vous pouvez réguler la tension pour le consommateur final d'énergie en modifiant le nombre de tours de l'enroulement primaire ou secondaire.

Classification des transformateurs de courant

Il existe plusieurs types d'équipements de ce type, qui sont divisés en fonction d'un certain nombre de critères, notamment l'objectif, la méthode d'installation, le nombre d'étages de conversion et d'autres facteurs. Avant de choisir un transformateur de courant, vous devez tenir compte de ces paramètres :

• Rendez-vous. Selon ce critère, les modèles de mesure, intermédiaires et protecteurs sont distingués. Ainsi, des dispositifs de type intermédiaire sont utilisés lors de la connexion de dispositifs pour calculer des actions dans des systèmes de protection de relais et d'autres circuits. Séparément, on distingue les transformateurs de laboratoire, qui offrent une précision accrue des indicateurs, ont un grand nombre de facteurs de conversion.
• Méthode d'installation. Il existe des transformateurs pour une installation externe et interne: non seulement ils ont un aspect différent, mais ils ont également différents indicateurs de résistance aux influences extérieures (par exemple, les appareils destinés à une utilisation en extérieur sont protégés des précipitations et des changements de température). Les transformateurs aériens et portables sont également distingués; ces derniers ont une masse et des dimensions relativement faibles.
• Type d'enroulement. Les transformateurs sont mono- et multi-tours, bobine, tige, jeu de barres. Les enroulements primaire et secondaire peuvent différer, et les différences concernent également l'isolation (sec, porcelaine, bakélite, huile, composé, etc.).
• Le niveau des étapes de transformation. L'équipement peut être à un ou deux étages (cascade), la limite de tension de 1000 V peut être minimale ou, au contraire, maximale.
• Concevoir. Selon ce critère, on distingue deux types de transformateurs de courant - à huile et à sec.Dans le premier cas, les spires de bobinage et le circuit magnétique se trouvent dans un récipient contenant un liquide huileux spécial : il joue le rôle d'isolant et permet de contrôler la température de fonctionnement du support. Dans le second cas, le refroidissement se produit par air, de tels systèmes sont utilisés dans les bâtiments industriels et résidentiels, car les transformateurs à huile ne peuvent pas être installés à l'intérieur en raison d'un risque d'incendie accru.
• Type de tension. Les transformateurs peuvent être abaisseurs et élévateurs: dans le premier cas, la tension sur les spires primaires est réduite et dans le second, elle est augmentée.
• Une autre possibilité de classement est le choix du transformateur de courant par puissance. Ce paramètre dépend de la destination de l'équipement, du nombre de consommateurs connectés, de leurs propriétés.

Paramètres et caractéristiques

Lors du choix d'un tel équipement, il est nécessaire de prendre en compte les principaux paramètres techniques qui affectent la gamme d'applications et le coût. Principales qualités :

• Charge nominale, ou puissance : la sélection selon ce critère peut se faire à l'aide d'un tableau comparatif des caractéristiques des transformateurs. La valeur du paramètre détermine d'autres caractéristiques de courant, car elle est strictement normalisée et sert à déterminer le fonctionnement normal de l'équipement dans la classe de précision sélectionnée.
• Courant nominal. Cet indicateur détermine la période pendant laquelle l'appareil peut fonctionner sans surchauffer à des températures critiques. Dans les équipements de transformateur, en règle générale, il existe une réserve solide en termes de niveau de chauffage, avec une surcharge allant jusqu'à 18-20%, le fonctionnement se produit en mode normal.
• Tension.L'indicateur est important pour la qualité de l'isolation des enroulements, assure le bon fonctionnement de l'équipement.
• Erreur. Ce phénomène se produit en raison de l'influence du flux magnétique, le taux d'erreur est la différence entre les données exactes du courant primaire et secondaire. L'augmentation du flux magnétique dans le noyau du transformateur contribue à une augmentation proportionnelle de l'erreur.
• Le rapport de transformation, qui est le rapport du courant dans les spires primaire et secondaire. La valeur réelle du coefficient diffère de la valeur nominale d'une quantité égale au degré de pertes lors de la conversion d'énergie.
• La multiplicité limite, exprimée par rapport au courant primaire sous forme réelle à la valeur nominale.
• La multiplicité du courant qui se produit dans les spires de l'enroulement de type secondaire.

Les données clés du transformateur de courant sont déterminées par le circuit équivalent: il vous permet d'étudier les caractéristiques de l'équipement dans différents modes, du ralenti à la pleine charge.

Les principaux indicateurs sont indiqués sur le corps de l'appareil sous la forme d'un marquage spécial. Il peut également contenir des données sur la méthode de levage et de montage des équipements, des informations d'avertissement sur l'augmentation de la tension sur les spires secondaires (plus de 350 Volts), des informations sur la présence d'un plot de mise à la terre. Le marquage du convertisseur d'énergie est appliqué sous forme d'autocollant ou de peinture.

Dysfonctionnements possibles

Comme tout autre équipement, les transformateurs tombent en panne de temps en temps et nécessitent un service qualifié avec diagnostic. Avant de vérifier l'appareil, vous devez savoir quelles sont les pannes, quels signes leur correspondent:

• Bruit irrégulier à l'intérieur du boîtier, crépitement.Ce phénomène indique généralement une rupture de l'élément de masse, un chevauchement sur le boîtier des spires d'enroulement, ou un affaiblissement du pressage des tôles utilisées pour le circuit magnétique.
• Trop d'échauffement du boîtier, augmentation de l'intensité du courant côté consommation. Le problème peut être causé par un court-circuit d'enroulement dû à l'usure ou à des dommages mécaniques de la couche isolante, des surcharges fréquentes résultant d'un court-circuit.
• Fissures dans les isolateurs, décharges glissantes. Ils apparaissent lorsqu'un défaut de fabrication n'a pas été identifié avant la mise en service, un moulage de corps étrangers et un chevauchement entre l'entrée de phases de valeurs différentes.
• Émissions d'huile au cours desquelles la membrane de la structure d'échappement est détruite. Le problème s'explique par un court-circuit interfacial dû à l'usure de l'isolant, à une diminution du niveau d'huile, à des chutes de tension ou à l'apparition de surintensités dans l'état d'un court-circuit de type traversant.
• Fuites d'huile des joints ou des robinets du transformateur. Les principales raisons sont une soudure de mauvaise qualité des nœuds, une mauvaise étanchéité, la destruction des joints ou des clapets de vanne non rodés.
• Enclenchement du relais de protection gaz. Ce phénomène se produit lorsque l'huile se décompose, ce qui se produit en raison d'un court-circuit d'enroulement, d'un circuit ouvert, d'un grillage des contacts de l'appareil de commutation ou en cas de court-circuit au boîtier du transformateur.
• Désactivation du relais de protection gaz. Le problème est causé par la décomposition active du liquide huileux à la suite d'une fermeture interfaciale, d'une surtension de la partie interne ou externe, ou en raison du soi-disant "feu d'acier".
• Protection différentielle déclenchée. Ce dysfonctionnement apparaît lors d'une panne sur le boîtier d'admission, lors d'un chevauchement de phases ou dans d'autres cas.

Pour maximiser l'efficacité de la fonctionnalité de l'appareil, il est nécessaire d'effectuer régulièrement une vérification à l'aide d'une caméra thermique : l'équipement permet de diagnostiquer une diminution de la qualité des contacts et une diminution de la température de fonctionnement. Lors de la vérification, les spécialistes effectuent la gamme de manipulations suivante :

• 1. Prendre des mesures de tension et de courant.
  2. Vérification de la charge à l'aide d'une source externe.
  3. Détermination des paramètres dans le schéma de travail.
  4. Calcul du ratio de transformation, comparaison et analyse des indicateurs.

Calcul du transformateur

Le principe de base du fonctionnement de cet appareil est déterminé par la formule U1/U2=n1/n2, dont les éléments sont décodés comme suit :

• U1 et U2 sont les tensions des spires primaire et secondaire.
• n1 et n2 - leur nombre sur les enroulements des types primaire et secondaire, respectivement.

Pour déterminer la section transversale du noyau, une autre formule est utilisée: S=1.15*√P, dans lequel la puissance est mesurée en watts et la surface est mesurée en centimètres carrés. Si le noyau utilisé dans l'équipement a la forme de la lettre W, l'indice de section est calculé pour la tige centrale. Lors de la détermination des tours dans l'enroulement du niveau primaire, la formule est utilisée n=50*U1/S, alors que le composant 50 n'est pas immuable, dans les calculs pour éviter l'apparition d'interférences électromagnétiques, il est recommandé de définir la valeur 60 à la place. Une autre formule est d=0.8*√I, dans laquelle d est la section transversale du fil et I est l'indicateur d'intensité du courant ; il est utilisé pour calculer le diamètre du câble.

Les chiffres obtenus lors des calculs sont ajustés pour arrondir les valeurs (par exemple, la puissance estimée de 37,5 W est arrondie à 40). L'arrondi n'est autorisé que vers le haut.Toutes ces formules sont utilisées pour sélectionner les transformateurs fonctionnant sur un réseau 220 Volts ; lors de la construction de lignes à haute fréquence, d'autres paramètres et méthodes de calcul sont utilisés.

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