Test du rapport du transformateur de courant : méthodes, erreurs et guide de liste de contrôle sur le terrain

Chaque système de protection et de mesure commence par un numéro sur une plaque signalétique. Un transformateur de courant 1000/5 promet une transformation de vingt à un, et toute l'étude de coordination des relais repose sur cette promesse. Un test de rapport de transformateur de courant est simplement le moment de vérité : il applique un courant ou une tension connue à un enroulement, mesure ce qui sort de l'autre et compare le résultat avec la plaque signalétique. Bien réalisé, il confirme que le TC, son câblage et ses circuits secondaires sont sains. Fait avec négligence, un mauvais rapport peut rester tranquillement dans le système jusqu'au jour où un courant de défaut arrive et le relais ne fonctionne pas ou se déclenche alors qu'il ne devrait pas.

Ce qu'un test de rapport de transformateur de courant confirme réellement

À la base, un transformateur de courant se comporte comme n’importe quel autre transformateur : le nombre de tours entre le primaire et le secondaire détermine la relation entre les deux enroulements. Étant donné que le primaire est effectivement constitué d'une seule spire, ou d'un petit nombre de spires, transportant le courant de ligne complet, le secondaire délivre une copie réduite, classiquement 5 A ou 1 A au courant primaire nominal. Le test du ratio vérifie deux choses à la fois. Premièrement, le rapport de rotation est ce que prétend la plaque signalétique. Deuxièmement, le circuit magnétique se comporte toujours suffisamment bien au courant de test pour produire une sortie propre et mesurable.

Les ingénieurs effectuent généralement ce test pour l’une des trois raisons suivantes. Lors de la mise en service d'une nouvelle sous-station, chaque TC doit être testé avant que la protection ne soit activée. Lors de l'entretien de routine, une dérive du rapport mesuré laisse présager des spires court-circuitées, des connexions de bornes desserrées ou de l'humidité dans l'isolation. Et lors du dépannage, lorsqu'un relais a mal fonctionné ou qu'un compteur a enregistré une énergie qui ne s'additionne pas.

Quelle que soit la raison, le test a besoin d’un point de référence. Le rapport nominal est le chiffre indiqué sur la plaque signalétique, par exemple 400/5 ou 1000/5. Le rapport mesuré correspond à ce que vous injectez et observez réellement. La différence entre eux, exprimée en pourcentage, correspond au rapport d'erreur qui détermine si le TC est toujours adapté à sa classe de précision.

Deux méthodes éprouvées : injection primaire et tension secondaire

En pratique, il existe deux approches principales, plus une troisième qui automatise les deux.

Injection de courant primaire

Une source de courant élevé injecte un courant connu dans l'enroulement primaire tandis que la sortie est lue sur le secondaire. Le rapport est simplement le courant primaire injecté divisé par le courant secondaire mesuré. Il s'agit du test le plus convaincant lorsque vous souhaitez vérifier l'intégralité de la boucle, car le câblage, les bornes et les liens de court-circuit se trouvent tous à l'intérieur du circuit de mesure. Attention à la saturation : si vous injectez bien en dessous du courant nominal, le rapport mesuré peut dériver légèrement, alors gardez l'injection dans une bande raisonnable du courant nominal du CT ou acceptez une modeste extrapolation.

Méthode de tension secondaire

Une faible tension alternative est appliquée à l'enroulement primaire et la tension induite est mesurée au secondaire. Le rapport de tension suit le rapport de transformation, donc aucun courant important n'est nécessaire pour obtenir un rapport rapide et propre. Il s'agit d'un excellent test au banc et d'une méthode de terrain pratique lorsque le circuit primaire ne peut pas être ouvert ou qu'un ensemble à courant élevé n'est pas disponible. Le secondaire ne doit cependant jamais être laissé ouvert car des tensions dangereuses peuvent apparaître aux bornes.

Les analyseurs CT automatiques modernes combinent ces contrôles en un seul passage et calculent le rapport, la polarité, le point de coude d'excitation et la charge secondaire conformément à la norme CEI 61869-2 ou IEEE C57.13, ce qui permet de gagner un temps considérable sur un calendrier de mise en service chargé.

Sources d'erreur qui faussent la lecture

Lorsqu'un rapport ne correspond pas à la plaque signalétique, il existe plusieurs coupables courants qui méritent d'être écartés avant de condamner le CT.

• Fardeau secondaire - les relais, les compteurs, les borniers et le câblage consomment tous du courant, et une charge excessive pousse le point de fonctionnement vers le haut de la courbe d'erreur.
• Courant d'excitation - la branche magnétisante introduit une erreur dans chaque méthode, et elle devient plus visible bien en dessous du courant primaire nominal.
• Champs magnétiques parasites - les pinces multimètres placées à proximité de câbles d'injection lourds peuvent capter les champs du chemin de retour et des conducteurs à proximité.
• Fils de test - des câbles sous-dimensionnés ou excessivement longs ajoutent une chute de tension, ce qui est le plus important dans la méthode de tension.
• Rémanence - le magnétisme résiduel laissé par un précédent test de courant élevé ou de courant continu polarise le noyau et décale la lecture.
• Résistance de contact - une seule borne secondaire desserrée peut produire une erreur bien plus importante que son apparence ne le suggère.

Interprétation du résultat : erreur de rapport, classe et polarité

L'arithmétique est simple : l'erreur de rapport en pourcentage est égale au rapport mesuré moins le rapport évalué, divisé par le rapport évalué, multiplié par cent. Pour les noyaux de mesure, un écart d’environ plus ou moins 0,5 pour cent est normalement acceptable, tandis qu’une unité de classe 0,2 exige un contrôle plus strict. Les noyaux de protection tolèrent un écart de rapport plus important, mais ils doivent quand même satisfaire à leur caractéristique d'excitation. Une règle pratique sur le terrain est que tout ce qui dépasse 1 pour cent mérite une enquête, et tout ce qui dépasse 5 pour cent indique généralement des virages en court-circuit, un mauvais câblage ou un robinet qui ne correspond pas au dessin.

Le ratio n’est qu’un élément de la liste. La polarité, la courbe d'excitation ou de saturation, la résistance d'isolement, la résistance d'enroulement et la charge secondaire forment ensemble l'ensemble complet de mise en service du TC, c'est pourquoi un ensemble de test moderne les exécute en séquence. La polarité mérite une mention particulière : si S1 et S2 sont inversés, un relais différentiel verra un courant qui n'existe pas et pourra fonctionner sans aucun défaut.

Comment les tests de ratio s'intègrent dans un équipement de distribution complet

Un test de ratio se produit rarement de manière isolée. Cela a lieu à l'intérieur d'une cellule d'appareillage, dans une sous-station de type boîte ou à côté d'un transformateur de distribution, où les circuits secondaires sont partagés et la charge est la somme de chaque charge connectée. Cette réalité façonne la manière dont les équipements complets doivent être assemblés et testés. Un transformateur de distribution à changement de prise en charge immergé dans l'huile, par exemple, comporte ses propres transformateurs de courant à traversée et son propre dispositif de protection, et les méthodes utilisées pour vérifier ces TC sont identiques à celles utilisées pour les unités autonomes dans une cellule.

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Si le CT fonctionne avec un équipement immergé dans l'huile, il est logique d'intégrer le test électrique dans un plan de révision plus large : l'analyse de l'huile, l'inspection des joints, les enregistrements de tendances et la revérification de la protection appartiennent tous à la même fenêtre de panne, exactement comme décrit dans ces notes d'entretien des transformateurs immergés dans l'huile .

La même logique s’applique aux équipements isolés dans l’air. Un transformateur de distribution de type sec alimentant une charge commerciale ou industrielle est généralement protégé par des TC dont le rapport, la classe et la charge ont été choisis pour correspondre au relais en aval. Ainsi, la vérification du rapport lors de la mise en service protège l'investissement dans l'ensemble de l'ensemble.

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À l'endroit où se trouve réellement le TC, l'appareillage moyenne tension décide de son accessibilité pour les tests futurs. Les cabines conçues avec des compartiments CT adéquats et des bornes secondaires clairement étiquetées font de la vérification de routine un travail court et sûr plutôt qu'un arrêt d'une journée complète.

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Une liste de contrôle pratique sur le terrain

1. Travailler à partir de la plaque signalétique et du dernier rapport de test ; notez le rapport nominal, la classe de précision et la charge nominale.
2. Isolez le CT, ouvrez le primaire lorsque cela est possible et confirmez que le secondaire est en court-circuit ou connecté à une charge connue.
3. Enregistrez les conditions ambiantes, notamment la température et l’humidité, avant toute mesure.
4. Injectez à un niveau suffisamment élevé pour éviter l’extrémité inférieure de la courbe d’erreur et répétez en deux ou trois points.
5. Lisez la sortie secondaire avec un instrument adapté à la valeur attendue plutôt que de vous fier à une seule lecture de pince.
6. Comparez le rapport mesuré avec la plaque signalétique et enregistrez l'écart en pourcentage.
7. Vérifiez la polarité au cours de la même session, à l'aide d'une impulsion CC ou de la fonction analyseur.
8. Restaurez le circuit secondaire, supprimez les liens de court-circuit et entrez le résultat dans l'historique des actifs.

Un test du rapport de transformation de courant prend moins de temps que presque toute autre tâche d'un calendrier de mise en service, mais il se situe sous chaque décision que le système de protection prendra ultérieurement. Confirmer le rapport, la polarité et la charge signifie que le relais voit le courant comme prévu par la conception. Le sauter laisse un compromis qui reste invisible jusqu'au jour où cela compte le plus.