Qu'est-ce qu'un transformateur de courant tore (CBCT) ?

Le transformateur de courant à tore (également appelé CBCT) est un transformateur de courant de type anneau (CT) au centre duquel passent trois câbles à un seul conducteur ou un seul câble à trois conducteurs d'un système triphasé. Ce câble à trois conducteurs forme l'enroulement primaire du CBCT.

En d'autres termes, nous pouvons définir comme un CT homopolaire (ZCT) est également connu sous le nom de tore homopolaire CT (CBCT) est un type spécial de transformateur de courant (CT) qui détecte la présence de courant homopolaire lors d'un défaut de court-circuit (tel que LG défaut) condition qui provoque un déséquilibre dans le système 3-phase.

Core balance Current Transformer fonctionne sur le concept d'équilibrage du courant homopolaire dans un système triphasé. C'est pourquoi il est également connu sous le nom de transformateur de courant homopolaire (ZCT). Le tore homopolaire est généralement utilisé pour la protection contre les défauts à la terre (ou la protection contre les fuites à la terre) pour les systèmes électriques moyenne tension. Un CBCT typique est illustré dans la figure ci-dessous.

Contrairement au transformateur de courant (CT), l'enroulement primaire du CBCT est formé d'un câble à trois conducteurs passant par le centre de son noyau de fer et la bobine secondaire du CBCT est également enroulée sur son noyau de fer de type anneau, et il est connecté à un relais de défaut à la terre.

Principe de fonctionnement du CBCT ou du ZCT

Un transformateur de courant à noyau équilibré (CBCT) fonctionne sur le principe de l'équilibrage du courant homopolaire dans le système 3-phase. Par conséquent, il est également appelé transformateur de courant homopolaire (ZCT). Le principe de base du fonctionnement du transformateur de courant homopolaire est le courant bas de Kirchhoff : la somme du courant à n'importe quel nœud du circuit électrique sera égale à zéro.

Pendant le fonctionnement normal du système triphasé, la somme vectorielle de son courant de phase ( Īa plus Īb plus Īc=0 ) est nulle. Par conséquent, aucun courant homopolaire résiduel ne sera présent dans l'enroulement primaire du CBCT. Par conséquent, aucun flux ne sera développé dans le noyau de CBCT. Par conséquent, aucun courant ne circulera dans le circuit secondaire du CBCT.

Alors que dans des conditions anormales, lorsque la somme du courant de phase ne sera pas nulle. Ensuite, en raison du déséquilibre du courant de phase, un courant homopolaire circulera dans le circuit secondaire du CBCT. Par conséquent, le relais de défaut à la terre connecté au secondaire du CBCT sera mis sous tension et isolera le système sain à l'aide d'un disjoncteur.

Soient Īa , Īb et Īc les courants de ligne du système triphasé et Φa , Φb et Φc les composantes correspondantes du flux magnétique développé dans le noyau du CT homopolaire ou du CBCT. En supposant que CBCT fonctionne dans une région linéaire, le flux magnétique développé dans le noyau de CBCT sera directement proportionnel à son courant de ligne correspondant. Il peut donc s'écrire :

Φa=kIa

Φb=klb

Φc=kIc

Ici (k) est la constante de proportionnalité. Puisqu'ici, les trois courants de phase produisent un flux magnétique correspondant dans le même noyau de ZCT (même matériau magnétique). Par conséquent, la même constante de proportionnalité (k) est utilisée dans tous les flux de phase.

Par conséquent, le flux magnétique résultant dans le noyau du ZCT ou du CBCT sera

Φr=k(Īa plus Īb plus Īc) (1)

Mais comme nous le savons tous, du concept de composants symétriques

(Īa plus Īb plus Īc)=3Ī0 = Īn(2)

Ici, Īn est le courant neutre et Ī0 est le courant homopolaire dans le transformateur de courant. Par conséquent, à partir des équations ci-dessus (1) et (2), nous pouvons conclure que

Φr = k.Īn (3)

Considérons maintenant deux cas

Cas 1 : Pendant le fonctionnement normal du système triphasé

Comme nous savons que Īa plus Īb plus Īc=0 (4)

Ici, en comparant les équations (1) et (4), nous avons obtenu le résultat suivant :

Le flux résultant net (Φr=0) est nul. Cela signifie qu'aucun courant ne circulera dans le circuit secondaire du CBCT. Par conséquent, le relais de défaut à la terre ne fonctionnera pas dans des conditions normales de fonctionnement.

Cas 2 : lors d'un défaut à la terre (par exemple défaut LG) dans des conditions anormales, le courant de phase dans le câble à trois conducteurs passant par le centre du transformateur de courant ne s'équilibrera pas. Par conséquent, un courant homopolaire circulera dans le circuit secondaire de ZCT. Par exemple, considérons le cas d'un défaut de ligne à la terre (défaut LG).

Si=3Ia0 = Dans (5)

En comparant l'équation (5) à l'équation (3), nous avons constaté que le flux magnétique net dans le noyau du CBCT ne sera pas nul. Il a une valeur finie qui induira du courant dans le circuit secondaire de ZCT. Par conséquent, ce courant secondaire circule dans le relais de protection contre les défauts à la terre et l'active. Pour cette raison, un tore homopolaire (CBCT) est également appelé TC homopolaire (ZCT).

Application de CBCT ou ZCT

Le transformateur de courant à tore (CBCT) est principalement utilisé pour la protection contre les défauts à la terre des machines électriques. L'une de ses applications importantes en tant que protection contre les défauts à la terre du moteur à induction, qui est discutée en détail ci-dessous.

CBCT pour la protection du moteur

Dans la plupart des industries, le CBCT est utilisé pour la protection contre les fuites à la terre des moteurs industriels (3-moteur à induction de phase). Dans ce schéma de protection, le noyau du CBCT entoure les câbles d'alimentation connectés au moteur à induction de phase 3-. Les conducteurs de mise à la terre de la gaine du câble à la terre doivent passer par l'œillet du noyau ZCT. Un schéma typique est illustré dans la figure ci-dessous.

Le cœur du CBCT est excité par le courant (Īa plus Īb plus Īc plus Īgaine plus Īterre).

L'effet de ( Īgaine plus Īterre ) est annulé lorsque les conducteurs de terre sont passés par l'œil du CBCT. Par conséquent, le schéma de protection ne répond que pour le courant (Īa plus Īb plus Īc) dans le moteur à induction.

Avantages du CBCT

Le principal avantage de l'utilisation de CBCT comme schéma de protection contre les défauts à la terre est que dans ce schéma de protection, un seul noyau de TC est utilisé au lieu de trois noyaux comme dans le système conventionnel. Ainsi, le flux magnétique requis pour la production d'un courant secondaire particulier est réduit à un tiers (1/3), ce qui est le plus grand avantage car la sensibilité globale du système de protection est augmentée.

De plus, le nombre de tours secondaires du TC n'est pas requis en fonction du courant nominal du câble car aucun courant secondaire ne circule dans des conditions de fonctionnement normales car le courant du système triphasé est équilibré. Cela permet d'optimiser les spires secondaires en fonction du courant d'excitation primaire effectif du TC.

Caractéristiques du ZCT ou du CBCT

Ce sont des caractéristiques très intéressantes du TC homopolaire (ZCT) ou du transformateur de courant tore (CBCT), elles sont mentionnées ci-dessous comme :

• Haute sensibilité
• Bonne linéarité
• Fonctionnement fiable

• Installation pratique et facile

Sélection de CBCT ou ZCT

Le TC homopolaire ou CBCT approprié est sélectionné en fonction des facteurs suivants.

Rapport CT nominal : il doit être tel que même dans le plus petit défaut à la terre, le courant soit suffisant pour faire fonctionner le relais de défaut à la terre.

Courant de fuite à la terre primaire minimum

Courant d'excitation minimum requis pour la tension de fonctionnement du relais

Tension au coude

Dimensions et diamètre interne du TC (le diamètre interne dépend de la taille du câble)