A Transformateur de tensionest une technologie importante de transformateur d'instrument utilisée pour réduire une tension primaire élevée à une tension secondaire proportionnelle adaptée à la mesure, au comptage, à la protection et au contrôle. Contrairement à un transformateur de puissance, destiné au transfert d'énergie entre les réseaux électriques, un transformateur de mesure est conçu pour fournir un signal précis aux compteurs, relais, équipements de surveillance et systèmes de contrôle. La sélection correcte dépend de la tension du système primaire, de la tension secondaire, de la fréquence, des exigences de précision, de la charge, de l'isolation, de la disposition des phases, de la configuration des enroulements, de l'emplacement d'installation, de l'exposition environnementale et de la fonction de protection ou de mesure prévue. Les technologies électromagnétiques, capacitives et électroniques proposent différentes approches pour obtenir des signaux de tension proportionnels. Les conceptions intérieures et extérieures répondent également à différentes conditions environnementales. Une évaluation technique complète doit donc considérer les performances électriques, l’isolation, la construction, les accessoires, la protection, l’installation et la maintenance comme un seul système coordonné.
Table des matières
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- 1. Pourquoi la mesure de tension est-elle importante dans les systèmes électriques ?
- 2. Comment fonctionne un transformateur de tension d'instrument ?
- 3. Quels sont les principaux types et configurations ?
- 4. Comment la précision et la charge affectent-elles la sélection ?
- 5. Pourquoi l’isolation et l’isolation électrique sont-elles essentielles ?
- 6. En quoi les applications de protection et de mesure diffèrent-elles ?
- 7. Quelle est la différence entre les conceptions électromagnétiques et capacitives ?
- 8. Comment les conceptions intérieures et extérieures répondent-elles à des conditions différentes ?
- 9. En quoi les applications monophasées et triphasées diffèrent-elles ?
- 10. Comment faut-il prendre en compte les fusibles, la mise à la terre secondaire et la sécurité ?
- 11. Quelles applications utilisent la mesure de tension d’instrument ?
- 12. Quelles erreurs de sélection courantes doivent être évitées ?
- 13. Que doit inclure une spécification technique professionnelle ?
- 14. Foire aux questions
Pourquoi la mesure de tension est-elle importante dans les systèmes électriques ?
Les réseaux électriques ne peuvent pas être contrôlés de manière sûre et précise sans informations fiables sur la tension. Les opérateurs, les relais de protection, les compteurs, les systèmes d'automatisation et les équipements de surveillance dépendent tous de signaux de mesure qui représentent l'état du circuit électrique primaire.
Connecter directement des compteurs conventionnels ou des équipements de contrôle basse tension à un circuit moyenne ou haute tension serait peu pratique et potentiellement dangereux. Les transformateurs de mesure résolvent ce problème en créant un signal secondaire proportionnel qui représente la tension primaire tout en assurant une séparation électrique entre le circuit haute tension et le circuit de mesure secondaire.
Cette séparation présente plusieurs avantages pratiques. L'équipement de mesure peut être conçu autour d'une tension secondaire normalisée au lieu d'être exposé directement au système primaire. Les relais de protection peuvent traiter un signal gérable. Les compteurs d'énergie peuvent remplir leurs fonctions de mesure. Les opérateurs peuvent obtenir des informations sur le réseau électrique sans amener la tension primaire directement dans le panneau de commande.
Fournit un signal de tension proportionnel pour les compteurs et les appareils de surveillance.
Fournit des informations sur la tension aux relais de protection qui évaluent les conditions anormales du système.
Sépare le circuit de mesure secondaire du réseau primaire haute tension.
Fournit un signal électrique pouvant prendre en charge l'automatisation, la logique de commutation, la synchronisation et d'autres fonctions de contrôle.
Les informations sur la tension sont particulièrement importantes dans les systèmes où les conditions électriques changent continuellement. Les sous-stations, les systèmes de distribution industrielle, les lignes d'alimentation des transformateurs, les réseaux d'énergie renouvelable et les systèmes de services publics complexes nécessitent tous des informations fiables sur la tension du système.
La mesure prend également en charge le dépannage. Si le signal secondaire observé change de manière inattendue, les ingénieurs peuvent déterminer si la cause est liée au système primaire, au transformateur de mesure, au câblage, au circuit de protection ou à une autre partie de la chaîne de mesure.
Une chaîne de mesure fiable commence donc par un transformateur de mesure correctement sélectionné. La précision, l'isolation, la configuration des connexions, la charge secondaire, les conditions environnementales et les exigences de protection doivent tous être pris en compte ensemble.
Comment fonctionne un transformateur de tension d'instrument ?
Un transformateur de tension d'instrument électromagnétique fonctionne par induction électromagnétique. L'enroulement primaire est connecté au circuit haute tension, tandis que l'enroulement secondaire fournit une tension proportionnellement plus faible aux équipements de mesure ou de protection connectés.
La relation de base est déterminée par le rapport entre les tours primaires et les tours secondaires. Lorsque l’enroulement primaire est alimenté, un flux magnétique s’établit dans le noyau. Ce flux induit une tension dans l'enroulement secondaire qui correspond proportionnellement à la tension primaire dans la plage de fonctionnement conçue pour le transformateur.
Enroulement primaire
L'enroulement primaire se connecte au circuit haute tension. Son système d'isolation est donc conçu pour résister aux contraintes électriques liées au réseau primaire.
Selon l'architecture du produit, l'enroulement primaire peut avoir différentes constructions physiques. Certaines conceptions utilisent un agencement d'enroulement conventionnel, tandis que d'autres intègrent l'enroulement dans une structure isolante encapsulée.
Enroulement secondaire
L'enroulement secondaire fournit le signal de tension réduite aux compteurs, relais et autres équipements. Sa sortie est conçue pour rester proportionnelle à la tension primaire dans des conditions électriques spécifiées.
Noyau magnétique
Le noyau fournit le chemin magnétique nécessaire à l’induction électromagnétique. La construction du noyau et les caractéristiques magnétiques influencent la précision, le comportement d'excitation, les pertes et la capacité du transformateur à fournir un signal secondaire stable.
Système d'isolation
Le système d'isolation sépare l'enroulement primaire haute tension de l'enroulement secondaire, du boîtier et de la structure environnante. Selon la conception du produit, cela peut impliquer une isolation sèche, un moulage en résine époxy, une isolation à l'huile, une isolation au gaz ou d'autres dispositions diélectriques.
| Composant | Fonction principale | Considération clé de conception |
|---|---|---|
| Enroulement primaire | Se connecte au circuit haute tension | Exigences en matière de tension primaire et d'isolation |
| Enroulement secondaire | Fournit le signal de mesure réduit | Tension secondaire, précision, charge |
| Noyau magnétique | Fournit le chemin magnétique | Matériau du noyau et caractéristiques d'excitation |
| Système d'isolation | Maintient la séparation électrique | Contrainte de tension, environnement, stabilité mécanique |
| Enceinte ou logement | Fournit une protection mécanique et environnementale | Lieu d'installation et conditions d'exposition |
Qualité du signal secondaire
Un signal secondaire utile doit représenter avec précision la tension primaire pendant que l'équipement connecté consomme sa charge spécifiée. Si le circuit de mesure impose une charge excessive au secondaire, le rapport de tension et la précision peuvent être affectés.
C'est pourquoi le transformateur, le câblage, les bornes, les compteurs, les relais et autres équipements secondaires doivent être évalués comme un seul circuit.
Le principe de fonctionnement est peut-être simple dans son concept, mais pour obtenir une précision stable dans des conditions de fonctionnement réelles, il faut une conception minutieuse du noyau, des enroulements, de l'isolation, des connexions et de la structure mécanique.
Quels sont les principaux types et configurations ?
Les transformateurs de tension d'instrument peuvent être classés en fonction de l'installation, de la disposition des phases, de la configuration des enroulements, de la technologie d'isolation et du principe de fonctionnement. Ces catégories aident les ingénieurs à affiner la sélection en fonction des exigences du système.
Configurations intérieures
Les unités intérieures sont destinées à être installées à l’intérieur d’appareillages de commutation, de sous-stations, de salles électriques ou d’autres environnements protégés. Leur conception de boîtier et d’isolation peut être optimisée autour d’un environnement intérieur contrôlé.
Les conceptions moulées en résine époxy sont courantes dans les applications moyenne tension intérieures compactes, car l'isolation solide peut créer une structure étanche tout en gardant l'assemblage physique relativement compact.
Configurations extérieures
Les unités extérieures sont directement exposées à la pluie, à l’humidité, aux changements de température, au soleil, à la poussière, à la pollution et à d’autres conditions environnementales. Leur disposition en matière de logement et d'isolation doit donc tenir compte du service extérieur.
Configurations monophasées
Les conceptions monophasées sont couramment utilisées lorsque chaque phase est mesurée séparément ou lorsque l'application nécessite un agencement de mesure défini phase-terre ou phase-phase.
Configurations triphasées
Les arrangements triphasés peuvent fournir une mesure de tension coordonnée pour les réseaux électriques triphasés. La connexion exacte dépend de la configuration du neutre du système et de la fonction de protection ou de mesure.
Configurations à deux et trois enroulements
Une conception à deux enroulements contient un enroulement primaire et un enroulement secondaire. Une conception à trois enroulements ajoute un enroulement secondaire auxiliaire qui peut prendre en charge une fonction distincte de protection ou de mise à la terre, en fonction du schéma électrique.
Systèmes de type sec et à résine coulée
Les systèmes de type sec utilisent une isolation solide ou sèche sans diélectrique liquide. La construction moulée en résine époxy peut encapsuler entièrement les composants sélectionnés, offrant ainsi une stabilité mécanique et une résistance à l'humidité et à la contamination.
Conceptions immergées dans l’huile
Les configurations immergées dans l'huile utilisent de l'huile isolante dans le cadre du système diélectrique et thermique. Ces conceptions nécessitent des procédures appropriées de construction, d’étanchéité, de gestion de l’huile et de maintenance des réservoirs.
Configurations gonflables ou isolées au gaz
Les conceptions à isolation gazeuse peuvent être utilisées lorsque des systèmes diélectriques fermés sont appropriés. Leur sélection doit inclure la prise en compte de l'étanchéité du boîtier, des propriétés du gaz, de la gestion de la pression, des procédures de service et des exigences environnementales.
Technologies capacitives et électroniques
Tous les systèmes de mesure de tension ne reposent pas sur un transformateur électromagnétique conventionnel. Les transformateurs de tension capacitifs utilisent un diviseur capacitif en combinaison avec une section électromagnétique, tandis que les capteurs de tension électroniques utilisent des méthodes de détection et de conversion de signal pour produire une sortie électrique proportionnelle.
| Classification | Options typiques | Objectif de sélection |
|---|---|---|
| Installation | Intérieur, extérieur | Exposition environnementale et conception de l’enceinte |
| Phase | Monophasé, triphasé | Configuration du réseau et schéma de mesure |
| Enroulement | À deux enroulements, à trois enroulements | Comptage, protection, fonctions auxiliaires |
| Isolement | Sec, résine coulée, fioul, gaz | Classe de tension, environnement, maintenance |
| Principe de fonctionnement | Électromagnétique, capacitif, électronique | Niveau de tension, précision, architecture du système |
La sélection doit commencer par les exigences de l'application et du réseau, et pas simplement par la catégorie de produit. Différentes configurations peuvent satisfaire des fonctions de mesure similaires tout en offrant des caractéristiques d'installation et de maintenance différentes.
Comment la précision et la charge affectent-elles la sélection ?
La précision est l'une des considérations techniques les plus importantes car le signal secondaire peut être utilisé pour la mesure de l'énergie, la surveillance du système, la protection, le contrôle ou plusieurs fonctions en même temps.
Classe de précision
La classe de précision décrit l'erreur de mesure admissible dans des conditions définies. Différentes applications peuvent avoir des exigences de précision différentes.
Les circuits de mesure utilisés pour le comptage peuvent nécessiter une précision plus stricte que les applications dans lesquelles le transformateur fournit principalement un signal de protection. La classe correcte dépend donc de ce que le circuit secondaire doit accomplir.
Charge nominale
La charge fait référence à la charge connectée à l'enroulement secondaire. Cela inclut les compteurs, les entrées de relais, les transducteurs, le câblage, les borniers et autres appareils connectés.
Si la charge réelle du circuit secondaire diffère considérablement des conditions pour lesquelles le transformateur a été spécifié, la précision et le comportement de sortie peuvent changer.
Précision du rapport
Le rapport de transformation doit rester dans la tolérance spécifiée. Une différence entre le rapport prévu et le rapport réel peut influencer à la fois les valeurs de mesure et les décisions de protection.
Déphasage
Dans les systèmes de mesure impliquant des calculs de puissance, les relations de phase sont importantes. De petites erreurs de déphasage peuvent affecter la précision des calculs dérivés des signaux de tension et de courant.
| Paramètre | Ce qu'il décrit | Pourquoi c'est important |
|---|---|---|
| Classe de précision | Précision des mesures dans des conditions définies | Détermine l'adéquation au comptage ou à la protection |
| Charge nominale | Charge du circuit secondaire | Influence la tension secondaire et la précision |
| Taux de transformation | Relation de tension primaire à secondaire | Garantit que la mesure représente correctement le système principal |
| Déphasage | Relation angulaire entre la tension primaire et secondaire | Peut affecter les calculs de puissance et de protection |
Exigences de mesure et de protection
Les applications orientées mesure se concentrent généralement sur le maintien d’une sortie proportionnelle précise sur la plage de fonctionnement concernée. Les applications axées sur la protection peuvent mettre davantage l'accent sur le comportement du transformateur lors de conditions anormales du système et sur la capacité du signal secondaire à prendre en charge le fonctionnement du relais.
Cette distinction doit être reflétée dans la spécification technique. Un produit sélectionné uniquement en fonction de la tension nominale peut ne pas convenir si sa précision et ses caractéristiques de charge ne correspondent pas au circuit connecté.
Pourquoi l’isolation et l’isolation électrique sont-elles essentielles ?
L'isolation électrique est l'une des principales raisons pour lesquelles les transformateurs de tension de mesure sont utilisés. Le circuit primaire peut fonctionner à une tension bien supérieure à la plage de fonctionnement sûre des appareils de mesure et de contrôle conventionnels. Le système d'isolation doit donc créer une séparation fiable entre les circuits primaire et secondaire.
Isolement du primaire au secondaire
Le système d'isolation doit résister aux contraintes électriques associées à la tension primaire nominale et aux conditions transitoires définies. La conception comprend les matériaux d'isolation, les lignes de fuite, les dégagements, la disposition des enroulements, l'encapsulation, les bornes et la géométrie du boîtier.
Isolement solide
Les conceptions en résine coulée peuvent encapsuler les enroulements et autres composants électriques. Cette approche peut fournir une structure compacte et mécaniquement stable tout en réduisant l'exposition directe des surfaces d'isolation internes à l'humidité ou à la contamination.
Isolement à l'huile
L'huile fournit à la fois des caractéristiques d'isolation diélectrique et de transfert de chaleur. Les conceptions remplies d'huile nécessitent un confinement et une étanchéité appropriés pour maintenir l'environnement interne prévu.
Isolement au gaz
Les assemblages isolés au gaz utilisent un milieu diélectrique fermé. L'enceinte doit conserver son intégrité et les procédures d'entretien doivent tenir compte du milieu diélectrique et de la pression ou de la disposition d'étanchéité de l'équipement.
Ligne de fuite et jeu
Le jeu fait référence à la distance la plus courte dans l'air entre des pièces conductrices, tandis que la ligne de fuite fait référence à la distance le long d'une surface isolante. Les deux sont importants dans la conception d’équipements moyenne et haute tension.
La pollution de l'environnement peut accroître l'importance de la ligne de fuite, car la contamination sur une surface isolante peut créer un chemin pour le courant de fuite.
L'isolation doit résister aux contraintes électriques spécifiées sans panne.
Le système d’isolation doit maintenir sa fonction dans les conditions d’humidité, de contamination et de température prévues.
Les enroulements et l'isolation doivent rester stables pendant le transport, l'installation et le fonctionnement normal.
Le circuit de mesure basse tension doit rester bien séparé du réseau primaire.
L’isolation n’est donc pas un choix de matériau unique. Il s'agit d'un système d'ingénierie complet impliquant la géométrie, les matériaux, la qualité de fabrication, l'exposition environnementale et la coordination électrique.
Pour les acheteurs, cela signifie que la description de l’isolation doit être précise. Des termes tels que type sec, résine coulée, immergé dans l'huile ou isolé au gaz constituent un point de départ, mais les spécifications techniques doivent également expliquer la classe de tension prévue et les conditions d'installation.
En quoi les applications de protection et de mesure diffèrent-elles ?
Le même circuit de tension primaire peut fournir des signaux aux systèmes de mesure et de protection, mais les exigences de ces deux fonctions ne sont pas identiques.
Applications de mesure
Les systèmes de mesure ont besoin d'une tension proportionnelle stable pour que les compteurs et les appareils de surveillance puissent représenter avec précision le système primaire. La précision sur la plage de fonctionnement normale est donc particulièrement importante.
Les applications peuvent inclure des voltmètres, des compteurs d'énergie, des équipements de qualité électrique, des systèmes de supervision et d'autres dispositifs de surveillance.
Demandes de protection
Les relais de protection utilisent des signaux électriques pour identifier les conditions anormales. Les informations de tension peuvent contribuer aux fonctions de sous-tension, de surtension, de direction, de distance, de synchronisation ou à d'autres fonctions de protection en fonction de l'architecture du réseau.
Le transformateur doit fournir un signal approprié dans les conditions pertinentes au système de protection.
Applications combinées
Certains systèmes utilisent des enroulements secondaires séparés pour différentes fonctions. Un enroulement peut prendre en charge la mesure tandis qu'un autre est affecté à la protection.
Cette disposition peut aider à isoler les exigences des différents circuits et à réduire l'interaction entre les charges de mesure et les entrées de protection.
| Application | Fonction secondaire typique | Priorité principale de conception |
|---|---|---|
| Mesure de tension | Tension proportionnelle précise | Précision et charge spécifiées |
| Mesure d'énergie | Signal de tension pour les calculs électriques | Précision du rapport et performances de phase |
| Protection des relais | Entrée de tension pour logique de défaut | Performances de protection et comportement secondaire adapté |
| Systèmes de contrôle | Retour de tension ou synchronisation | Signal stable et correctement mis à l'échelle |
| Surveillance | Données sur l'état du système | Qualité et intégration du signal fiables |
Enroulements secondaires auxiliaires
Les produits à trois enroulements peuvent fournir une sortie secondaire supplémentaire pour des applications spécialisées. L'objectif exact dépend de la configuration du système et du système de protection.
C’est l’une des raisons pour lesquelles les dessins techniques sont précieux. Un schéma de bobinage complet révèle des informations plus utiles qu'une déclaration générale selon laquelle le produit a plusieurs sorties.
Conception du circuit secondaire
Le circuit connecté doit être considéré dans son intégralité. Les longs câbles, borniers, compteurs, relais, transducteurs et autres équipements contribuent tous à la charge secondaire réelle et au comportement du signal.
Quelle est la différence entre les conceptions électromagnétiques et capacitives ?
Différentes technologies de mesure de tension résolvent le même problème fondamental de différentes manières. Comprendre leurs principes de fonctionnement aide les ingénieurs à adapter l'équipement au réseau et à l'application.
Technologie électromagnétique
La conception électromagnétique conventionnelle utilise des enroulements primaires et secondaires couplés via un noyau magnétique. Il est familier, bien établi et adapté à de nombreuses applications de mesure et de protection moyenne tension.
Sa sélection implique la tension primaire, la tension secondaire, la fréquence, la précision, la charge, l'isolation et la configuration des enroulements.
Technologie de transformateur de tension capacitif
Un transformateur de tension capacitif utilise un diviseur capacitif pour réduire la tension primaire avant qu'une section de transformateur électromagnétique ne traite le signal. Cette architecture peut être utile à des niveaux de tension plus élevés et peut également prendre en charge certaines applications liées aux communications en fonction de sa construction.
Les composants capacitifs font partie du réseau global de division de tension, c'est pourquoi l'isolation, le comportement en fréquence, la compensation et la connexion du système doivent être soigneusement pris en compte.
Détection électronique de tension
Les transformateurs ou capteurs de tension électroniques peuvent utiliser des éléments de détection et des convertisseurs électroniques pour produire une sortie proportionnelle. Ces technologies peuvent prendre en charge des architectures de systèmes compactes et l’intégration avec des systèmes de protection ou de surveillance numériques.
L'interface de sortie, les exigences de puissance, le protocole de signal, la précision, les limites environnementales et la compatibilité avec le système en aval doivent être clairement spécifiés.
| Technologie | Principe de base | Considération de sélection typique |
|---|---|---|
| Électromagnétique | Enroulements primaire et secondaire avec couplage magnétique | Rapport, précision, charge, isolation, conception du noyau |
| Capacitif | Division de tension capacitive avec conversion de transformateur | Classe de tension, comportement en fréquence, compensation, intégration système |
| Électronique | Conversion de capteur et de signal électronique | Type de sortie, électronique, communication, précision, limites environnementales |
Pourquoi le choix technologique est important
La bonne technologie dépend du réseau plutôt que d’une préférence générique. Une application d’appareillage de commutation moyenne tension intérieure compacte peut avoir des exigences différentes de celles d’une sous-station extérieure haute tension.
L'espace, l'exposition environnementale, les exigences d'isolation, la stratégie de maintenance, la précision des mesures, l'architecture de communication et la fonction de protection prévue influencent tous la technologie appropriée.
Comment les conceptions intérieures et extérieures répondent-elles à des conditions différentes ?
L'environnement d'installation affecte le boîtier, l'isolation, la protection des surfaces, les bornes, l'étanchéité, la structure mécanique et l'approche de maintenance.
Locaux électriques intérieurs
Les équipements intérieurs bénéficient généralement d’une température et d’une humidité contrôlées par rapport aux installations extérieures. Cela peut permettre des conceptions d'isolation et d'enceinte compactes, à condition que la pièce elle-même maintienne des conditions environnementales appropriées.
Les équipements intérieurs moyenne tension peuvent également devoir être installés dans des compartiments d’appareillage de commutation standardisés. Les dimensions compactes, la disposition de montage, l'accès aux câbles et l'orientation des bornes deviennent donc importants.
Sous-stations extérieures
Les équipements extérieurs doivent résister aux intempéries. La pluie, l’humidité, les rayons ultraviolets, la pollution, la poussière, le vent et les variations de température peuvent tous affecter l’équipement.
Les matériaux du boîtier, l'étanchéité, les hangars, la ligne de fuite, le traitement de surface et la conception du terminal doivent refléter ces conditions.
Pollution et pollution
Les sites industriels et les zones côtières peuvent présenter des conditions de contamination nettement plus exigeantes que les environnements intérieurs propres.
Les surfaces isolantes doivent conserver des performances appropriées lorsqu’elles sont exposées à l’humidité et à la contamination. La disposition physique des isolateurs et des hangars de protection peut donc être importante.
Variation de température
Les équipements extérieurs peuvent subir des changements de température quotidiens et saisonniers importants. Ces changements peuvent créer des risques de dilatation et de contraction mécaniques ainsi que de condensation.
| Condition | Effet potentiel | Réponse de conception |
|---|---|---|
| Humidité | Contraintes de condensation et d'isolation | Boîtier approprié et conception anti-condensation |
| Pluie | Exposition à l'humidité | Étanchéité, boîtier et protection des bornes appropriés |
| Pollution | Chemins de contamination et de fuite de surface | Disposition appropriée des lignes de fuite et de l'isolation |
| Exposition aux UV | Vieillissement des matériaux | Matériaux extérieurs et traitement de surface adaptés |
| Cycle de température | Condensation et contraintes mécaniques | Sélection des matériaux et évaluation environnementale |
Position d'installation à l'intérieur de l'appareillage
Lorsqu'il est installé à l'intérieur d'un appareillage moyenne tension, le transformateur doit s'adapter au compartiment disponible tout en conservant les dégagements et les connexions requis.
Les chemins de câbles, les bornes primaires, le câblage secondaire, l'accès d'inspection et les équipements adjacents doivent être examinés pendant la phase de conception du panneau.
En quoi les applications monophasées et triphasées diffèrent-elles ?
La disposition des phases est une partie importante de la conception du système car le transformateur doit correspondre à la manière dont la tension est mesurée au sein du réseau électrique.
Mesure monophasée
Les unités monophasées peuvent être utilisées pour mesurer une phase individuelle ou une tension phase-terre ou phase-phase définie en fonction du schéma de câblage.
Cette disposition est courante lorsque des mesures de phases séparées sont requises ou lorsque la conception de la protection utilise des références de tension spécifiques.
Mesure triphasée
Les systèmes triphasés nécessitent une mesure coordonnée des tensions triphasées. La configuration du transformateur dépend du fait que le système soit mis à la terre, non mis à la terre ou qu'il utilise un autre arrangement neutre.
Les schémas de connexion sont donc essentiels car deux systèmes avec des tensions nominales similaires peuvent nécessiter un câblage de transformateur différent.
Dispositions de bobinage
Les conceptions à double enroulement fournissent un circuit secondaire principal. Les conceptions à trois enroulements ajoutent un autre enroulement secondaire qui peut être affecté à une fonction distincte.
L'enroulement supplémentaire peut être utile lorsque les circuits de mesure et de protection nécessitent des sorties distinctes.
Schémas de connexion
Les arrangements possibles peuvent inclure une mesure phase-phase, une mesure phase-terre, des arrangements liés au triangle ouvert ou d'autres configurations spécifiques au système. Le schéma correct dépend du réseau électrique.
Utile lorsqu'une tension de phase individuelle définie doit être mesurée ou surveillée.
Convient pour la mesure coordonnée de tension dans les réseaux électriques triphasés.
Fournit un circuit primaire et un circuit secondaire pour la fonction de mesure ou de contrôle prévue.
Ajoute une sortie secondaire auxiliaire pour une protection indépendante ou un circuit spécialisé.
Pourquoi le schéma de câblage est important
Un nom de produit à lui seul ne peut pas toujours communiquer la configuration complète des phases et des enroulements. Un schéma de câblage montre quelles bornes appartiennent à chaque enroulement et comment le transformateur doit se connecter au système externe.
Ceci est particulièrement important pour les installations personnalisées où le circuit secondaire est connecté à plusieurs appareils différents.
Comment faut-il prendre en compte les fusibles, la mise à la terre secondaire et la sécurité ?
Les transformateurs de tension d'instrument sont connectés directement aux circuits haute tension, leur protection et leur câblage secondaire nécessitent donc une ingénierie minutieuse.
Fusibles primaires
Certaines configurations de transformateur incluent des fusibles haute tension ou sont installées avec des fusibles de protection externes. Leur objectif est de limiter les conséquences des défauts internes et de protéger le système électrique environnant selon le schéma de protection conçu.
Le calibre et la coordination des fusibles doivent correspondre au transformateur et au réseau plutôt que d'être sélectionnés indépendamment.
Mise à la terre secondaire
Le circuit secondaire utilise normalement un dispositif de mise à la terre défini pour établir une référence connue et réduire le risque associé à un transfert accidentel de potentiel secondaire vers primaire.
La méthode exacte de mise à la terre doit respecter la conception du transformateur, le code électrique, la philosophie de protection et les exigences d'installation locales.
Identification des bornes
Les terminaux primaires et secondaires doivent être clairement identifiés. Un câblage incorrect peut affecter la polarité des mesures, les fonctions de protection et la sécurité du personnel travaillant sur le circuit secondaire.
Sécurité des interconnexions
Les circuits secondaires doivent être acheminés et protégés de manière à ne pas être endommagés par les vibrations, les arêtes vives, la chaleur, l'humidité ou les interférences mécaniques.
Isolement de maintenance
Le personnel de maintenance a besoin d'une procédure clairement définie pour isoler l'équipement primaire associé et prouver les conditions pertinentes avant de travailler sur le circuit secondaire ou sur l'équipement environnant.
- Confirmer la protection primaire :Vérifiez le dispositif de fusible ou de dispositif de protection défini pour le transformateur.
- Vérifiez la mise à la terre secondaire :Suivez les dispositions approuvées de mise à la terre et de liaison.
- Identifiez chaque terminal :Faites correspondre le câblage avec le schéma approuvé et la plaque signalétique du transformateur.
- Protéger le câblage secondaire :Gardez les câbles à l’écart des risques mécaniques et environnementaux.
- Suivez les procédures d’isolement :La maintenance doit être effectuée uniquement dans le cadre de la procédure de sécurité électrique définie.
La sécurité est donc une responsabilité du système. La construction, l'installation, la protection, la mise à la terre, la documentation et les procédures d'exploitation des produits doivent toutes se soutenir mutuellement.
Quelles applications utilisent la mesure de tension d’instrument ?
La mesure de la tension est requise dans de nombreuses parties de l’infrastructure électrique moderne. La configuration exacte du transformateur dépend de la tension du réseau, de l'environnement physique, des exigences de précision, du schéma de protection et du type d'équipement connecté.
Prend en charge la mesure de tension, la protection, le contrôle, la mesure et la surveillance sur les circuits entrants et sortants.
Fournit des signaux de tension pour les moteurs, les transformateurs, les alimentations, les systèmes de protection et la surveillance électrique.
Prend en charge la surveillance et la protection de la tension au sein des réseaux solaires, éoliens et autres réseaux liés à la production.
Fournit des signaux de mesure pour les systèmes de distribution électrique moyenne tension desservant de grandes installations.
S'adapte aux ensembles moyenne tension où la mesure et la protection des relais nécessitent un signal de tension contrôlée.
Fournit des informations de tension proportionnelle pour la surveillance, le contrôle, la synchronisation et l'automatisation du système électrique.
Applications de sous-stations
Les sous-stations nécessitent fréquemment des signaux de tension pour les relais de protection, les compteurs, les systèmes de contrôle et la surveillance des opérateurs. Un transformateur peut donc devenir une interface critique entre le réseau primaire et la salle de contrôle.
Installations industrielles
Les grandes installations industrielles peuvent disposer de plusieurs lignes d'alimentation moyenne tension desservant des moteurs, des transformateurs, des équipements de traitement et des tableaux de distribution. La mesure de tension prend en charge à la fois les fonctions de surveillance de routine et de protection.
Systèmes d'énergie renouvelable
Les installations solaires et éoliennes utilisent des systèmes de collecte et de transformation électrique dans lesquels la mesure de la tension peut prendre en charge la protection, la surveillance, la synchronisation et le contrôle du réseau.
Applications d'appareillage de commutation
Les conceptions compactes en résine coulée peuvent être intégrées dans des ensembles d'appareillage de commutation intérieurs où l'espace, l'isolation, la résistance à la contamination et l'accessibilité du câblage doivent être équilibrés.
Bâtiments commerciaux
Les grandes installations commerciales peuvent utiliser des alimentations moyenne tension et des systèmes de distribution internes. La mesure de la tension des instruments peut fournir des informations aux systèmes de gestion de l'énergie et de protection tout en maintenant la séparation requise du circuit primaire.
Dans toutes ces applications, le transformateur doit être sélectionné en fonction du réseau électrique réel plutôt qu'en fonction d'une catégorie de produit générique.
Quelles erreurs de sélection courantes doivent être évitées ?
De nombreux problèmes de mesure commencent dès la phase de spécification. Un transformateur peut avoir la tension primaire nominale correcte tout en étant inadapté car le rapport secondaire, la charge, la précision, l'isolation, la disposition des enroulements ou l'environnement d'installation ne correspondent pas au projet.
- Choix par tension primaire uniquement :La tension secondaire, la précision, la charge, la disposition des phases et l'isolation sont également importantes.
- Ignorer le fardeau secondaire :Les compteurs, les relais, le câblage et les bornes chargent collectivement le circuit secondaire.
- Utiliser une mauvaise configuration de bobinage :La protection et la mesure peuvent nécessiter des circuits secondaires séparés.
- Ignorer le système neutre :La mise à la terre et la disposition des phases influencent le raccordement approprié du transformateur.
- Mélanger les besoins intérieurs et extérieurs :La protection de l'environnement doit correspondre au lieu d'installation.
- Surveiller la coordination des fusibles :La protection primaire doit être coordonnée avec le transformateur et le réseau électrique.
- Ignorer la longueur du câblage :Les câbles secondaires contribuent à la charge totale et doivent être inclus dans le calcul.
- Choisir sans schéma :Une description du produit à elle seule peut ne pas révéler la disposition complète des phases et des enroulements.
Le problème du ratio uniquement
Deux produits peuvent avoir le même rapport nominal primaire/secondaire mais une précision, une charge, une isolation, des dimensions physiques ou des dispositions de connexion différentes.
Le ratio est nécessaire, mais il ne suffit pas pour une comparaison technique complète.
Le problème du « même produit partout »
Une application d’appareillage de commutation intérieur et une sous-station extérieure exposée ont des exigences environnementales sensiblement différentes. L’utilisation d’une configuration générique sans évaluer les conditions du site peut créer des risques évitables.
Le problème du circuit secondaire incomplet
Les ingénieurs spécifient parfois le transformateur sans identifier complètement les compteurs et les relais de protection en aval. Cela peut rendre difficile la vérification des conditions réelles de charge et de précision.
Le problème des documents
La documentation technique doit indiquer clairement les bornes d'enroulement, les rapports, le schéma de connexion, le type d'isolation, la disposition de montage et les conditions nominales. Une documentation incomplète peut rendre l'installation et la mise en service inutilement difficiles.
Que doit inclure une spécification technique professionnelle ?
Une spécification professionnelle doit fournir suffisamment d'informations aux ingénieurs électriciens, aux équipes d'approvisionnement, aux fabricants, aux installateurs, au personnel de mise en service et au personnel de maintenance pour comprendre exactement quelle configuration de transformateur est requise.
| Zone de spécification | Informations à définir | Pourquoi c'est important |
|---|---|---|
| Système primaire | Tension nominale, fréquence, disposition des phases | Définit l’environnement d’exploitation électrique |
| Système secondaire | Tension secondaire et disposition des enroulements | Correspond aux compteurs, aux relais et aux circuits de contrôle |
| Précision | Classe de précision et conditions de fonctionnement applicables | Confirme l'adéquation à la mesure ou à la protection |
| Fardeau | Charge secondaire nominale et charges connectées | Prend en charge une sortie secondaire précise |
| Isolement | Système sec, en résine coulée, au pétrole, au gaz ou autre | Correspond à la tension et aux exigences environnementales |
| Installation | Intérieur ou extérieur, dimensions de montage, orientation des bornes | Assure la compatibilité physique |
| Protection | Disposition des fusibles, mise à la terre, connexions de relais | Prend en charge le fonctionnement sécurisé du système |
| Construction | Boîtier, boîtier, enroulement, noyau, connecteurs | Fournit une description complète du produit |
| Essai | Vérification des performances de routine et applicable | Prend en charge la qualité et l’acceptation de la mise en service |
Commencez par le réseau électrique
La spécification doit d'abord définir le système électrique principal. Cela inclut la tension, la fréquence, la configuration des phases, la disposition de la mise à la terre et le point de mesure prévu.
Définir chaque sortie secondaire
Chaque enroulement secondaire doit avoir un objectif défini. Un enroulement de mesure et un enroulement de protection ne doivent pas être traités comme identiques simplement parce que les deux produisent une basse tension.
Définir la charge connectée
La spécification doit identifier les compteurs, les relais, les transducteurs, les équipements de contrôle, les borniers et les longueurs approximatives des câbles. La charge connectée complète détermine l'état de charge réel de l'enroulement secondaire.
Définir les exigences en matière d'isolation et d'environnement
Le lieu d'installation doit être clairement indiqué. Les systèmes intérieurs et extérieurs peuvent nécessiter des caractéristiques d’isolation, d’enceinte, de traitement de surface et environnementales différentes.
Définir les dimensions physiques
Les dimensions de montage, les positions des bornes, les trous de fixation, la hauteur totale, la largeur et la profondeur peuvent devenir critiques lorsque le transformateur est installé à l'intérieur d'un compartiment d'appareillage de commutation.
Définir les schémas de câblage et de connexion
Un schéma contrôlé doit identifier les bornes primaires, les bornes secondaires, les relations entre les enroulements, les points de mise à la terre et les dispositifs de protection externes.
Définir l'inspection et les tests
Les tests doivent correspondre au type de transformateur et aux exigences du projet. Les contrôles de routine peuvent inclure les performances électriques, les contrôles liés à l'isolation, les relations entre les enroulements et la vérification fonctionnelle.
Confirmez la tension primaire, la tension secondaire, la fréquence, la disposition des phases, le système de mise à la terre, la précision et la charge.
Confirmez les dimensions, la position de montage, l'orientation des bornes, la disposition du boîtier et l'accès pour l'entretien.
Confirmez l’exposition intérieure ou extérieure, l’humidité, la contamination, la température, l’altitude et les conditions de corrosion.
Confirmez le fusible primaire, la mise à la terre secondaire, les connexions de relais et la philosophie de protection prévue.
Un workflow de sélection pratique
- Définissez le réseau principal :Identifiez la tension, la fréquence, la configuration des phases, la disposition de la mise à la terre et l'emplacement de la mesure.
- Définir les exigences secondaires :Spécifiez la tension secondaire, le nombre d'enroulements et le but de chaque sortie.
- Déterminer la précision :Faites correspondre la classe de précision aux exigences de mesure, de surveillance, de protection ou de contrôle.
- Calculer le fardeau :Incluez les compteurs, les relais, le câblage, les bornes, les transducteurs et autres équipements connectés.
- Sélectionnez l'isolation :Choisissez une architecture d’isolation sèche, en résine coulée, au pétrole, au gaz ou autre appropriée.
- Vérifier l'environnement :Évaluez les conditions intérieures ou extérieures, l’humidité, la pollution, la température et l’altitude.
- Vérifier la protection :Confirmez la disposition des fusibles, la mise à la terre et l'intégration du circuit de protection.
- Vérifier la forme physique :Confirmez les dimensions de montage et la disposition des bornes lors de l’installation finale.
- Vérifiez la documentation :Assurez-vous que les dessins, les données de la plaque signalétique, le schéma de câblage et les spécifications techniques décrivent la même configuration.
Cette approche crée un chemin technique plus clair depuis la conception du système jusqu'à la sélection des produits. Cela réduit également le risque qu'un détail apparemment mineur, tel que la charge ou l'emplacement du terminal, devienne un problème lors de l'installation.
Que doivent demander les acheteurs avant l’approbation ?
- Dessin coté :Confirmez les dimensions globales, les points de montage, les bornes et l'espace d'installation disponible.
- Schéma de câblage :Vérifiez les relations entre les bornes primaires et secondaires et les points de mise à la terre.
- Informations sur la plaque signalétique :Confirmez le rapport de tension, la fréquence, la précision et d’autres caractéristiques nominales.
- Descriptif de l'isolation :Confirmez la construction diélectrique et l’environnement d’installation prévu.
- Informations sur les tests :Confirmez les tests de routine ou de performances applicables pour la configuration sélectionnée.
Foire aux questions
A quoi sert un transformateur de tension ?
Il réduit une tension primaire élevée à une tension secondaire proportionnelle adaptée à la mesure, au comptage, à la protection, à la surveillance et au contrôle. Il assure également la séparation électrique entre le circuit haute tension et l'équipement secondaire.
Quelle est la différence entre un transformateur de tension et un transformateur de puissance ?
Un transformateur de puissance est principalement conçu pour transférer de l'énergie électrique entre des circuits, tandis qu'un transformateur de tension de mesure est conçu pour fournir un signal de tension proportionnel pour la mesure et la protection. Sa sortie secondaire est destinée aux instruments connectés et aux équipements de contrôle plutôt qu'au transfert d'énergie en masse.
Comment fonctionne une conception électromagnétique ?
Une conception électromagnétique utilise des enroulements primaires et secondaires couplés via un noyau magnétique. La tension primaire établit un flux magnétique qui induit une tension proportionnelle dans l'enroulement secondaire.
Que signifie le rapport de transformation ?
Le rapport de transformation décrit la relation proportionnelle entre la tension primaire et secondaire. Il permet de représenter une tension système élevée par une tension secondaire plus faible qui peut être traitée par des compteurs et des relais.
Pourquoi la classe de précision est-elle importante ?
La classe de précision définit l'erreur de mesure admissible dans des conditions spécifiées. Les applications de mesure, de surveillance et de protection peuvent avoir des exigences différentes, la classe sélectionnée doit donc correspondre à la fonction prévue.
Quelle est la charge dans un circuit secondaire ?
La charge est la charge connectée à l'enroulement secondaire. Il comprend des appareils tels que des compteurs, des relais de protection, des transducteurs, des bornes et des câbles de connexion. La charge totale peut affecter les performances secondaires et la précision.
Pourquoi un transformateur peut-il avoir plusieurs enroulements secondaires ?
Plusieurs enroulements secondaires peuvent permettre à des circuits séparés de remplir différentes fonctions. Par exemple, un enroulement peut servir à la mesure tandis qu'un autre prend en charge la protection ou une autre application définie.
Quelle est la différence entre une construction de type sec et une construction en résine coulée ?
Les deux évitent l’isolation liquide conventionnelle, mais la construction en résine coulée utilise de la résine époxy pour encapsuler les composants sélectionnés. Cela peut créer une structure scellée et mécaniquement stable avec une résistance utile à l'humidité et à la contamination dans des applications intérieures appropriées.
Quand une configuration extérieure est-elle requise ?
Une configuration extérieure est utilisée lorsque le transformateur est installé dans un endroit exposé tel qu'une sous-station extérieure. La conception doit tenir compte de la pluie, de l’humidité, des cycles de température, de la pollution, de l’exposition aux ultraviolets et d’autres conditions du site.
Le même transformateur peut-il être utilisé à l’intérieur et à l’extérieur ?
Pas nécessairement. Les caractéristiques électriques peuvent sembler similaires, mais les exigences en matière de boîtier, d'isolation, de protection des surfaces, de résistance environnementale et de montage peuvent différer considérablement entre les installations intérieures et extérieures.
Qu'est-ce qu'un transformateur de tension capacitif ?
Un transformateur de tension capacitif utilise une division de tension capacitive avec une section de transformateur pour obtenir un signal de tension mis à l'échelle. Il peut être utilisé dans des applications appropriées de mesure et de protection haute tension et peut également prendre en charge certaines fonctions de communication en fonction de la conception.
Qu'est-ce qu'un transformateur de tension électronique ?
Un transformateur ou un capteur de tension électronique utilise un élément de détection et une conversion de signal électronique pour fournir une sortie proportionnelle. Ses spécifications doivent aborder la technologie des capteurs, l'interface de sortie, la précision, les exigences en matière d'alimentation, les conditions environnementales et la compatibilité des équipements en aval.
Comment un transformateur de tension prend-il en charge la protection des relais ?
Il fournit un signal de tension échelonné aux relais de protection. En fonction du schéma de protection, le relais peut utiliser ce signal pour des fonctions telles que la surtension, la sous-tension, la logique directionnelle, la synchronisation ou d'autres calculs de protection spécifiques à l'application.
Pourquoi la mise à la terre secondaire est-elle importante ?
Un dispositif de mise à la terre secondaire défini établit une référence électrique contrôlée et assure la sécurité du circuit secondaire. La méthode de mise à la terre exacte doit suivre la conception de l'équipement et les exigences électriques applicables.
Pourquoi un fusible haute tension peut-il être inclus ?
Un fusible peut assurer une protection côté primaire du transformateur et contribuer à limiter les conséquences de certains défauts internes. Son calibre et sa coordination doivent être adaptés au transformateur et au réseau électrique environnant.
Quelles données techniques faut-il vérifier avant de commander ?
Les informations importantes incluent la tension primaire, la tension secondaire, la fréquence, la configuration des phases, la disposition de la mise à la terre, la classe de précision, la charge, la configuration des enroulements, le type d'isolation, l'emplacement d'installation, les dimensions, la disposition des bornes, les exigences de protection et les exigences de test applicables.
Un transformateur de tension peut-il être personnalisé pour un projet d'appareillage spécifique ?
Les configurations spécifiques au projet peuvent inclure le rapport de tension, la disposition des enroulements secondaires, les dimensions de montage, la configuration des bornes, la construction de l'isolation, l'intégration des fusibles et d'autres exigences techniques définies. Les conceptions personnalisées doivent être contrôlées par des dessins et des spécifications techniques approuvés.
Pourquoi le transformateur et le relais ou le compteur devraient-ils être spécifiés ensemble ?
Le dispositif secondaire crée une partie de la charge réelle du transformateur et détermine les caractéristiques requises du signal. La coordination du transformateur avec le compteur ou le relais connecté permet de garantir que le rapport, la précision, la charge et les conditions de câblage sont appropriés pour l'ensemble de la chaîne de mesure.
Comment une meilleure mesure de tension peut-elle renforcer la protection du système électrique ?
Des informations fiables sur la tension constituent l’un des fondements de la protection et du contrôle électriques modernes. Les opérateurs doivent savoir ce qui se passe dans le réseau primaire, les compteurs ont besoin de signaux de mesure stables et les relais de protection ont besoin d'entrées électriques fiables pour prendre des décisions concernant des conditions anormales.
La technologie des transformateurs de mesure crée le pont entre ces exigences et le système électrique haute tension. En fournissant un signal secondaire proportionnel et une séparation électrique, l'équipement permet aux appareils de mesure et de protection de fonctionner avec une tension gérable tout en restant fonctionnellement connectés au réseau primaire.
Le processus de sélection doit commencer par la candidature proprement dite. La tension primaire, la tension secondaire, la fréquence, la configuration des phases, la disposition de la mise à la terre, la précision, la charge, le nombre d'enroulements, l'isolation, l'environnement d'installation, la protection et les dimensions physiques doivent tous être définis avant la finalisation du produit.
Le choix technologique compte également. Les systèmes électromagnétiques restent largement applicables à la mesure et à la protection moyenne tension. Les conceptions capacitives peuvent fournir des solutions adaptées à certaines applications à haute tension, tandis que les technologies de détection électronique peuvent prendre en charge des architectures électriques de plus en plus numériques.
Les conditions environnementales et mécaniques doivent être prises en compte avec le même soin. Les équipements intérieurs peuvent fonctionner dans un environnement de commutation contrôlé, tandis que les unités extérieures doivent faire face aux intempéries, à la pollution, aux variations de température et à l'exposition aux ultraviolets.
Pour les fabricants et les équipes de projet, une documentation précise est tout aussi importante que le matériel lui-même. Les dessins dimensionnels, les schémas d'enroulement, les informations sur la plaque signalétique, l'identification des bornes, les détails d'isolation, les informations de test et les instructions d'installation permettent d'intégrer correctement le transformateur dans le système électrique final.
En fin de compte, unTransformateur de tensionest plus qu’un élément de mesure. Il s'agit d'une interface entre le réseau électrique primaire et les systèmes de mesure, de protection, de surveillance et de contrôle qui permettent d'observer et de gérer l'infrastructure électrique moderne.
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