Un système électrique fonctionne comme un grand orchestre symphonique, avec divers composants travaillant en harmonie pour fournir de l'énergie. Cependant, tout comme un orchestre peut rencontrer des notes discordantes, les systèmes électriques sont confrontés à des défauts perturbateurs. Lorsque des courts-circuits ou des défauts à la terre se produisent dans les réseaux électriques - semblables à des bruits stridents interrompant une performance musicale - ils peuvent perturber les opérations, endommager les équipements et créer des risques pour la sécurité. Pour détecter et éliminer rapidement ces perturbations, des systèmes de protection différentielle ont été développés, avec des transformateurs de courant à phases séparées servant de composants essentiels.

Les transformateurs de courant à phases séparées sont des instruments spécialisés principalement utilisés dans la protection différentielle des systèmes électriques. Contrairement aux transformateurs de courant conventionnels, ils comportent deux enroulements ou bobines indépendants, chacun recevant des signaux de courant d'une phase du système électrique. En comparant les courants de ces enroulements, le système peut détecter les anomalies, notamment les défauts à la terre, les courts-circuits phase-phase ou la dégradation des performances. Lors de la détection d'anomalies, le système de protection s'active immédiatement pour isoler le circuit défectueux, protégeant ainsi l'équipement et le personnel.

Le transformateur de courant à phases séparées fonctionne sur la base de la loi des courants de Kirchhoff. Dans des conditions normales, les courants circulant dans les deux enroulements restent égaux en amplitude mais de sens opposé, ce qui donne un courant différentiel nul. Lorsque des défauts internes se produisent - tels que des défauts à la terre - l'équilibre du courant entre les enroulements se rompt, générant un courant différentiel mesurable. Le système de protection analyse l'amplitude et la direction de ce courant pour déterminer le type et l'emplacement du défaut, puis émet des commandes de déclenchement pour déconnecter le circuit affecté.

Plus précisément, ces transformateurs fonctionnent en conjonction avec des relais différentiels qui s'activent lorsque le courant différentiel dépasse des seuils prédéfinis, déclenchant des disjoncteurs. Pour améliorer la sensibilité et la fiabilité, des mesures supplémentaires telles que les relais différentiels à pourcentage sont souvent employées, tenant compte des erreurs de rapport du transformateur et des courants d'appel.

Les transformateurs de courant à phases séparées se présentent sous deux configurations principales :

• Type fenêtre : Dotés d'une conception circulaire ou rectangulaire avec une ouverture centrale, ceux-ci permettent aux câbles d'alimentation ou aux barres omnibus de passer directement à travers. Leur structure compacte et simple facilite l'installation et la maintenance sur divers niveaux de tension et capacités de courant.
• Type barre : Intégrant une barre conductrice comme enroulement primaire, cette conception augmente le courant nominal du transformateur et la capacité de tenue de courte durée, ce qui le rend adapté aux applications à courant élevé.

Ces transformateurs jouent des rôles essentiels dans les réseaux électriques, notamment :

• Protection des générateurs : Protection contre les défauts d'enroulement, y compris les courts-circuits phase-phase, les défauts tour-à-tour et les défauts à la terre
• Protection des transformateurs : Détection des défaillances des enroulements et des défauts de cuve
• Protection des barres omnibus : Identification des courts-circuits et des défauts à la terre sur les barres omnibus
• Protection des moteurs : Prévention des dommages causés par les défaillances internes des enroulements

La conception, la fabrication et les essais des transformateurs de courant à phases séparées doivent être conformes aux normes internationales et nationales pour garantir les performances et la sécurité. Les principales normes comprennent :

• CSA (Association canadienne de normalisation)
• CEI (Commission électrotechnique internationale)
• NEMA (National Electrical Manufacturers Association)
• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

Ces spécifications régissent les paramètres critiques, notamment la tension/courant nominal, la classe de précision, le courant de tenue de courte durée, la résistance d'isolement et l'élévation de température, ainsi que les méthodologies d'essai correspondantes.

Le choix de transformateurs de courant à phases séparées appropriés nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs :

• Tension et courant nominaux du système
• Classe de précision requise pour les schémas de protection
• Capacité de tenue aux courts-circuits correspondant aux exigences du système
• Contraintes d'installation et configuration physique
• Besoins environnementaux particuliers (température élevée, humidité, atmosphères explosives)

De nombreux fabricants utilisent la technologie d'encapsulation à la résine époxy pour ces transformateurs, offrant :

• Des propriétés d'isolation supérieures empêchant la défaillance haute tension
• Une résistance mécanique accrue protégeant les composants internes
• Une résistance efficace à l'humidité et à la poussière améliorant la fiabilité
• Des capacités ignifuges dans certaines formulations

Les infrastructures électriques vieillissantes nécessitent souvent des mises à niveau des transformateurs en raison de la dégradation des performances ou de l'évolution des besoins en matière de protection. Les considérations clés incluent :

• Compatibilité avec les systèmes de protection existants en ce qui concerne le rapport, la précision et le câblage
• Fiabilité et stabilité opérationnelle
• Rentabilité tout en répondant aux exigences techniques

À mesure que les réseaux intelligents et les postes numériques évoluent, les transformateurs de courant à phases séparées sont confrontés à de nouvelles opportunités et défis. Les tendances émergentes incluent :

• Conversion de signaux numériques pour un traitement des données amélioré
• Fonctionnalités intelligentes telles que l'autodiagnostic et l'étalonnage adaptatif
• Conceptions compactes utilisant des matériaux avancés
• Solutions de protection intégrées combinant plusieurs fonctions

En tant que composants fondamentaux des systèmes de protection différentielle, les transformateurs de courant à phases séparées jouent des rôles indispensables dans le maintien de la stabilité et de la sécurité du réseau. Les avancées technologiques continueront de stimuler leur évolution vers des solutions numériques, intelligentes, compactes et intégrées, assurant un fonctionnement fiable du système électrique pour les années à venir.