Rapport, polarité et magnétisme
La charge est l’impédance raccordée au secondaire d’un transformateur de courant ou de tension, formée des relais, des compteurs, du câblage et des connexions. La mesurer sur place montre si la charge réelle demeure dans les limites prévues pour le transformateur, ce qui protège la précision du mesurage et la fiabilité de la protection.
La mesure de la charge détermine la charge que le circuit secondaire impose à un transformateur de mesure. Pour un transformateur de courant, la charge est l’impédance de tout ce qui se trouve dans la boucle secondaire : les conducteurs vers les relais et les compteurs, les bobines ou les entrées électroniques des appareils, les borniers et les connexions. Pour un transformateur de tension, y compris un transformateur de tension à diviseur capacitif, la charge est celle que prélèvent les compteurs, les relais, les instruments indicateurs et le câblage raccordés au secondaire, et elle s’exprime généralement en puissance apparente à un facteur de puissance donné. La mesure se fait en place, sur le circuit tel qu’installé, parce que la charge réelle dépend de la longueur et du calibre effectifs du câblage et des appareils raccordés. Pour les circuits de courant, elle est prise au bornier où le secondaire du transformateur de courant est court-circuité; pour les circuits de tension, elle est mesurée au secondaire, au point où les appareils sont alimentés. Le résultat est comparé à la charge nominale de la plaque signalétique, qui est la charge maximale que le transformateur est conçu pour supporter tout en demeurant dans sa classe de précision.
Un transformateur de mesure n’est précis et fiable que dans les limites de sa charge nominale. Si la charge raccordée à un transformateur de courant est trop élevée, le noyau doit développer plus de tension secondaire pour forcer le passage du courant, et il sature à un courant de défaut plus faible que prévu, si bien que le relais reçoit un signal déformé au moment précis où cela compte le plus. Sur un transformateur de tension, une charge excessive augmente les erreurs de rapport et de phase, ce qui dégrade la précision du mesurage et peut perturber les relais d’impédance et directionnels. Une charge trop faible peut aussi avoir de l’importance, car certaines classes de transformateurs sont spécifiées pour fonctionner dans une plage. Les problèmes de charge résultent de modifications faites sur place : relais remplacé par un modèle à entrée différente, compteurs ajoutés, câblage allongé ou posé avec un conducteur de plus petit calibre, ou connexion à haute résistance. La mesure de la charge confirme que le circuit installé correspond aux hypothèses de conception et révèle les connexions à haute résistance qui se manifesteraient aussi par de l’échauffement.
Un transformateur de courant est une source de courant, et la tension qu’il doit développer à ses bornes secondaires est égale au courant secondaire multiplié par l’impédance totale de la boucle. Cette impédance est la charge. Le noyau ne peut soutenir qu’une tension limitée avant de saturer, de sorte qu’une charge plus élevée signifie que la saturation débute à un courant plus faible. Pour un transformateur de tension, la relation est inversée : le transformateur est une source de tension, et la charge prélève du courant à travers l’impédance de l’enroulement, ce qui cause une chute de tension qui se manifeste en erreur de rapport et en erreur de phase. La charge est donc une grandeur physique réelle, avec une partie résistive et une partie réactive. On peut la mesurer en faisant circuler un courant connu dans la boucle et en lisant la tension obtenue, ou en relevant la tension, le courant et la puissance dans la boucle en service, puis en calculant l’impédance ou la puissance apparente. Les normes expriment les charges nominales en classes désignées, avec un facteur de puissance déterminé, de sorte que la valeur mesurée se compare sur une base équivalente à la plaque signalétique.
Pour un circuit de courant, le transformateur est isolé du primaire et le circuit est mis hors tension selon les procédures de sécurité du propriétaire, et le secondaire demeure fermé chaque fois que du courant pourrait circuler au primaire. Un courant alternatif à basse tension, d’une grandeur commode, est injecté dans la boucle secondaire au bornier de court-circuitage, le côté transformateur étant court-circuité ou débranché selon la procédure, et la chute de tension dans la boucle est mesurée avec un voltmètre précis. À partir du courant et de la tension, on calcule l’impédance et la charge équivalente au courant normalisé. Certains analyseurs mesurent directement la charge et rapportent l’impédance, le facteur de puissance et la puissance apparente. Pour un circuit de tension, la charge raccordée est mesurée au secondaire, le circuit étant alimenté par une source sûre, ou bien les charges individuelles des appareils raccordés sont déterminées à partir de leurs données publiées et le câblage est pris en compte. Tous les appareils normalement raccordés demeurent en place pendant la mesure, et les connexions temporaires d’essai sont retirées et le bornier de court-circuitage rétabli à la fin. L’instrument, son état d’étalonnage et la résistance des fils d’essai sont pris en considération, car les lectures de faible impédance sont facilement faussées par les fils eux-mêmes.
Le relevé indique quel circuit et quel transformateur ont été mesurés, la phase et le point où la charge a été prise. Il contient la charge mesurée dans les unités rapportées par l’instrument, de même que le facteur de puissance ou les parties résistive et réactive lorsqu’elles ont été obtenues, et la charge nominale de la plaque signalétique à laquelle elle est comparée. L’instrument et son état d’étalonnage, la date et l’état du circuit sont consignés, ainsi que les appareils raccordés à ce moment. Si une connexion a été trouvée desserrée ou si un conducteur a été corrigé, cet état constaté est consigné, car il explique un changement entre ce résultat et un résultat antérieur.
La comparaison centrale oppose la charge mesurée à la charge nominale inscrite sur la plaque du transformateur. La charge raccordée doit se situer dans la capacité nominale, de façon que le transformateur demeure dans sa classe de précision et que le noyau conserve une marge suffisante avant la saturation. Les lectures des trois phases d’un même circuit sont comparées entre elles, car une phase qui diffère des deux autres indique souvent une mauvaise connexion, un appareil supplémentaire ou une différence de câblage. La comparaison avec les résultats antérieurs révèle une dérive due à une charge ajoutée ou à des connexions qui se détériorent. Pour les circuits de protection, la valeur de la charge alimente la vérification de saturation faite par l’ingénieur en protection. Les définitions des charges normalisées, des classes de précision et des limites qui s’y rattachent se trouvent dans IEEE C57.13-2016 et IEEE C57.13.1-2017, alors qu’ANSI/NETA ATS-2025 et ANSI/NETA MTS-2023 prévoient la mesure de la charge dans la séquence d’essais des transformateurs de mesure. Reportez-vous à vos exemplaires sous licence des normes pour les valeurs et les critères applicables.
À la réception, la charge est mesurée sur chaque circuit de courant et de tension dans le cadre de la séquence des transformateurs de mesure et établit la référence de l’installation. À l’entretien, elle est reprise lorsque des appareils ou du câblage ont été modifiés, lorsque la précision ou la performance de la protection est mise en doute et aux intervalles choisis par le propriétaire. Les circuits de courant sont mesurés au bornier de court-circuitage, tandis que les circuits de tension, y compris ceux qu’alimentent des transformateurs de tension à diviseur capacitif, sont mesurés au secondaire et la précision dépend davantage des appareils raccordés et de la longueur du câblage. Les relais et compteurs électroniques présentent une charge bien inférieure à celle des appareils électromécaniques qu’ils remplacent; les circuits anciens peuvent donc disposer aujourd’hui de beaucoup plus de marge qu’auparavant, alors que ceux qui sont encombrés d’appareils supplémentaires peuvent en avoir très peu. Les transformateurs de haute précision utilisés pour le mesurage de facturation sont examinés de plus près parce que leur classe de précision est liée à une plage de charge étroite.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
C’est l’impédance totale raccordée au secondaire : relais, compteurs, conducteurs et connexions. Une charge plus élevée oblige le noyau à développer plus de tension pour faire passer le même courant, de sorte que le transformateur sature plus tôt lors d’un défaut et perd en précision. La charge s’exprime souvent en ohms ou en voltampères à un courant nominal.
Un transformateur de tension est une source de tension, et la charge raccordée prélève du courant à travers l’impédance de l’enroulement, ce qui produit une chute de tension. Cette chute se traduit par une erreur de rapport et de phase. Une charge excessive dégrade la précision du mesurage et peut perturber les relais qui dépendent d’une tension et d’un angle exacts.
Oui. Chaque appareil ajouté augmente la charge raccordée, et un câblage long ou de faible calibre en ajoute davantage. Un transformateur peut respecter sa capacité à la mise en service et la dépasser après plusieurs petites modifications, c’est pourquoi la charge est mesurée de nouveau chaque fois que des appareils ou du câblage sont modifiés.
La charge nominale de la plaque est la charge maximale que le transformateur est conçu pour supporter dans sa classe de précision. La valeur mesurée, ramenée à la même base et au même facteur de puissance, doit se situer dans cette capacité. Les normes applicables définissent les charges normalisées et la manière de les exprimer.
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