Brevet FR2752996A1 — publié le 19980306

A U2752996 TRANSFORMATEUR DE COURANT ET RELAIS DE PROTECTION COMPORTANT UN TEL TRANSFORMATEUR L'invention concerne un transformateur de courant comportant un circuit magnétique disposé sur un conducteur primaire de puissance et un enroulement secondaire relié à deux sorties et comportant un nombre prédéterminé de spires enroulées sur le circuit magnétique déterminant un rapport de transformation. Les transformateurs de courant, utilisés pour des relais de protection, sont généralement installés sur des conducteurs d'un circuit de puissance à protéger. Ils fournissent à des circuits électroniques de déclenchement des courants secondaires de faible intensité proportionnels à des courants primaires élevés. Ces courants secondaires sont utilisés pour la mesure du courant, et, si les relais sont à propre courant, pour l'alimentation de circuits électriques et électroniques desdits relais. Les relais de protection doivent fonctionner dans des plages de courant très importantes. Pour garantir un fonctionnement précis sur toutes les plages de courant, les transformateurs de courant ont un circuit magnétique performant qui permet de fournir une réponse linéaire du courant secondaire. Cependant, lorsque le courant primaire est très élevé, malgré la saturation du circuit magnétique, les transformateurs de courant fournissent aussi un courant secondaire très élevé même en dehors des plages normales de fonctionnement. Pour éviter que des courants secondaires trop élevés soient appliqués au relais de protection, des dispositifs de limitation sont intercalés entre les transformateurs et les relais. De manière connue, certains dispositifs de limitation de courant comportent une résistance connectée en série entre un enroulement secondaire d'un transformateur de courant et une entrée du relais. Cette résistance de forte puissance peut être installée dans le même boîtier que le relais. Cependant, cette disposition peut provoquer un échauffement excessif des circuits électroniques du relais lorsque le boîtier est de type fermé ou sans aération. 2 2752996 Lorsque le boîtier qui contient les circuits électroniques du relais est fermé ou étanche, la résistance de limitation peut être disposée sur un circuit supplémentaire extérieur au boîtier. Cette disposition ne provoque pas d'échauffement des circuits électroniques mais augmente le coût du relais de protection. L'invention a pour but un transformateur de courant évitant l'emploi de résistance de limitation disposée sur des circuits supplémentaires et un relais de protection comportant un tel transformateur. Selon l'invention, un enroulement secondaire du transformateur comporte: une première partie comportant un premier nombre de spires enroulées dans un premier sens d'enroulement, et - une seconde partie comportant un second nombre de spires enroulées dans un second sens d'enroulement opposé au premier sens d'enroulement, le rapport de transformation étant déterminé par la différence entre le premier nombre de spires et le second nombre de spires. De préférence, la valeur de la résistance électrique des première et seconde parties de l'enroulement secondaire connectées en série est supérieure à cinq ohms. Dans un mode particulier de réalisation, le premier nombre de spires est supérieur à trois cent. Selon un mode préférentiel de réalisation, l'enroulement secondaire comporte: - une première sortie connectées à une première extrémité d'un ensemble constitué par les première et seconde parties reliées en série, - une seconde sortie connectées à une seconde extrémité dudit ensemble, - une troisième partie comportant un troisième nombre de spires enroulées dans le premier sens d'enroulement et reliée par une première extrémité à la seconde extrémité de l'ensemble, et - une troisième sortie connecté à une seconde extrémité de la troisième partie. Un premier rapport de transformation est déterminé entre la première sortie et la seconde sortie par la différence entre le premier nombre de spires de la première partie et le second nombre de spires de la seconde partie, et un second rapport de transformation est déterminé entre la première sortie et la troisième sortie par la différence entre la somme des premier et troisième nombres de spires des première et troisième parties et le second nombre de spires de la seconde partie. Le premier nombre de spires de la première partie peut être supérieur ou inférieur au second nombre de spires de la seconde partie. De préférence, la valeur de la résistance de l'enroulement secondaire est supérieure à huit ohms entre la première sortie et la seconde sortie et supérieure à douze ohms entre la première sortie et la troisième sortie. Dans un relais de protection comportant un transformateur selon un mode de réalisation de l'invention, une unité de traitement comporte au moins deux entrées connectées par deux conducteurs électriques à deux sorties de l'enroulement secondaire. L'unité de traitement peut être insérée dans un boitier fermé. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: La figure 1 représente un relais de protection comportant un transformateur de type connu et une résistance de limitation sur un circuit supplémentaire, La figure 2 représente un relais de protection comportant un transformateur selon l'invention, La figure 3 représente un transformateur selon l'invention comportant trois sorties, La figure 4 représente un mode de réalisation de forme torique d'un transformateur selon la figure 3, La figure 5 représente un relais de protection selon l'invention comportant des circuits électroniques disposés dans un boîtier fermé. Le relais de protection connu représenté sur la figure 1 comporte un transformateur de courant 1 traversé par un conducteur primaire 2, une résistance 3 et une unité de traitement 4. Un enroulement secondaire 5 bobiné sur un circuit magnétique 6 du transformateur est connecté, en série avec la résistance 3 à deux entrées de l'unité de traitement. La résistance 3 est disposée sur un circuit 7 séparé de l'unité de traitement. Cette résistance limite de courant secondaire Is lorsqu'un courant primaire Ip est très élevé. Elle permet ainsi de protéger les circuits électroniques de l'unité de traitement. Le transformateur a un rapport de transformation RT prédéterminé par un nombre de spires N5 de l'enroulement secondaire. Puisque le primaire a un seul passage, RT est égal à NS. Dans un transformateur selon un mode de réalisation de l'invention, l'enroulement secondaire comporte un premier nombre de spires enroulées dans un premier sens d'enroulement et un second nombre de spires enroulées dans un second sens d'enroulement opposé au premier sens d'enroulement. Le nombre de spires représentatifs de la différence entre le premier nombre et le second nombre de spires est équivalent au nombre de spires NS permettant de déterminer le rapport de transformation. Dans ce mode de réalisation, le second nombre de spires, enroulées dans un sens opposé au premier a pour effet d'augmenter le nombre de spires de l'enroulement secondaire sans modifier le nombre de spires concernant le rapport de transformation. Le second nombre de spires enroulées en sens inverse annule un nombre équivalent de spires enroulées dans le premier sens. L'augmentation totale du nombre de spire a pour but d'augmenter dans les mêmes proportions la résistance totale de l'enroulement secondaire. La valeur de la résistance de l'enroulement secondaire est augmentée sans diminution de la section du fil dudit enroulement. Cette augmentation de la valeur de la résistance de l'enroulement secondaire est utilisée pour remplacer la résistance 3 en série avec le transformateur de courant et l'unité de traitement. La résistance 3 de limitation est réalisée par la résistance des fils de l'ensemble des spires de l'enroulement secondaire. Ainsi, l'unité de traitement 4 est directement connectée à l'enroulement secondaire sans circuit supplémentaire comportant une résistance de limitation de forte puissance. Avec une résistance d'enroulement élevée, le transformateur s de courant fournit un courant secondaire Is sensiblement proportionnel au courant primaire Ip circulant dans le conducteur primaire 2 si ledit courant primaire est dans une plage de fonctionnement prédéterminée, ou un courant secondaire atténué par la saturation du circuit magnétique dûe à la résistance si le courant primaire est supérieur à une valeur maximale de la plage de fonctionnement. La figure 2 montre un schéma d'un relais de protection comportant un transformateur 8 selon un mode de réalisation de l'invention. L'enroulement secondaire 5 comporte une première partie 5a comportant un premier nombre N1 de spires enroulées dans un premier sens et une seconde partie 5b comportant un second nombre N2 de spires enroulées dans un second sens opposé au premier sens. Les première et seconde parties sont connectées en série et reliées entre une première sortie S1 et une seconde sortie S2. L'unité de traitement 4 est connectée directement aux première et seconde sorties S 1 et S2 sans résistance supplémentaire de limitation. Le rapport de transformation du transformateur 8 dépend de la différence entre le premier nombre Ni de spires et le second nombre N2 de spires. Si le conducteur primaire a un seul passage dans le transformateur, le rapport de transformation RT est égal à Ni - N2. La seconde partie 5b comportant un second nombre N2 de spires enroulées en sens inverse du premier, annule les effets de l'induction sur un nombre de spires équivalent de la première partie 5a. Pour un rapport de transformation prédéterminé, la première partie 5a comporte un premier nombre N1 de spires équivalent à la somme d'un nombre de spires nécessaire à la détermination du rapport de transformation RT et d'un nombre de spires supplémentaire égal au nombre N2 de spires de la seconde partie 5b. Les spires supplémentaires de la première partie 5a et les spires de la seconde partie 5b sont destinées à augmenter la résistance série de l'enroulement et éviter l'emploi de résistances extérieures supplémentaires. La résistance totale de l'enroulement comportant les première et seconde parties 5a et 5b connectées en série est de préférence supérieure à 5 ohms. Dans un transformateur 15, selon un autre mode de réalisation de l'invention, représenté sur le schéma de la figure 3, l'enroulement secondaire comporte trois sorties. Les transformateurs de courant à trois sorties sont utilisés pour pouvoir disposer d'au moins deux rapports de transformation différents en fonction des sorties connectées à l'unité de traitement. Le transformateur représenté sur la figure 3 comporte une première, une seconde et une troisième sorties respectivement S1, S2 et S3 connectées à l'enroulement secondaire. io Entre les sorties S1 et S2 l'enroulement secondaire comporte une première partie Sa comportant un premier nombre N1 de spires enroulées dans un premier sens d'enroulement et une seconde partie 5b comportant un second nombre N2 de spires enroulées dans un second sens d'enroulement opposé au premier. La seconde partie est connectée en série avec la première. Entre les sorties S2 et S3 l'enroulement secondaire comporte une troisième partie 5c comportant un troisième nombre N3 de spires enroulées dans le même sens que les spires de la première partie 5a. Si les sorties SI1 et S2 sont connectées à l'unité de traitement, le rapport de transformation dépend de la différence du nombre de spires entre la première partie 5a et de la seconde partie Sb. Par exemple, si le primaire a un seul passage, un premier rapport de transformation RT1 est égal à I Ni - N2 1. La résistance de limitation est égale à la somme des résistances des spires de la première 5a et la seconde partie Se. Si les sorties S1 et S3 sont connectées à l'unité de traitement, un second rapport de transformation RT2 dépend de la différence entre la somme (N1 + N3) du nombre de spires de la première partie 5a et de la troisième partie 5c et le nombre N2 de spires de la seconde partie 5e. Si le primaire a un seul passage, le rapport de transformation RT2 est égalà IN1 + N3 -N21. La résistance de limitation est égale à la somme des résistances des spires de l'ensemble des première, seconde et troisième parties. Sa valeur est de préférence supérieure à 12 ohms. Dans le transformateur 15 à trois sorties, les rapports RT1 et RT2 de transformation peuvent être, par exemple, respectivement de 200 entre les sorties Si1 et S2 et de 500 entre les sorties Si1 et S3. Pour réaliser ces rapports de transformation, le nombre de spires des trois parties peut être, dans un premier mode de réalisation, le suivant: N1 = 500 spires; N2 = 300 spires; et N3 = 300 spires. Les rapports de transformation sont: entre S1 et S2 RT1 = N1 - N2 = 500 300 = 200 et entre S1 et S3 RT2 = NI + N3 - N2 = 500 + 300 - 300 = 500 Dans ce mode de réalisation N1 est supérieur à N2. La résistance de l'enroulement est d'environ 10 fl entre S1 et S2 et d'environ 14 n entre S1 et S3. Selon un second mode de réalisation les nombres de spires sont les suivants: N1 = 400 spires; N2 = 600 spires et N3 = 700 spires. Les rapports de transformation sont alors: entre Set S2 RT1 = I N1-N21 = 1400- 6001 = 200 et entre S1 etS3 RT2 = N1 + N3 - N21 = 1400 - 600 + 7001 = 500. Dans ce mode de réalisation préférentiel N2 est supérieur à N1. Le nombre total de spires entre S1 et S2 ou entre S1 et S3 et par conséquent les valeurs de la résistance de limitation sont supérieures à celles du premier mode de réalisation. Dans ce second mode de réalisation la résistance de l'enroulement est supérieure à 10 Q entre S 1 et S2 et supérieure à 20 f entre S 1 et S3. La figure 4 montre un mode de réalisation du transformateur 15. Le circuit magnétique 6 a une forme torique et les trois parties 5a, 5b et 5c de l'enroulement secondaire sont chacunes réparties sur l'ensemble du tore. 8 2752996 La figure 5 représente un schéma d'un relais de protection selon un mode de réalisation de l'invention. Le relais de protection comporte trois transformateurs de courant 9a, 9b et 9c disposés sur trois conducteurs d'un réseau à protéger, respectivement 2a, 2b et 2c. L'enroulement secondaire de chaque transformateur a un premier nombre N1 de spires enroulées dans un premier sens et un second nombre N2 de spires enroulées dans un second sens opposé au premier. La différence entre le premier Ni et le second N2 nombre de spires détermine le rapport de transformation. La résistance de limitation de chaque transformateur est constituée par la résistance de l'ensemble des spires de chaque enroulement secondaire. Les enroulements secondaires des transformateurs 9a, 9b et 9c sont connectés à des entrées de redresseurs respectivement O10a, lO0b et 10c. Les sorties des redresseurs sont connectées à une unité de traitement 4. Des sorties de l'unité de traitement sont connectées à un relais 11 de commande d'ouverture de contacts principaux 12 disposés en série avec les conducteurs 2a, 2b et 2c du réseau à protéger. Dans ce mode de réalisation l'unité de traitement 4 et les redresseurs 10a, lO0b, et O10c sont disposés sur un circuit de déclenchement situé à l'intérieur d'un boîtier 14 fermé. Les résistances de limitation sont réalisées par la résistance des enroulements secondaires des transformateurs de courant, en particulier par les spires supplémentaires. Ainsi, des circuits supplémentaires comportant des résistances de limitation ne sont plus nécessaires lorsque ces résistances ne peuvent pas être intégrées dans les circuits de déclenchement ou l'unité de traitement. Les rapports de transformation RT, RT1 et RT2 exprimés ci-dessus correspondent au courant Ip du conducteur primaire 2 par rapport au courant Is circulant dans l'enroulement secondaire. Ces rapports sont des valeurs théoriques qui ne tiennent pas compte des pertes dans le circuit magnétique ni des conditions de charge de l'enroulement secondaire. Si le nombre de passages du conducteur primaire dans le circuit magnétique est supérieur à un, les rapports de transformation seront alors inversement proportionnels aux nombres de passages. Les diverses parties des enroulements secondaires peuvent être réalisées en une seule opération, par exemple en inversant le sens de bobinage lors de la fabrication pour les spires de la seconde partie 5b enroulées en sens inverse. Il est possible, également, de bobiner chaque partie de manière indépendante et de connecter ensuite les parties selon le sens d'enroulement prédéterminé de leurs spires. 2752996 REVENDICATIONS 1. Transformateur de courant comportant un circuit magnétique (6) disposé sur un conducteur primaire (2) de puissance et un enroulement secondaire (5) relié à deux sorties et comportant un nombre (NS) prédéterminé de spires enroulées sur le circuit magnétique déterminant un rapport de transformation (RT), transformateur caractérisé en ce que l'enroulement secondaire comporte: - une première partie (Sa) comportant un premier (N1) nombre de spires enroulées dans un premier sens d'enroulement, et - une seconde partie (5b) comportant un second nombre (N2) de spires enroulées dans un second sens d'enroulement opposé au premier sens d'enroulement, le rapport de transformation (RT1) étant déterminé par la différence entre le premier nombre de spires et le second nombre de spires. 2. Transformateur de courant selon la revendication 1 caractérisé en ce que la valeur de la résistance électrique des première et seconde parties de l'enroulement secondaire connectées en série est supérieure à cinq ohms. 3. Transformateur de courant selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le premier nombre (N1) de spires est supérieur à trois cent. 4. Transformateur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'enroulement secondaire comporte: - une première sortie (S1) connectées à une première extrémité d'un ensemble constitué par les première et seconde parties (Sa, 5b) reliées en série, - une seconde sortie (S2) connectées à une seconde extrémité dudit ensemble, - une troisième partie comportant un troisième nombre (N3) de spires enroulées dans le premier sens d'enroulement et reliée par une première extrémité à la seconde extrémité de l'ensemble, et - une troisième sortie (S3) connecté à une seconde extrémité de la troisième partie. 5. Transformateur de courant selon la revendication 4 caractérisé en ce que: - un premier rapport de transformation (RT1) est déterminé entre la première sortie et la seconde sortie par la différence entre le premier nombre (N1) de spires de la première partie et le second nombre (N2) de spires de la seconde partie, et - un second rapport de transformation (RT2) est déterminé entre la première sortie (S 1) et la troisième sortie (S3) par la différence entre la somme des premier et troisième nombres (Ni), (N3) de spires des première et troisième parties et le second nombre (N2) de spires de la seconde partie. 6. Transformateur de courant selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que le premier nombre (Ni) de spires de la première partie est supérieur au second nombre (N2) de spires de la seconde partie. 7. Transformateur de courant selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que le premier nombre (N1) de spires de la première partie est inférieur au second nombre (N2) de spires de la seconde partie. 8. Transformateur de courant selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que la valeur de la résistance de l'enroulement secondaire est supérieure à huit ohms entre la première sortie (S1) et la seconde sortie (S2) et supérieure à douze ohms entre la première sortie (S 1) et la troisième sortie (3). 9. Relais de protection comportant un transformateur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte une unité (4) de traitement comportant au moins deux entrées connectées par deux conducteurs électriques à deux sorties (S1, S2, S3) de l'enroulement secondaire. 10. Relais de protection selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'unité (4) de traitement est insérée dans un boîtier (14) fermé.