Un transformateur de tension fonctionne comme tout autre transformateur : deux enroulements partagent un même noyau magnétique, et le rapport de tension suit le rapport de spires. Ce qui le rend spécial n'est pas la physique mais sa fonction — il doit reproduire la tension du réseau avec une précision suffisante pour qu'un compteur puisse facturer, tout en maintenant le secondaire à une tension sûre de 100 V ou 110 V.
Le principe de base
Lorsque l'enroulement primaire est connecté aux bornes de la tension du réseau, un courant alternatif circule et établit un flux magnétique dans le noyau. Ce flux induit une tension dans l'enroulement secondaire. Si le primaire a 1 000 spires et le secondaire 10, la tension secondaire est le centième de la tension primaire. Le transformateur ne crée pas d'énergie ; il échange de la tension contre du courant, et le courant secondaire est corrélativement faible.
Deux détails distinguent un transformateur de tension d'un transformateur de puissance. Premièrement, le noyau fonctionne à faible densité de flux pour que la sortie reste linéaire et que l'erreur reste dans la classe de précision. Deuxièmement, le secondaire est délibérément petit — quelques dizaines de voltampères — car un transformateur de tension alimente des instruments, pas des charges.
Tout repose sur le rapport de spires
Comme le rapport est fixe, chaque lecture au secondaire peut être ramenée au primaire. C'est pourquoi les secondaires des transformateurs de tension sont normalisés : un compteur n'a pas besoin de savoir s'il est installé sur un départ à 10 kV ou à 35 kV, il lui suffit de connaître le rapport.
| Tension du réseau (entre phases) | Tension secondaire | Rapport | Lecture au secondaire à la tension primaire nominale |
|---|---|---|---|
| 10 kV | 100 V | 100:1 | 100 V |
| 11 kV | 110 V | 100:1 | 110 V |
| 33 kV | 110 V | 300:1 | 110 V |
| 35 kV | 100 V | 350:1 | 100 V |
Normaliser le secondaire signifie qu'une seule conception de compteur ou de relais fonctionne à tous les niveaux de tension. Les relais de protection sont conçus autour d'une entrée de 100 V ou 110 V, et les compteurs sont étalonnés pour cela — le rapport du transformateur de tension est ce qui indique au tableau ce qu'il mesure réellement.
Ce qu'il y a à l'intérieur d'un transformateur de tension
Un transformateur de tension inductif est constitué d'un noyau en acier feuilleté, d'un enroulement primaire à nombreux spires de fil fin, d'un enroulement secondaire à moins de spires, et d'une isolation entre eux et vers la terre. Dans un ensemble intérieur moyenne tension, l'ensemble est coulé dans de la résine époxy, qui assure l'isolation et protège les enroulements de l'humidité. Les bornes sont amenées à une petite boîte à bornes secondaire, et le primaire est connecté au jeu de barres ou au compartiment des câbles.
Charge et précision : comment un PT est défini
La précision n'est garantie que jusqu'à la charge nominale. Un transformateur de tension de 30 VA en classe 0,5 respectera la classe 0,5 près de 30 VA ; connectez 60 VA de compteurs et de relais et il fonctionnera toujours, mais les erreurs dépasseront la classe. C'est le même piège que de surdimensionner un transformateur de courant : le rapport semble correct, la lecture à pleine charge semble correcte, et l'erreur n'apparaît que lorsque la charge est faible ou que le facteur de puissance change.
| Classe | Erreur de rapport à la tension assignée | Utilisation typique |
|---|---|---|
| 0,1 | ±0,1 % | Laboratoire et comptage de référence |
| 0,2 | ±0,2 % | Comptage fiscal |
| 0,5 | ±0,5 % | Comptage commercial et industriel |
| 1,0 | ±1,0 % | Indication uniquement |
| 3P | ±3 % au facteur de tension | Protection |
Comment un PT est raccordé
Le primaire est connecté entre phases ou entre phase et terre, selon que le secondaire doit fournir une tension composée ou une tension simple. Pour un enroulement résiduel utilisé dans la détection de défaut à la terre, trois enroulements secondaires sont connectés en triangle ouvert afin que leurs tensions s'additionnent uniquement lorsqu'un défaut à la terre apparaît. Le côté secondaire va au compteur ou au relais via un fusible ou un disjoncteur miniature, et le secondaire est mis à la terre en un seul point.
C'est l'inverse d'un transformateur de courant. Court-circuiter un secondaire de TC sous tension est une pratique normale ; court-circuiter un secondaire de transformateur de tension sous tension produit un courant important et peut détruire l'enroulement. Isolez le primaire ou retirez le fusible avant de travailler sur le circuit secondaire.
| Couplage | Primaire | Le secondaire délivre | Utilisation |
|---|---|---|---|
| Entre phases | Entre deux phases | Tension composée (100 V) | Comptage, surtension, contrôle de synchronisme |
| Entre phase et terre | Entre une phase et la terre | Tension simple (100/√3 V) | Défaut à la terre et surveillance de tension |
| Triangle ouvert (résiduel) | Trois phases | ≈ 100 V uniquement pendant un défaut à la terre | Relais de tension résiduelle |
Réponses rapides (FAQ)
| Question | Réponse |
|---|---|
| Un PT fonctionne-t-il en courant continu ? | Non. Il repose sur un flux alternatif ; une tension continue ne produit aucune sortie secondaire stable. |
| Pourquoi mon secondaire de PT indique-t-il 0 V ? | Vérifiez d'abord le fusible primaire, puis le disjoncteur miniature secondaire, puis la polarité du câblage. |
| Puis-je connecter deux compteurs à un seul PT ? | Oui, si la charge totale reste dans la puissance assignée en VA. |
| À quoi sert le facteur de tension ? | Il définit la surtension que le PT peut supporter pendant un défaut à la terre, pour une durée donnée. |
| Le secondaire doit-il être mis à la terre ? | Oui, en un seul point, pour la sécurité en cas de défaillance de l'isolation primaire. |
Ainsi, le principe de fonctionnement est simple — un rapport de spires fixe et un noyau à faible flux — mais l'ingénierie réside dans les détails : maintenir la charge secondaire dans les limites de la puissance nominale, mettre un point du secondaire à la terre, le protéger par un fusible, et ne jamais le court-circuiter lorsque le primaire est sous tension.
