Transformateur de tension capacitif (CVT) : fonctionnement et applications

Un transformateur de tension capacitif (CVT) est utilisé dans les systèmes électriques haute tension pour mesurer et gérer la tension en toute sécurité.Cet article explique ce qu'est une CVT, comment elle fonctionne et comment elle se compare à un transformateur de potentiel (PT).Il couvre également les types de CVT, la précision, les limites, les erreurs courantes telles que les transitoires et la ferrorésonance, ainsi que ses principales applications dans les sous-stations et les systèmes de transmission.

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Figure 1 : Transformateur de tension capacitif (CVT)

Qu'est-ce qu'un transformateur de tension capacitif (CVT) ?

Un transformateur de tension capacitif (CVT) est un type de transformateur de tension utilisé pour mesurer la haute tension en la convertissant en une valeur inférieure, sûre et utilisable.Dans les systèmes de transmission où les niveaux de tension sont très élevés (comme 132 kV et plus), la mesure directe n'est pas pratique, c'est pourquoi une CVT constitue un moyen sûr de surveiller la tension.

Un CVT connecte les lignes haute tension aux équipements de surveillance et de protection, fournissant les signaux de tension nécessaires au comptage et au contrôle du système.Comparé à un transformateur de potentiel (PT), il est plus rentable et plus pratique pour les applications haute tension, c'est pourquoi il est largement utilisé dans les systèmes électriques modernes.

Comment fonctionne une CVT

Un transformateur de tension capacitif (CVT) réduit la tension de transmission élevée à l'aide de deux étapes principales : un diviseur de tension capacitif et un transformateur interne.Le processus démarre lorsque la haute tension entre dans les condensateurs, qui la divisent en un niveau intermédiaire inférieur.

Ce diviseur capacitif utilise deux condensateurs (C₁ et C₂) pour diviser la tension, la sortie étant prise aux bornes du condensateur inférieur.La relation est :

La tension réduite est ensuite transmise à un transformateur, qui la réduit encore à une sortie standard (telle que 110 V ou 120 V) pour les systèmes de mesure et de protection.Dans des conditions normales, les CVT fonctionnent de manière fiable, bien que leur réponse puisse varier en cas de pannes ou d'événements de commutation.

CVT vs PT (transformateur de potentiel)

Figure 2 : CVT vs PT (transformateur de potentiel)

Paramètre	Capacitif Transformateur de tension (CVT)	Potentiel Transformateur (PT)
Définition	Utilisations diviseur capacitif + transformateur pour abaisser la tension	Utilisations induction électromagnétique pour abaisser la tension
Meilleure tension Gamme	Haute tension systèmes (généralement ≥132kV)	Faible à moyen systèmes de tension
Coût élevé Tension	Plus rentable	Cher en raison aux exigences d’isolation
Taille et Poids	Plus compact et plus léger	Plus grand et plus lourd
Précision (État stable)	Modéré	Élevé
Transitoire Réponse	Plus lentement, peut-être être affecté par des perturbations	Rapide et stable
Fréquence Sensibilité	Plus haut	Inférieur
Protection Utilisation du système	Limité en scénarios de protection rapides	Idéal pour relais de protection

CVT monophasé ou triphasé

Figure 3 : CVT monophasé ou triphasé

Paramètre	Monophasé CVT	Triphasé CVT
Configuration	Une unité par phase (R, Y, B)	Une unité pour les trois phases
Mise en place	Nécessite trois unités distinctes	Célibataire unité compacte
Flexibilité	Élevé (chacun la phase est indépendante)	Inférieur (tous phases combinées)
Entretien	Plus facile (remplacer une seule unité)	Plus complexe (affecte toute l'unité)
Fiabilité	Supérieur (défaut dans une phase n’affecte pas les autres)	Inférieur (défaut peut avoir un impact sur toutes les phases)
Espace Exigence	Nécessite plus espace	Plus gain de place
Utilisation courante	Haute tension sous-stations et lignes de transmission	Compact ou systèmes spécialisés
Popularité	Le plus souvent utilisé	Moins courant
Pratique Avantage	Mieux pour entretien et fiabilité	Mieux pour installations compactes

Précision et limites de la CVT

La précision d'un transformateur de tension capacitif (CVT) décrit dans quelle mesure sa sortie correspond à la tension réelle du système dans des conditions normales.Dans les applications haute tension, les CVT offrent une précision acceptable pour la surveillance et la protection de base, mais ils sont généralement moins précis qu'un transformateur de potentiel (PT).En effet, leur conception les rend plus sensibles aux conditions du système, notamment lors de perturbations ou d'un fonctionnement à long terme.

Principales limites de la CVT :

• Précision inférieure à celle du PT – pas idéal pour un dosage de haute précision

• Sensible aux changements de fréquence – la sortie peut varier en fonction de la fréquence du système

• Performances limitées dans des conditions dynamiques – moins stable lors de défauts ou de commutations

• Variation de précision à long terme – affecté par le vieillissement, la température et les conditions d’isolation

• Impact sur les systèmes de protection – peut affecter la précision du relais et le temps de réponse

Erreurs CVT courantes : transitoires, résonance ferro, dérive

Erreurs transitoires

Des erreurs transitoires se produisent lors d'événements soudains tels que des défauts ou des opérations de commutation, où la sortie CVT ne répond pas instantanément.Au lieu de cela, le signal de tension peut présenter des retards ou des oscillations avant de se stabiliser, ce qui peut affecter les relais de protection qui dépendent de mesures rapides et précises.Pour cette raison, les CVT sont moins adaptées aux applications nécessitant une réponse transitoire rapide.

Ferrorésonance

La ferrorésonance est une condition non linéaire provoquée par l'interaction entre les composants inductifs et capacitifs de la CVT.Cela peut entraîner des oscillations de tension anormales, des surtensions ou des formes d'onde déformées, pouvant entraîner des lectures incorrectes ou même des dommages matériels.Dans les systèmes à haute tension, des méthodes de conception et d’amortissement appropriées sont utilisées pour réduire ce risque.

Dérive de mesure

La dérive des mesures se produit progressivement au fil du temps, à mesure que les composants internes de la CVT vieillissent ou sont affectés par des conditions environnementales telles que la température et l'humidité.Cela entraîne des changements légers mais continus dans la tension de sortie, ce qui peut réduire la précision des mesures à long terme et la fiabilité de la surveillance du système.Des tests et une maintenance réguliers contribuent à garantir des performances constantes.

Applications de la CVT

• Sous-stations haute tension – Utilisé pour abaisser la tension des compteurs, des systèmes de contrôle et des équipements de surveillance, permettant aux opérateurs d'observer en toute sécurité les conditions du système.

• Systèmes de protection – Fournit des signaux de tension aux relais de protection tels que les relais de distance et de surtension, aidant à détecter les défauts et à protéger les lignes de transmission.

• Lignes de transmission – Installé le long des lignes à haute tension pour prendre en charge la mesure continue de la tension et la surveillance de la stabilité du système.

• Communication par courant porteur sur ligne (PLCC) – Agit comme un dispositif de couplage qui permet aux signaux de communication de voyager à travers les lignes de transmission, réduisant ainsi le besoin d'équipement séparé.

• Systèmes de mesure et de surveillance – Fournit une sortie de tension standardisée pour la mesure de l’énergie et le suivi des performances dans les systèmes électriques à haute tension.

• Contrôle et automatisation du réseau – Prend en charge les systèmes SCADA et de contrôle en fournissant des données de tension précises pour la prise de décision et la gestion du système en temps réel.

Conclusion

Un transformateur de tension capacitif (CVT) est un appareil important pour mesurer la tension dans les systèmes haute tension.Il est rentable et adapté aux applications de transmission, mais il présente des limites en termes de précision et de réponse en cas de perturbations.Comprendre ses performances, ses erreurs et ses applications permet de garantir un fonctionnement fiable dans les sous-stations et les systèmes électriques.