Quelle est la différence entre le transformateur de courant (CT) et les bobines de Rogowski ?

Les transformateurs de courant (TC) et les bobines de Rogowski sont deux types essentiels de dispositifs de détection de courant largement utilisés dans les systèmes de mesure, de protection et de surveillance électriques. Les deux servent le même objectif : mesurer le courant alternatif (AC) mais leurs principes de fonctionnement, leur construction et leurs applications sont très différents. Comprendre les distinctions entre eux aide les ingénieurs à choisir la bonne solution en termes de précision, de coût et de flexibilité d'installation.

1. Principe de fonctionnement
Un transformateur de courant (CT) fonctionne sur le principe de l'induction électromagnétique. Il se compose d'un enroulement primaire, d'un noyau magnétique et d'un enroulement secondaire. L'enroulement primaire transporte le courant à mesurer et le champ magnétique généré induit un courant proportionnel dans l'enroulement secondaire. Le CT convertit les courants primaires importants en un courant secondaire standardisé plus petit (généralement 1 A ou 5 A) qui peut être utilisé en toute sécurité par des instruments de mesure ou des relais de protection.

Une bobine de Rogowski , quant à elle, fonctionne sur le principe de l'inductance mutuelle sans utiliser de noyau de fer. Il s’agit essentiellement d’une bobine à air enroulée autour d’un matériau flexible et non magnétique. Lorsqu'il est placé autour d'un conducteur transportant du courant alternatif, le champ magnétique changeant induit une tension dans la bobine proportionnelle au taux de variation du courant (di/dt). Un circuit intégrateur électronique convertit ensuite ce signal de tension en un signal proportionnel au courant réel.

2. Construction et conception
Les TC sont des dispositifs rigides dotés d'un noyau magnétique fermé, généralement fabriqués à partir de matériaux laminés en fer ou en ferrite. Ils peuvent être de différentes conceptions (type barre, toroïdal ou à noyau divisé) en fonction des besoins d'installation. Les tomodensitomètres sont conçus pour des mesures de haute précision et ont souvent des dimensions fixes.

Les bobines Rogowski, en revanche, sont légères, flexibles et sans noyau. Leur conception ouvrable en forme de corde leur permet d'être facilement enroulés autour de conducteurs de grande taille ou de forme irrégulière, ce qui les rend idéaux pour les installations de rénovation. Puisqu’ils n’utilisent aucun matériau ferromagnétique, ils sont exempts d’effets de saturation et d’hystérésis susceptibles de fausser les mesures dans les tomodensitomètres traditionnels.

3. Plage de mesure et linéarité
Les TC ont une plage de mesure limitée en raison de la saturation du noyau magnétique. Lorsque le courant dépasse la capacité nominale, la précision diminue considérablement. Par conséquent, les TC doivent être sélectionnés avec soin en fonction de la puissance nominale actuelle du système.

Les bobines Rogowski offrent une plage dynamique très large et une excellente linéarité car elles ne possèdent pas de noyau magnétique. Ils peuvent mesurer avec précision des courants très élevés et très faibles sans distorsion. Cela les rend adaptés aux applications impliquant des courants changeants ou pulsés rapidement, telles que l'électronique de puissance, les entraînements à vitesse variable ou l'analyse transitoire.

4. Précision et réponse en fréquence
Les TC offrent généralement une grande précision dans leur plage de fréquence et de courant nominale, ce qui les rend idéaux pour la mesure et la protection dans les systèmes électriques. Cependant, leur réponse en fréquence est limitée, typiquement de 50 Hz à quelques kHz.

Les bobines Rogowski offrent une réponse en fréquence extrêmement large, de quelques Hz à plusieurs MHz, leur permettant de capturer des signaux transitoires, harmoniques et haute fréquence. Leur précision dépend de la stabilité et de la précision du circuit intégrateur.

5. Sécurité et installation
Les TC ayant un circuit secondaire qui peut générer des tensions dangereuses s'il est ouvert en charge, ils doivent être manipulés avec précaution. Une utilisation inappropriée peut entraîner des dommages matériels ou un choc électrique. L'installation nécessite généralement de déconnecter le conducteur principal, sauf si un type à noyau divisé est utilisé.

Les bobines Rogowski sont intrinsèquement plus sûres, car elles sont non intrusives et n'ont aucune connexion électrique directe avec le conducteur. Leur conception flexible permet une installation rapide et sûre sans interruption de l'alimentation.

6. Applications
Les TC sont principalement utilisés dans la distribution d'énergie, la mesure de l'énergie et les relais de protection dans les sous-stations, les appareillages de commutation et les transformateurs. Ils sont préférés lorsque la précision aux fréquences standard est requise.

Les bobines de Rogowski sont couramment utilisées dans les systèmes de mesure portables, les analyseurs de qualité d'énergie, la surveillance des harmoniques et la détection de courants transitoires. Leur large bande passante et leur facilité d'installation les rendent idéaux pour les diagnostics industriels et les mesures temporaires.

7. Résumé
En résumé, les TC sont robustes et précis pour les mesures en régime permanent dans les systèmes électriques traditionnels, tandis que les bobines de Rogowski sont flexibles, légères et supérieures pour les applications haute fréquence, à large plage ou non intrusives. Le choix entre les deux dépend des exigences de mesure spécifiques, des contraintes d'installation et de la réponse en fréquence souhaitée.

Les deux technologies se complètent dans les systèmes électriques modernes, où les TC assurent une mesure et une protection fiables, et les bobines Rogowski offrent des capacités avancées de diagnostic et de surveillance.