Mesure de Courant et de Tension
CARACTÉRISTIQUES ET FONCTIONNEMENT DES CAPTEURS DE COURANT
Un capteur de courant permet de mesurer l'intensité qui traverse un conducteur (fil) électrique.
La mesure de courant peut-être directe, par la loi d’Ohm, en mesurant la tension aux bornes d’une résistance de précision
(shunt de mesure) parcourue par le courant à mesurer.
La mesure de courant peut-être indirecte, induite par le courant à mesurer, comme le champ électrique, l'induction, le flux magnétique.
Les principales technologies sont :
les capteurs de Hall (semi-conducteurs),
les magnétorésistances (matériaux magnétiques),
les transformateurs de courant (inductances).
La sortie du capteur peut alors être une tension analogique, une intensité ou une sortie numérique et éventuellement un contact.
Principe de fonctionnement des différentes technologies de capteur de courant :
- les capteurs à effet hall (mesure AC + DC)
Le capteur à effet Hall est constitué d'un élément sensible à semi-conducteur, appelé cellule Hall, placée dans un circuit magnétique pour accroître sa sensibilité. Ce capteur permet de mesurer un courant continu ou alternatif, il est toutefois soumis aux effets de saturation du circuit magnétique, ce qui limite sa plage d’utilisation. Il assure l'isolation du circuit de mesure
- les transformateurs de courant (mesure AC)
Le transformateur de courant (appelé TC, ou parfois TI) comporte un circuit magnétique et deux circuits électriques, le secondaire et une source de courant qui présente une charge limitée par les phénomènes de saturation magnétique et une réponse en fréquence limitée. Malgré cela, il reste le capteur le plus usité en alternatif lié à sa simplicité et sa fiabilité tout en assurant l'isolation galvanique entre le circuit primaire et secondaire, certains modèles incorporent directement l'électronique en sortie 4-20mA ou 0-10V.
- les shunts (mesure AC + DC)
La méthode la plus simple, mais sans séparation galvanique, le shunt est un conducteur de faible résistance très précis,
constitué en général de constantan ou de manganin (alliage de cuivre, nickel, manganèse), ce qui lui assure une très grande stabilité thermique. La plage d’utilisation est de 1 mA (laboratoire) à 10 kA (industrie).
Il suffit donc de mesurer la tension à ses bornes pour connaître la valeur du courant qui le traverse (loi d'ohms).
Généralement, la prise de mesure de tension sur le shunt est calibré de 50 mV à 100 mV pour les applications industrielles
- les capteurs de Rogowski (mesure AC)
Très utilisé en haute tension, il a la particularité d’être linéaire dans une plage d’intensité très large, il est constitué d’un tore non ferromagnétique, les bobines de Rogowski se présentent comme un enroulement hélicoïdal, de plusieurs centaines à plusieurs milliers de spires, dont une extrémité du fil est ramenée par le centre du noyau jusqu’à l’autre extrémité. Le conducteur primaire parcouru par le courant à mesurer est encerclé par le bobinage. La tension induite en sortie de l’enroulement est proportionnelle à la dérivée du courant (loi de Lenz), un circuit intégrateur est placé en sortie du capteur, Le signal est ainsi proportionnel au courant et en phase avec celui-ci.
Critères de choix d’un capteur de courant,
avertissement de sécurité
SensiLec propose plusieurs types de capteurs de courant pour des applications variées dans le domaine de l’énergie, des transports,
de l’industrie, de la recherche, dans le test et l’environnement.
Paramètres définissant le choix d’un capteur de courant :
Type de capteur et mise en œuvre
- Capteurs de courant traversant, nécessitant de faire passer une phase du circuit à mesurer dans le trou central du capteur. (non intrusif)
- Capteurs de courant à insérer en série dans le circuit à mesurer.
(intrusif, comme les shunts)
Type de courant à mesurer
- Alternatif
- Continu, unidirectionnel ou bidirectionnel
- Courant AC+ DC
- Courant de forme complexe
- Gamme de fréquence, harmoniques, bande passante
Plage de courant à mesurer
- Courant efficace à mesurer
- Courant de crête à mesurer
- Surcharges transitoires à mesurer (valeur de crête et durée)
- Surcharge maximale à supporter non destructive (valeur et durée)
Signal de sortie souhaité
- Tension, courant, communication (RS485 MODBUS)
- Signal instantané ou efficace
- Signal analogique normalisé 0-10V, 0-5V, 4-20mA
- Valeur au courant nominal, valeur au courant maxi
Précision de la mesure
- Précision requise
- Précision globale sur la plage de température de service
- Dérive thermique admissible
- Stabilité à long terme (vieillissement)
Alimentation
- Capteur auto-alimenté ou avec alimentation auxiliaire, en technique 2 fils
- Tension d’alimentation disponible
- Consommation maximale admissible
Tension et isolation
- Tension de service du primaire
- Normes d’isolation à respecter
- Isolation simple ou renforcée
- Tension d'essais diélectrique
- Classe de pollution
- Catégorie de surtensions
- Tenue aux surtensions impulsionnelles ou choc de foudre
Interfaces mécaniques, dimensions et facilité de montage
- Section du conducteur primaire ou dimension du jeu de barre
- Capteur de type câblé ou non intrusif
- Capteur traversant ou ouvrant (mise en place sans démontage)
- Type de connexion requise
- Encombrement et position des sorties secondaires
- Distances de fuite et d'isolation
- Type de fixation (sur panneau, sur rail DIN, sur le conducteur primaire)
Environnement
- Montage Indoor ou outdoor
- humidité, projection d'eau, indice de protection requis
- Vibrations (matériel embarqué), chocs
- Ligne de fuite primaire secondaire
- Agressivité du milieu (ambiance corrosive ou saline)
- Plage de température de service
- Exigences de compatibilité électromagnétiques
- Champs magnétiques externes, perturbations
Avertissement et sécurité :
Afin de garantir un fonctionnement sûr des capteurs et d'exploiter correctement toutes les caractéristiques, veuillez lire attentivement ces instructions. Un fonctionnement sûr ne peut être garanti que si le capteur est utilisé aux fins pour lesquelles il a été conçu, et dans les limites des spécifications techniques.
Assurez-vous d'obtenir des informations techniques à jour qui peuvent être trouvées dans la dernière version de la fiche technique associée.
Ignorer les avertissements peut entraîner des blessures graves et/ou des dommages. Un capteur de mesure électrique ne doit être installé et mis en service que par du personnel qualifié ayant reçu une formation appropriée.
Les réglementations nationales correspondantes doivent être respectées lors de l'installation du capteur et de tous les conducteurs électriques.
Le capteur doit être utilisé dans les équipements conformément aux normes de sécurité applicables ainsi qu'aux instructions du constructeur.
Mise en garde, Risque de chocs électriques:
Lors de l'utilisation du capteur, certaines parties peuvent être sous tension dangereuse (par ex. conducteur primaire, alimentation).
L'utilisateur doit s'assurer de prendre toutes les mesures nécessaires pour se protéger contre les chocs électriques. Le capteur est un dispositif intégré contenant des pièces conductrices qui ne doivent pas être accessibles après l'installation. Un coffret de protection ou une barrière isolante supplémentaire peut être nécessaire. Le capteur ne doit pas être mis en service si les mâchoires sont ouvertes ou si l'installation n'est pas achevée.
L'installation et la maintenance doivent être effectuées avec l'alimentation électrique principale déconnectée, sauf s'il n'y a pas de parties sous tension dangereuses à l'intérieur ou à proximité immédiate du système, et si les réglementations nationales applicables sont entièrement observées.
Le fonctionnement sûr et sans problème de ces capteurs ne peut être garanti que si le transport, le stockage et l'installation sont effectués correctement et l'utilisation et l'entretien sont effectués avec soin.
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