Un transformateur triphasé monophasé convertit un réseau triphasé en alimentation monophasée. Dimensionner ses protections suppose de calculer les courants côté primaire et côté secondaire, puis de choisir des dispositifs capables d’absorber le courant d’enclenchement sans déclencher intempestivement. Ce point, souvent sous-estimé, conditionne la fiabilité de toute l’installation.
Courant d’enclenchement d’un transformateur : le paramètre que le calibre seul ne couvre pas
Quand un transformateur est mis sous tension, son noyau ferromagnétique doit être magnétisé. Pendant cette phase, qui dure une fraction de seconde, le courant appelé peut atteindre jusqu’à 25 fois le courant nominal, même à vide. Ce pic est asymétrique et non sinusoïdal, ce qui le rend particulièrement agressif pour les protections classiques.
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Choisir un disjoncteur ou un fusible uniquement sur la base du courant nominal revient à ignorer ce transitoire. Le dispositif déclenche au premier enclenchement, et l’installation reste hors service tant que le problème n’est pas identifié.
Courbe de déclenchement adaptée
Les disjoncteurs à courbe C tolèrent un appel de courant de l’ordre de cinq à dix fois le calibre nominal. Pour un transformateur dont l’appel d’enclenchement dépasse ce seuil, un disjoncteur à courbe D (tolérant un appel plus élevé) devient nécessaire. Sur certaines installations, EREA propose des transformateurs à faible courant d’enclenchement ou des limiteurs de courant dédiés, qui permettent de conserver une protection de calibre standard.
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Calcul du courant nominal côté primaire et secondaire d’un transformateur triphasé monophasé
Avant de sélectionner un calibre, il faut déterminer les courants de service. La formule dépend du type de raccordement.
Côté primaire (triphasé)
Le courant nominal primaire se calcule à partir de la puissance apparente du transformateur (exprimée en kVA) et de la tension composée du réseau triphasé. La relation classique est : courant primaire = puissance apparente divisée par (racine de 3 multipliée par la tension composée). Ce résultat donne le courant que chaque phase du réseau triphasé doit fournir en régime permanent.
Côté secondaire (monophasé)
En sortie monophasée, le courant nominal secondaire se calcule directement : puissance apparente divisée par la tension secondaire. Ce courant est plus élevé que le courant primaire puisque la tension secondaire est généralement plus basse.
La protection primaire et la protection secondaire se dimensionnent séparément, chacune sur son propre courant nominal. Appliquer le même calibre des deux côtés est une erreur courante qui compromet soit la protection du câblage, soit la continuité de service.
Sélectivité entre protections amont et aval du transformateur
Dimensionner la protection d’un transformateur ne se limite pas à choisir un calibre. Il faut garantir que, lors d’un défaut côté secondaire, seul le dispositif de protection le plus proche du défaut agisse, sans faire déclencher la protection amont. C’est le principe de sélectivité ampèremétrique et chronométrique.
Coordination par courbes temps-courant
Pour vérifier la coordination, on superpose les courbes de déclenchement du disjoncteur primaire, du fusible ou disjoncteur secondaire, et éventuellement du fusible en tête d’installation. Trois points de contrôle méritent une attention particulière :
- Le courant d’enclenchement du transformateur doit rester sous le seuil de déclenchement magnétique du disjoncteur primaire, sinon chaque mise sous tension provoque une coupure.
- Le courant de court-circuit maximal au secondaire doit être coupé par la protection secondaire avant que la protection primaire ne réagisse.
- La capacité de coupure du dispositif installé doit être supérieure au courant de court-circuit présumé au point d’installation, faute de quoi le dispositif ne peut pas interrompre le défaut en toute sécurité.
Négliger cette coordination revient à disposer de protections qui se déclenchent toutes en même temps, provoquant une coupure générale au lieu d’une coupure sélective.
Type de transformateur et niveau de puissance : impact sur le choix des protections
Un transformateur sec de faible puissance et un transformateur immergé dans l’huile de forte puissance n’appellent pas les mêmes dispositifs de protection. Les sources techniques récentes soulignent que la logique de dimensionnement varie selon le type et la puissance du transformateur.
Transformateurs secs de petite puissance
Pour des puissances modestes, un disjoncteur magnétothermique côté primaire et un disjoncteur ou fusible calibré côté secondaire suffisent généralement. Le courant d’enclenchement reste gérable avec une courbe D. La protection différentielle côté secondaire assure la sécurité des personnes, notamment en cas de défaut d’isolement.
Transformateurs de distribution ou de puissance élevée
Au-delà de certains seuils de puissance, des protections plus sophistiquées entrent en jeu : relais de protection à maximum de courant, protection différentielle de transformateur (comparaison des courants entrant et sortant via des transformateurs de courant), ou encore protection contre les défauts à la terre. Ces dispositifs nécessitent des transformateurs de courant (CT) correctement dimensionnés, dont le rapport de transformation et la classe de précision doivent correspondre aux réglages des relais.
La mise en service elle-même impose une vérification : un CT mal calibré fausse la mesure et peut rendre la protection différentielle inopérante ou provoquer des déclenchements intempestifs.
Vérification du câblage secondaire et de la section des conducteurs
Le dimensionnement des protections n’a de sens que si la section des conducteurs secondaires supporte le courant nominal et le courant de défaut. Le disjoncteur secondaire protège le câble, pas seulement le transformateur. Son calibre doit donc être inférieur ou égal au courant admissible du conducteur.
En pratique, le câblage secondaire d’un transformateur triphasé monophasé véhicule l’intégralité du courant de charge sur deux conducteurs (phase et neutre). La section doit être calculée en conséquence, et la protection ajustée à cette section, pas à la puissance du transformateur seule.
- Vérifier que le calibre du disjoncteur secondaire est compatible avec le courant admissible du câble.
- S’assurer que le pouvoir de coupure du dispositif couvre le courant de court-circuit présumé au secondaire.
- Contrôler la chute de tension en ligne pour les installations où le câblage secondaire est long.
Un transformateur correctement protégé mais alimentant un câble sous-dimensionné reste une installation dangereuse. Le dimensionnement des protections et celui du câblage forment un ensemble indissociable.
Le dernier point à garder en tête : chaque modification de charge ou d’installation (ajout d’un départ, changement de câble) impose de reprendre la vérification de la coordination des protections. Un dimensionnement figé au jour de la mise en service ne garantit rien si l’installation évolue.
