MESURES ÉLECTRIQUES
Comment bien choisir
ses capteurs de courant
Le calcul de la puissance électrique impose la mise en œuvre de capteurs de cou-
rant. Il en existe plusieurs types qui diffèrent par la technologie ou les matériaux
qu’ils mettent en œuvre. Lem se propose de faire le tour d’horizon des solutions
existantes et de leur évolution. Ce spécialiste de la mesure de courant présente les
techniques classiques ainsi que d’autres plus récentes, en soulignant leurs avan-
tages et inconvénients respectifs, selon le domaine d’application.
La mesure du courant électrique
occupe une place centrale pour de
nombreuses applications indus-
trielles, que ce soit pour le con-
trôle des alimentations, la gestion de la con-
sommation électrique ou la surveillance de
l’état du réseau et des équipements électri-
ques. La gestion des systèmes d’alimentation
électrique est le premier champ d’applica-
tion de la mesure de courant car elle est es-
sentielle pour toute activité industrielle ou
économique. C’est une question qui con-
cerne en premier lieu les entreprises de pro-
duction ou de distri-
bution d’électricité,
mais également les en-
treprises industrielles
désireuses de surveiller
la qualité de leur élec-
tricité et leur facteur
de puissance pour
contrôler le coût éner-
gétique des services
utilisés, en particulier
en présence de charges
à faible facteur de
forme.
Les compteurs divi-
sionnaires sont de plus
en plus utilisés par les
responsables d’usines
et d’unités de produc-
tion car ils permettent
non seulement de dé-
terminer et d’allouer
les coûts énergétiques, mais aussi de mener
des analyses pointues concernant la consom-
mation électrique et ainsi en améliorer l’ef-
ficacité. L’évaluation de la puissance néces-
saire et sa facturation dépendent souvent des
pics de consommation, de sorte qu’une ges-
tion dynamique de l’ensemble du système
autorise à la fois la réduction des coûts et la
prévention des interruptions de service. Les
compteurs divisionnaires sont non seule-
ment nécessaires pour une bonne compré-
hension et une bonne gestion des principaux
postes de consommation, mais également
pour le repérage de tout gaspillage d’énergie,
en général dû à des appareils défectueux ou
à un mauvais usage des installations (par
exemple : éclairage, chauffage ou climatisa-
tion inappropriés).
La surveillance de l’état général du réseau
électrique exige que les interruptions de
service soient immédiatement détectées et
traitées, de manière à prévenir tout endom-
magement des équipements ou toute inter-
ruption de processus critiques. La mesure
de puissance électrique permet de disposer
de données complètes (courant, puissance
active, facteur de puissance, fréquence, etc.)
reflétant fidèlement le comportement de la
charge des moteurs (convoyeurs, roule-
ments, pompes, outils de coupe, etc.). Bien
souvent, elle rend plus rapidement possible
la détection de comportements anormaux
par rapport aux capteurs classiques tels que
les capteurs de température, de pression, de
vibration, etc. En observant l’évolution dans
le temps de ces paramètres électriques, il est
même possible d’anticiper les interruptions
et de planifier une maintenance préventive
efficace.
La mesure de la puissance électrique prend
non seulement de plus en plus d’impor-
tance dans les applications industrielles,
mais aussi dans les installations commercia-
les et résidentielles. La problématique des
économies d’énergie est d’ailleurs devenue
un enjeu majeur dans le monde entier, tant
d’un point de vue économique qu’environ-
nemental. La question est : comment réduire
de manière significative et durable la con-
sommation énergétique ? La solution la plus
crédible consiste à observer les habitudes
énergétiques des consommateurs et à les
responsabiliser. C’est un objectif primordial
pour l’industrie qui trouve de plus en plus
écho dans le secteur public et chez les par-
ticuliers. De nombreux pays mettent en
place des campagnes et mesures incitatives
visant à réduire la consommation énergéti-
que, et par là même les émissions de CO2.
Afin que les entreprises puissent en profiter
Les capteurs de courant
monoblocs délivrent de bons
résultats pour un coût
attractif.
Les capteurs à boîtier
ouvrant s’installent facile-
ment sur les équipements
existants.
De nouveaux types
de ferrites leur confèrent
de meilleures performances
tout en restant à un prix
abordable.
La technologie des boucles
de Rogowski a également
évolué. Elle autorise
désormais la fabrication
de petits capteurs pour
la mesure de courants élevés.
L’essentiel
Le déphasage. La précision des calculs
d’énergie ou de puissance active réelle ne
dépend pas uniquement de la précision ou
de la linéarité des capteurs de courant alter-
natif ou de tension en termes d’amplitude,
mais aussi du déphasage entre le courant
primaire et secondaire. Ce déphasage, qui
doit bien entendu être le plus faible possible,
entraîne une erreur sur la mesure de puis-
sance électrique.
L’intégration. Les transformateurs de cou-
rant étant autoalimentés, ils ne nécessitent
qu’une seule sortie à 2 fils vers le circuit élec-
tronique de l’unité principale. Nombre d’en-
tre eux sont équipés de sorties standard pré-
calibrées autorisant leur intégration au
système de mesure de puissance électrique.
Les sorties typiques 1 A et 5 A ou 333 mV
sont compatibles avec la plupart des comp-
teurs électriques standard du marché.
Cependant, les compteurs électriques de
haute précision requièrent un calibrage spé-
cifique pour chacun des capteurs, ceux-ci ne
pouvant alors plus être interchangés. Dans ce
cas, des sorties à faible courant peuvent être
utilisées. Elles sont plus sûres que les signaux
classiques 1 A et 5 A, en particulier si elles sont
accessibles quand le système est en fonction-
nement. Les sorties de courant sont par ailleurs
quasi insensibles aux interférences et doivent
être préférées aux sorties en tension lorsque
de longs câbles doivent être utilisés pour rac-
corder les capteurs au compteur électrique.
Le prix. Le prix des capteurs est bien en-
tendu important, en particulier pour la me-
sure de courants triphasés puisque trois cap-
teurs de courant précis sont nécessaires.
Cependant, le prix du capteur de courant ne
doit pas seul entrer en ligne de compte : il
faut également considérer les coûts d’instal-
lation et de maintenance. En effet, bien que
plus onéreux, les capteurs à boîtier ouvrant,
fiables et faciles à installer ou à remplacer,
procurent de réelles économies sur le coût
d’ensemble du système.
Transformateurs monoblocs
Les systèmes de mesure d’énergie électrique
intègrent généralement des capteurs de cou-
rant sans contact plutôt que des shunts, car
ces derniers occasionnent des pertes de puis-
sance tout comme des problèmes d’installa-
tion et de sécurité. Les capteurs de courant
monoblocs traditionnels fonctionnent selon
le principe d’un transformateur : les enrou-
lements primaires et secondaires sont reliés
magnétiquement par un noyau central. Le
courant mesuré induit un champ magnéti-
que dans le noyau, qui génère un courant
dans l’enroulement secondaire, proportion-
nel au courant primaire, divisé par le nom-
bre de spires de l’enroulement secondaire.
Ces transformateurs de courant basiques
sont conçus pour mesurer des courants al-
ternatifs sinusoïdaux sur une plage typique
de fréquence de 50/60 Hz. Cette techno-
➜
Les transformateurs
de courant ouvrants
facilitent la mise en place
des systèmes de surveillance,
de mesure et de supervision
de la consommation électrique
des infrastructures.
Les transformateurs de courant ouvrants peuvent être installés sur des machines ou des équipements sans procéder
à la mise hors tension du système.
pleinement, elles doivent se doter des
moyens pour réaliser des mesures de cou-
rant précises.
Exigences relatives aux capteurs
Lors de la conception de systèmes de mesure
de puissance électrique, les ingénieurs doi-
vent sélectionner avec le plus grand soin les
capteurs de courant en fonction de caracté-
ristiques très précises :
La précision. Dans la plupart des appli-
cations, la précision de la mesure a un im-
pact direct sur la performance générale du
système. La précision des calculs de puis-
sance dépend évidemment de celle des cap-
teurs de courant utilisés. Un compteur élec-
trique de Classe 1 nécessite des capteurs de
courant offrant une précision bien supé-
rieure à 1 %, ce qui suppose le recours à des
matériaux et procédés de fabrication oné-
reux. Reste le choix de calibrer le compteur
électrique en fonction de chaque capteur qui
lui est rattaché. En prenant en compte les
caractéristiques spécifiques de chaque cap-
teur, il est en effet possible de les utiliser dans
leur mode de fonctionnement le plus per-
formant et de réduire les différences existant
entre un capteur et un autre. Comme nous
le verrons dans cet article, cette méthode
ouvre la voie à de nouvelles technologies
offrant des performances étonnantes en ter-
mes de linéarité, de dérive et de répétabilité
des mesures, compensant largement l’im-
précision relative de leurs relevés.
La dérive. La dérive d’un capteur est liée
à la stabilité des relevés effectués dans le
temps, quel que soit le calibrage initial du
système. Certaines caractéristiques peuvent
différer en fonction des variations de l’humi-
dité et de la température ambiantes, de
l’usure des composants, du vieillissement des
matériaux, etc. Une faible dérive, signifiant
que le capteur est immunisé contre de telles
contraintes, constitue une caractéristique ca-
pitale pour obtenir des compteurs électriques
fiables et offrant les meilleures performances
sur une longue période de temps.
La linéarité. La linéarité d’un capteur
renvoie à la stabilité de ses caractéristiques
sur l’ensemble de sa plage d’utilisation. Une
bonne linéarité est essentielle pour un cap-
teur analogique si l’on veut obtenir des me-
sures précises pour une large gamme de
courants primaires, en particulier pour les
courants faibles. Parmi les technologies exis-
tantes, plusieurs offrent de bons résultats
mais seulement sur une plage de mesure
limitée, ce qui rend possible leur utilisation
uniquement pour des courants assez élevés
ou, à l’inverse, plutôt faibles.
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