Introduzione
Un trasformatore di corrente (CT) è un componente importante in un sistema elettrico perché consente di misurare, monitorare e utilizzare grandi correnti elettriche a fini di protezione senza collegare direttamente gli strumenti di misura a circuiti ad alta-corrente. Funziona utilizzando l'induzione elettromagnetica per trasformare una corrente primaria in una corrente secondaria più piccola proporzionale alla corrente primaria.
I trasformatori di corrente si trovano comunemente nei sistemi di distribuzione dell'energia, nei quadri, nelle apparecchiature elettriche industriali, nei sistemi di misurazione dell'energia e nei circuiti di protezione. Comprendere come funziona un CT all'interno di un sistema elettrico è importante per una corretta selezione, installazione e funzionamento.
Il principio di funzionamento fondamentale
Un trasformatore di corrente funziona secondo il principio dell'induzione elettromagnetica. Quando la corrente alternata scorre attraverso il conduttore primario, crea un campo magnetico attorno al conduttore. Il campo magnetico passa attraverso il nucleo magnetico del TA e produce un flusso magnetico.
Il cambiamento del flusso magnetico induce quindi una corrente nell'avvolgimento secondario. La corrente secondaria è proporzionale alla corrente primaria secondo il rapporto di trasformazione nominale del TA.
Ad esempio, un TA da 600/5A è progettato in modo che una corrente primaria di 600A corrisponda approssimativamente a una corrente secondaria di 5A in condizioni nominali. Se la corrente primaria cambia, la corrente secondaria cambia proporzionalmente all'interno del normale intervallo operativo.
Questo principio consente di monitorare i circuiti elettrici ad alta-corrente utilizzando apparecchiature progettate per livelli di corrente inferiori.
Il ruolo del circuito primario
Il lato primario di un trasformatore di corrente è collegato o formato dal conduttore che trasporta la corrente da misurare.
A seconda del modello del TA, il primario può essere un avvolgimento interno, una barra di rame o il conduttore elettrico esistente che passa attraverso l'apertura di un TA di tipo finestra-.
La corrente primaria produce il campo magnetico necessario per il funzionamento del trasformatore. Poiché il TA è progettato attorno a un intervallo di corrente specifico, è importante selezionare la classificazione primaria appropriata.
Se il rapporto TA non è adatto al sistema elettrico, la precisione della misurazione e le prestazioni di monitoraggio potrebbero risentirne.
Il ruolo del circuito secondario
L'avvolgimento secondario produce una corrente inferiore che può essere collegata a strumenti di misura, contatori di energia, sistemi di monitoraggio o relè di protezione.
I valori nominali secondari comuni includono 1 A e 5 A, sebbene il valore appropriato dipenda dall'applicazione e dall'apparecchiatura collegata.
Il circuito secondario consente al circuito primario ad alta-corrente di interfacciarsi con apparecchiature elettriche di misurazione e protezione senza richiedere che l'apparecchiatura stessa trasporti l'intera corrente primaria.
Questo è uno dei motivi principali per cui i TA sono ampiamente utilizzati nei sistemi elettrici.
Trasformazione attuale
La relazione tra corrente primaria e secondaria è determinata dal rapporto del trasformatore di corrente.
Ad esempio, si consideri un TA valutato a 1000/5A. Quando la corrente primaria è 1000 A, la corrente secondaria è di circa 5 A in condizioni nominali. Quando la corrente primaria è 500 A, la corrente secondaria è di circa 2,5 A.
Questa relazione proporzionale consente ai contatori e ai dispositivi di monitoraggio di determinare la corrente primaria effettiva in base al segnale secondario e al rapporto TA.
Nelle applicazioni pratiche, tuttavia, le prestazioni del TA sono influenzate anche da fattori quali la classe di precisione, il carico, le caratteristiche del nucleo magnetico, la frequenza e le condizioni operative.
Utilizzo in Misura e Protezione
All'interno di un sistema elettrico, i TA possono svolgere due funzioni principali: misura e protezione.
Per le applicazioni di misurazione, il CT fornisce un segnale di corrente proporzionale a un amperometro, misuratore di potenza, contatore di energia o sistema di monitoraggio.
Per le applicazioni di protezione, il CT fornisce informazioni sulla corrente a un relè di protezione. Quando si verificano condizioni di corrente anomale, il relè può utilizzare il segnale CT per determinare se è necessaria un'azione protettiva.
I requisiti per i TA di misura e di protezione non sono sempre gli stessi. Pertanto, è importante selezionare un TC in base alla funzione prevista.
Importanza di una corretta installazione
Un trasformatore di corrente deve essere installato correttamente per fornire prestazioni affidabili. L'installazione deve considerare il rapporto del trasformatore di corrente, la polarità, la direzione del conduttore, il cablaggio, i requisiti di isolamento e il carico collegato.
Anche il circuito secondario richiede particolare attenzione. Un secondario TA non deve essere trattato come un normale circuito di segnale a bassa-tensione poiché una gestione errata può creare condizioni pericolose.
Per questo motivo l'installazione e la manutenzione devono essere eseguite secondo le istruzioni del produttore e i requisiti di sicurezza elettrica applicabili.
Conclusione
Un trasformatore di corrente funziona utilizzando l'induzione elettromagnetica per convertire una grande corrente primaria in una corrente secondaria proporzionale più piccola. Il segnale secondario può quindi essere utilizzato da contatori, apparecchiature di monitoraggio e relè di protezione.
All'interno di un sistema elettrico, il trasformatore di corrente fornisce un collegamento importante tra i circuiti di alimentazione ad alta-corrente e le apparecchiature di misurazione o protezione a bassa-corrente. Le sue prestazioni dipendono dalla scelta appropriata del rapporto di corrente, della precisione, del carico, dell'isolamento e delle condizioni di installazione.
Un TA selezionato e installato correttamente può fornire informazioni affidabili sulla corrente e supportare un monitoraggio, una misurazione e una protezione efficaci dei sistemi elettrici.