La frequenza nominale di un trasformatore di corrente specifica la frequenza o l'intervallo di frequenza a cui sono valide le specifiche di precisione e prestazioni del TA. I TA standard sono generalmente progettati per il funzionamento a 50 Hz o 60 Hz, a seconda del sistema di alimentazione nella regione in cui verranno installati. La valutazione della frequenza è un parametro critico perché le caratteristiche magnetiche del TA-e quindi la sua precisione e il suo comportamento in saturazione-dipendono dalla frequenza della corrente trasformata.
Le frequenze più comuni sono 50 Hz e 60 Hz. La scelta tra queste due frequenze è determinata dall’infrastruttura del sistema energetico del paese o della regione. Europa, Asia, Africa e gran parte del Sud America utilizzano sistemi a 50 Hz, mentre il Nord America e parti del Sud America e dell’Asia utilizzano sistemi a 60 Hz. Molti TA moderni sono progettati per funzionare sia a 50 Hz che a 60 Hz, con la frequenza nominale specificata come "50/60 Hz" sulla targhetta. Questa funzionalità a doppia-frequenza offre flessibilità per le applicazioni in cui il CT può essere utilizzato in diverse regioni o dove la frequenza del sistema può cambiare.
La classificazione della frequenza influisce su diversi aspetti delle prestazioni TC. L'effetto più fondamentale è sul flusso centrale. La tensione indotta nell'avvolgimento secondario è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico, che è direttamente proporzionale alla frequenza. Per un dato carico di corrente primaria e secondaria, il flusso del nucleo richiesto è inferiore alle frequenze più alte e maggiore alle frequenze più basse. Ciò significa che un trasformatore di corrente progettato per il funzionamento a 50 Hz può saturarsi con una corrente primaria inferiore se utilizzato a 60 Hz e viceversa.
La precisione di un TA è specificata alla sua frequenza nominale. La precisione dei trasformatori di corrente è specificata dalla classe definita nelle norme alla frequenza di 50/60 Hz presupponendo correnti sinusoidali. Il funzionamento a frequenze significativamente diverse dalla frequenza nominale può far sì che gli errori effettivi superino i limiti della classe di precisione specificata. L'errore di rapporto e l'errore di fase dipendono entrambi dalla frequenza-e il loro comportamento a frequenze fuori-nominali dipende dalla progettazione del CT e dal materiale del nucleo.
Nei sistemi elettrici reali, la forma d’onda della corrente raramente è puramente sinusoidale. I carichi non lineari come gli azionamenti a velocità-variabile, i convertitori elettronici e l'illuminazione fluorescente compatta introducono armoniche che distorcono la forma d'onda della corrente. Questo contenuto armonico può influenzare la precisione del CT perché la risposta del CT alle frequenze armoniche differisce dalla sua risposta alla frequenza fondamentale. Il contenuto armonico aumenta la distorsione armonica totale e provoca lo sfasamento tra la corrente primaria e quella secondaria. Per le applicazioni in cui le armoniche sono significative, è necessario selezionare TA con ampia risposta in frequenza e bassa distorsione armonica.
La risposta in frequenza di un CT dipende dal materiale del nucleo e dal design dell'avvolgimento. A frequenze più elevate, aumentano le perdite di correnti parassite nel nucleo, che possono influire sulla precisione e aumentare il carico interno. A frequenze più basse, il flusso del nucleo aumenta per una data tensione, portando potenzialmente ad una saturazione prematura. Il progettista del CT deve bilanciare questi effetti per ottenere prestazioni accettabili nell'intervallo di frequenza previsto.
Alcune applicazioni richiedono TA con gamme di frequenza estese. Ad esempio, il monitoraggio della qualità dell'alimentazione può richiedere una misurazione accurata delle correnti armoniche fino alla cinquantesima armonica o oltre. Per tali applicazioni sono disponibili TA con gamme di frequenza che si estendono fino a diversi kilohertz. La caratterizzazione dei trasformatori di corrente 50/60 Hz da 20 Hz a 10 kHz è stata studiata per comprendere quanto i TA standard siano adatti a misurare correnti a frequenze diverse dalla fondamentale.
La frequenza nominale influisce anche sull'impedenza del TA e sulle caratteristiche della caduta di tensione. A frequenze più elevate, la reattanza induttiva dell'avvolgimento secondario aumenta, il che aumenta il carico interno del TA e influisce sulla precisione. Anche il carico degli strumenti collegati può variare con la frequenza, soprattutto se contengono componenti induttivi o capacitivi. Ciò può portare a cambiamenti nel carico totale e, di conseguenza, nell'accuratezza della TC.
Le applicazioni di protezione introducono ulteriori considerazioni sulla frequenza. I relè di protezione devono rispondere rapidamente alle correnti di guasto, che possono contenere componenti CC e frequenze armoniche oltre alla frequenza fondamentale. La capacità del TA di riprodurre accuratamente queste correnti di guasto dipende dalle sue caratteristiche di risposta in frequenza. I TA di protezione sono generalmente progettati con una risposta in frequenza più ampia rispetto ai TA di misurazione per garantire prestazioni adeguate in condizioni di guasto.
La scelta di un TA con la corretta frequenza nominale è essenziale per garantire una misurazione accurata e una protezione affidabile. L'utilizzo di un TA da 50 Hz in un sistema da 60 Hz (o viceversa) può portare a errori di precisione che superano i limiti di classe specificati del TA. Nei sistemi in cui la frequenza può variare-come nelle microreti in isola o durante i disturbi del sistema-potrebbero essere necessari CT con valori di frequenza più ampi o test aggiuntivi.
In sintesi, la valutazione della frequenza è una specifica fondamentale che definisce l'intervallo di frequenza operativa per il quale sono valide le specifiche di precisione e prestazioni del TA. La corretta selezione della frequenza nominale-adatta alla frequenza del sistema di alimentazione e al contenuto armonico previsto- è essenziale per garantire una misurazione della corrente affidabile e accurata in tutte le condizioni operative.