Trasformatori di corrente (TA)
I trasformatori di corrente (TA) sono strumenti elettrici specializzati utilizzati per la misurazione e il monitoraggio della corrente alternata (CA) o il rilevamento di livelli di corrente elevati nei sistemi di alimentazione. Questi strumenti svolgono una funzione essenziale nel garantire la protezione e consentire applicazioni di misurazione precise. Riducendo efficacemente i valori di corrente elevati a un livello standardizzato, i TA garantiscono l'esecuzione sicura delle misurazioni e consentono il corretto funzionamento dei dispositivi interconnessi nel sistema.
L'avvolgimento primario è costituito da una singola spira di ampia sezione trasversale collegata in serie al conduttore che trasporta alta corrente. L'avvolgimento secondario comprende molte spire di piccola sezione trasversale. La bobina secondaria è collegata ad un normale amperometro per le misurazioni di corrente.
Principio di funzionamento del trasformatore di corrente
I trasformatori di corrente utilizzano il principio dell'induzione elettromagnetica per funzionare in modo efficace. Questi dispositivi sono costituiti da due elementi vitali: avvolgimento primario e secondario. L'avvolgimento primario è collegato in serie con il circuito ad alta corrente, generando un campo magnetico proporzionale alla corrente circolante.
L'avvolgimento secondario, invece, è collegato a dispositivi utilizzati per misurare o fornire protezione. È volutamente progettato con un numero di spire distinto rispetto all'avvolgimento primario, stabilendone il rapporto di trasformazione. Di conseguenza, l'avvolgimento secondario genera una corrente che riflette accuratamente la proporzionalità della corrente primaria.
I trasformatori di corrente sono fondamentalmente trasformatori elevatori che aumentano la tensione e diminuiscono la corrente nell'avvolgimento secondario.
Per i trasformatori, il rapporto tra corrente secondaria e primaria è uguale al rapporto tra spire nell'avvolgimento primario e secondario, come dato da:
Nel caso del trasformatore di corrente, il rapporto spire è piuttosto elevato e quindi il rapporto tra correnti secondarie e primarie è significativamente elevato.
I rapporti CT sono generalmente nell'ordine di 500:2, 200:1. Il rapporto TA 500:2 implica la conversione da corrente primaria di 500A a corrente secondaria di 2A.
Tipi di trasformatori di corrente
I trasformatori di corrente presentano diverse varianti in base al tipo di costruzione e di isolamento. Sono classificati in due grandi categorie: tipologie da interno ed esterno.
Trasformatore di corrente per interni
I trasformatori di corrente per interni vengono utilizzati in ambienti interni e possono essere suddivisi in tre tipologie principali in base alla costruzione:
1: Tipo barra CT
Questi trasformatori di corrente utilizzano barre metalliche come avvolgimento primario e per questo vengono chiamati trasformatori di corrente a barra.
2: TA tipo a fessura/finestra/anello
Questi trasformatori di corrente sono di forma cava e il conduttore primario è posizionato all'interno di questa apertura:
3: CT di tipo a nucleo diviso
È un tipo speciale di trasformatore di corrente che può essere diviso in due parti. Questo tipo di disposizione può fornire un facile accesso per aprire la struttura e gli avvolgimenti.
3: Tipo di ferita CT
Gli avvolgimenti primari di questi trasformatori di corrente sono avvolti attorno al nucleo centrale. Il numero di giri dovrà essere qualsiasi numero maggiore di uno.
I trasformatori di corrente da interno possono essere suddivisi anche in base all'isolamento; questi includono trasformatori di corrente isolati con nastro e trasformatori di corrente isolati in resina colata.
Trasformatore di corrente per esterni
I trasformatori di corrente da esterno vengono installati all'esterno e possono essere suddivisi in base al principio di funzionamento. Poiché si trovano all'aperto, necessitano sia di isolamento che di raffreddamento per il loro funzionamento. Principalmente, l'olio del trasformatore viene utilizzato come mezzo isolante. I trasformatori di corrente riempiti d'olio sono ulteriormente classificati come segue:
1: Tipo CT di vasca per il vivo
Serbatoio sotto tensione significa che il serbatoio del CT è mantenuto alla tensione del sistema. Il punto di gravità si trova in quota.
2: Tipo serbatoio morto CT
Serbatoio morto significa che il serbatoio del CT è mantenuto al potenziale di terra. Il punto di gravità è inferiore rispetto ai CT dei carri armati vivi.
Trasformatore di corrente di misura
Questi trasformatori di corrente vengono utilizzati solo per scopi di misurazione e indicazione. I trasformatori di corrente del tipo di misurazione sono progettati per garantire la precisione delle funzioni di misurazione entro la corrente nominale. Non appena la corrente supera i limiti nominali, i TA di misurazione si saturano per limitare l'eventuale ulteriore corrente in ingresso. Tuttavia, i TA di misura hanno valori di carico inferiori rispetto ai trasformatori di corrente di protezione. Una classe di misurazione CT è rappresentata principalmente da tre parametri.
Questi parametri includono precisione, classe di misurazione e carico del trasformatore di corrente. Al di sotto del CT c'è un limite di errore dello 0,3%, classe di misurazione indicata con 'B' e carico di 0,9 Ω.
Trasformatore di corrente di protezione
Questi trasformatori di corrente vengono utilizzati solo per funzioni di protezione. Questi TA funzionano su un'ampia gamma di correnti nominali e di guasto. I TA di protezione presentano quindi una risposta lineare fino a 20 volte il loro livello di corrente nominale. I trasformatori di corrente di protezione sono indicati dai loro valori 'C' che indicano il rapporto di errore e i valori di tensione ai terminali.
Per i TA di classe C, il limite di errore è inferiore al 3%, carico standard di 2 Ω, tensione secondaria di 200 V.
Rapporto di sterzata dei trasformatori di corrente
Rapporti del trasformatore di corrente più elevati sono convertibili in rapporti più piccoli modificando il numero di spire nella bobina primaria. Si consideri una costruzione normale di TA da 300/5 A, in cui una singola bobina primaria si avvolge attraverso la finestra nota come TA a passaggio singolo. Lo stesso può essere riconfigurato facendo passare la bobina primaria due o tre volte attraverso la finestra nota come CT a due o tre passaggi.
Con due passaggi della bobina primaria, 300/5 A può essere convertito nel suo equivalente 150/5 A CT. Allo stesso modo, con tre passaggi della bobina primaria, 300/5 A possono essere convertiti nel suo equivalente 100/5 A CT.
Esempio: calcolare la corrente e la tensione secondarie
Consideriamo un TA a barra con cinque spire primarie e 300 spire secondarie da utilizzare in abbinamento ad un amperometro di resistenza interna da 0,5 ohm. L'amperometro dovrebbe fornire la deflessione a fondo scala quando la corrente primaria raggiunge 1000 A.
La corrente secondaria è data da:
Calcolo della tensione tramite la legge di Ohm:
Conclusione
I trasformatori di corrente sono trasformatori di misura utilizzati per misurare correnti di entità elevata che non possono essere misurate con amperometri standard. I trasformatori di corrente svolgono sia funzioni di misura che di protezione nelle reti elettriche.