Come funziona un trasformatore di corrente?

Un trasformatore di corrente (TC) protegge le apparecchiature dai sovraccarichi, garantisce l'affidabilità del sistema e fornisce dati precisi per l'analisi.

È un componente essenziale nei sistemi elettrici, poiché riduce le correnti elevate a livelli gestibili per una misurazione e un controllo sicuri. 

In questo articolo esploreremo la progettazione, il funzionamento e le applicazioni dei trasformatori di corrente, confrontando tipologie, connessioni e suggerimenti per la manutenzione per aiutarvi a comprendere meglio il loro ruolo nei sistemi elettrici.

Cos'è un trasformatore di corrente?

Un trasformatore di corrente misura correnti elevate riducendole a valori più sicuri. 

A differenza dei trasformatori di potenza, i TA vengono utilizzati principalmente per il monitoraggio e la protezione, fornendo una corrente ridotta a contatori e relè. 

Questi dispositivi sono essenziali per mantenere la sicurezza del sistema, consentendo letture precise anche in ambienti ad alta potenza.

Come funziona un trasformatore di corrente?

I trasformatori di corrente funzionano tramite induzione elettromagnetica. L'avvolgimento primario trasporta la corrente del sistema, generando un campo magnetico nel nucleo. 

Ciò induce una corrente proporzionale nell'avvolgimento secondario. 

Ad esempio, se un CT ha un rapporto 100:5, una corrente di 100 ampere nel primario produrrà una corrente di 5 ampere nel secondario.

La corrente ridotta viene trasmessa a contatori, relè o dispositivi di controllo per il monitoraggio e la protezione. 

I trasformatori di corrente garantiscono precisione e sicurezza isolando il sistema ad alta corrente dagli strumenti di misura sensibili.

Costruzione del trasformatore di corrente

La costruzione di una TC assicura durevolezza e precisione. I componenti chiave includono:

• Nucleo: Realizzato in materiale ad alta permeabilità (ad esempio acciaio al silicio) per massimizzare il flusso magnetico e ridurre la perdita di energia.
• Avvolgimento primario: Trasporta l'alta corrente dal sistema. Spesso un singolo giro o conduttore di sistema.
• Avvolgimento secondario: Riduce la corrente e si collega agli strumenti di misura.
• Sistema di isolamento: Previene cortocircuiti e garantisce la sicurezza dell'operatore.

In alcuni casi, per migliorare l'isolamento e il raffreddamento, in particolare per i trasformatori di corrente ad alta tensione, si utilizza olio o resina epossidica. 

Il design robusto garantisce una trasmissione precisa della corrente, anche in ambienti difficili.

Progettazione del trasformatore di corrente

Gli elementi di progettazione dei CT sono cruciali per un funzionamento accurato e sicuro. Gli aspetti chiave della progettazione includono:

• Saturazione del nucleo: Il nucleo deve gestire un flusso magnetico elevato senza saturarsi, garantendo una risposta lineare.
• Classe di precisione: Determina la precisione di misurazione della TC, classificata in base alla percentuale di errore consentita (ad esempio, 0,5%, 1%).
• Capacità di carico: Si riferisce al carico massimo (in ohm) che il secondario può pilotare senza compromettere la precisione.

Inoltre, i moderni trasformatori di corrente sono dotati di meccanismi di sicurezza avanzati, come la protezione da sovraccarico termico e l'isolamento dei guasti, che li rendono affidabili per le applicazioni critiche.

Tipi di trasformatori di corrente

I CT sono disponibili in vari modelli, studiati appositamente per applicazioni specifiche:

Ogni tipologia è adatta a diversi scenari, garantendo flessibilità e affidabilità nei sistemi energetici.

Collegamento del trasformatore di corrente

Una connessione corretta è fondamentale per le prestazioni e la sicurezza della CT. Le configurazioni tipiche includono:

• Sistemi monofase – Un singolo CT misura la corrente in ogni fase, garantendo un monitoraggio accurato.
• Sistemi trifase – Vengono utilizzati tre TC, uno per ogni fase, per monitorare le prestazioni complessive del sistema.

Considerazioni chiave per le connessioni

• Polarità: La corretta polarità garantisce letture precise e previene malfunzionamenti del sistema.
• Messa a terra: La messa a terra del lato secondario protegge da pericolosi accumuli di tensione.

Collegamenti impropri possono causare imprecisioni, guasti alle apparecchiature o addirittura rischi per la sicurezza.

Rapporto del trasformatore di corrente

Il rapporto CT determina la relazione proporzionale tra correnti primarie e secondarie. Di seguito è riportato un riepilogo dei rapporti tipici e delle loro applicazioni:

Il rapporto assicura una scalabilità accurata per una misurazione e un monitoraggio sicuri. La scelta del rapporto corretto dipende dai requisiti attuali del sistema e dall'applicazione prevista.

Vantaggi dei trasformatori di corrente

Le TC offrono numerosi vantaggi, tra cui:

• Sicurezza: Isolano le correnti elevate, proteggendo strumenti e operatori.
• Efficienza dei costi: Eliminano la necessità di costose apparecchiature di misurazione ad alta corrente.
• Precisione: I TA garantiscono misurazioni precise della corrente, essenziali per la fatturazione e l'analisi.

Questi vantaggi rendono i trasformatori di corrente indispensabili nei moderni sistemi energetici.

Limitazioni e sfide

Nonostante i loro vantaggi, le TC devono affrontare alcune sfide:

• Saturazione del nucleo: Ciò può causare imprecisioni nelle misurazioni in caso di correnti estreme.
• Impedenza di carico: Un carico secondario elevato influisce sulla precisione.
• Errori di rapporto: Eventuali deviazioni nel rapporto CT potrebbero dare luogo a letture errate.

È fondamentale affrontare queste limitazioni attraverso una progettazione, un'installazione e una manutenzione adeguate.

Applicazioni dei trasformatori di corrente

I TC svolgono vari scopi in settori quali:

• Distribuzione di energia: Monitoraggio e controllo del flusso di elettricità.
• Misurazione: Fornire letture accurate sui consumi energetici e sulla fatturazione.
• Relè di protezione: Rilevamento dei guasti e adozione di misure correttive per prevenire danni al sistema.

Queste applicazioni evidenziano la versatilità dei trasformatori di corrente e la loro importanza nel mantenimento della stabilità del sistema elettrico.

Suggerimenti per la manutenzione dei trasformatori di corrente

Una corretta manutenzione assicura longevità e prestazioni ottimali. Ecco alcuni consigli essenziali:

• Ispezione regolare: Controllare eventuali danni fisici, surriscaldamento o collegamenti allentati.
• Test di isolamento: Utilizzare un megaohmetro per misurare la resistenza di isolamento e prevenire guasti.
• Calibrazione: Verificare periodicamente il rapporto CT per mantenere la precisione della misurazione.
• Pulizia: Mantenere il CT e l'area circostante liberi da polvere, detriti e umidità per prevenire la corrosione.
• Prova dell'olio (per CT isolati in olio): Analizzare l'olio per individuare eventuali contaminanti o segni di degradazione per garantire un isolamento e un raffreddamento efficaci.

La manutenzione ordinaria riduce al minimo il rischio di guasti e prolunga la durata utile del TC.

Domande frequenti sui trasformatori di corrente

Perché i trasformatori di corrente vengono utilizzati nei sistemi elettrici?

I trasformatori di corrente forniscono misurazioni della corrente sicure e precise, essenziali per il monitoraggio e la protezione.

Qual è la differenza tra un trasformatore di corrente e un trasformatore di potenziale?

I TA misurano la corrente, mentre i trasformatori di potenziale misurano la tensione.

Come si calcola il rapporto di un trasformatore di corrente?

Per determinare il rapporto, dividere la corrente primaria per quella secondaria.

Cosa succede se un trasformatore di corrente è in circuito aperto?

Può generare una tensione secondaria pericolosamente elevata, rappresentando un rischio per la sicurezza.

Quali sono le cause più comuni di guasto del trasformatore di corrente?

Surriscaldamento, rottura dell'isolamento e danni meccanici sono i tipici responsabili.

Trasformatori di corrente: conclusione

I trasformatori di corrente sono indispensabili nei moderni sistemi elettrici, poiché garantiscono misurazioni della corrente sicure e precise. 

Grazie alla loro struttura robusta e alle loro molteplici applicazioni, i trasformatori di corrente svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento della stabilità e della protezione del sistema. 

Comprendendone la progettazione, il funzionamento e la manutenzione, puoi massimizzare la loro efficienza e salvaguardare la tua infrastruttura elettrica.