Un trasformatore di corrente (CT) è un trasformatore che misura la corrente di un altro circuito. È accoppiato a un amperometro (A nello schema) nel proprio circuito per eseguire questa misurazione. La misurazione diretta della corrente ad alta tensione richiederebbe l'inserimento di strumenti di misura nel circuito misurato - una difficoltà inutile che assorbirebbe la stessa corrente che si intendeva essere misurato. Inoltre, il calore generato nell'apparecchiatura di misurazione dall'elevata corrente potrebbe fornire letture errate. La misurazione indiretta della corrente con un TA è molto più pratica.
Relazioni tra trasformatori di tensione e corrente
La funzione di un trasformatore di corrente (TA) può essere meglio compresa confrontandola con il più comunemente noto trasformatore di tensione (TV). Ricordiamo che in un trasformatore di tensione, una corrente alternata in un circuito crea un campo magnetico alternato in una bobina nel circuito. La bobina è avvolta attorno a un nucleo di ferro, che diffonde il campo magnetico, quasi invariato, a un'altra bobina in un circuito diverso, senza una fonte di alimentazione.
Al contrario, la differenza del CT è che il circuito con alimentazione ha, effettivamente, un loop. Il circuito alimentato attraversa il nucleo di ferro solo una volta. Un TA è, quindi, un trasformatore elevatore.
Formule CT e VT
Ricordiamo inoltre che la corrente e il numero di spire delle bobine in un TV possono essere rapportati come:
i_1N_1=i_2N_2
Questo perché per una bobina (solenoide):
B=\mu Ni
dove mu qui indica la costante di permeabilità magnetica. Poca intensità di B si perde da una bobina all'altra con un buon nucleo di ferro, quindi le equazioni di B per le due bobine sono effettivamente uguali, dandoci la prima relazione.
Tuttavia, N1 = 1 per il primario nel caso del trasformatore di corrente. La singola linea di alimentazione è effettivamente l'equivalente di un loop? L'ultima equazione si riduce a i1 = io2 no2? No, perché era basato su equazioni del solenoide. Per N1 = 1, è più appropriata la seguente formula:
B=\frac{\mu i}{2\pi r}
dove r è la distanza del centro del filo dal punto in cui B viene misurato o rilevato (il nucleo di ferro, nel caso del trasformatore). Così:
\frac{i}{2\pi r}=i_2N_2
io1 è quindi meramente proporzionale al valore amperometrico misurato i2, riducendo la misurazione della corrente a una semplice conversione.
Usi comuni del trasformatore
L'unica funzione centrale di un TA è determinare la corrente in un circuito. Ciò è particolarmente utile per monitorare le linee ad alta tensione in tutta la rete elettrica. Un altro uso onnipresente dei TA è nei contatori elettrici domestici. Un CT è accoppiato con un contatore per misurare l'utilizzo elettrico per caricare il cliente.
Sicurezza degli strumenti elettrici
Un'altra funzione dei TA è la protezione di apparecchiature di misura sensibili. Aumentando il numero di avvolgimenti (secondari), N2, la corrente nel TA può essere resa molto più piccola della corrente nel circuito primario misurato. In altre parole, come N2 sale, io2 scende.
Ciò è rilevante perché l'alta corrente produce calore che può danneggiare apparecchiature di misurazione sensibili, come la resistenza in un amperometro. Riducendo i2 si protegge l'amperometro. Inoltre, impedisce al calore di compromettere l'accuratezza della misurazione.
Relè di potenza protettivi
I TA, solitamente installati in un alloggiamento specializzato chiamato armadio CT, proteggono anche le linee principali della rete elettrica. Un relè di sovracorrente è un tipo di relè di protezione (interruttore) che fa scattare un interruttore automatico se una corrente ad alta tensione supera un determinato valore preimpostato. I relè di sovracorrente utilizzano un TA per misurare la corrente, poiché la corrente di una linea ad alta tensione non può essere misurata direttamente.