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

Nel mondo dei sistemi di energia elettrica, la misurazione accurata e il funzionamento sicuro sono fondamentali. Non è né pratico né sicuro collegare direttamente i circuiti primari ad alta-tensione e ad alta-corrente a strumenti di misura o relè di protezione. Questo è doveTrasformatori di strumentientrare in gioco. I due tipi più critici sono ilTrasformatore di tensione (TV), comunemente noto anche come aTrasformatore potenziale (PT), e ilTrasformatore di corrente (CT). Sebbene entrambi abbiano lo scopo fondamentale di ridurre i parametri del sistema a livelli gestibili e sicuri, i loro principi di funzionamento, progettazione e applicazione sono fondamentalmente diversi.

Questo articolo fornisce un confronto dettagliato tra VT e CT, aderendo agli standard e alle pratiche del settore.

1. Funzione principale e scopo

• Trasformatore di tensione (TV/PT):La sua funzione principale è quella didimettersil'alta tensione del sistema (ad esempio 132 kV, 33 kV) a una tensione secondaria standardizzata e sicura. La tensione secondaria standard è tipicamente110VO100VO120V, a seconda dello standard regionale. Questa tensione ridotta-è proporzionale alla tensione primaria e viene utilizzata per alimentare voltmetri, bobine di tensione di wattmetri e relè di protezione.
• Trasformatore di corrente (CT):La sua funzione principale è quella didimettersil'elevata corrente di sistema (ad es. 1000 A, 2000 A) a una corrente secondaria standardizzata e sicura. La corrente secondaria standard è universalmente1AO5A. Questa corrente ridotta-è proporzionale alla corrente primaria e viene utilizzata per alimentare amperometri, bobine di corrente di wattmetri, contatori di energia e relè di protezione.

2. Connessione nel circuito

Questa è una delle distinzioni più critiche con gravi implicazioni sulla sicurezza.

• TV/PT:È collegato un trasformatore di tensionein parallelotra le fasi (da fase-a-fase o da fase-a-neutro) del circuito di cui si deve misurare la tensione. Viene trattato come una sorgente di tensione.
• Analogia:È collegato come un voltmetro.
• TC:È collegato un trasformatore di correntein seriecon la linea che trasporta la corrente da misurare. Il conduttore primario (che può essere un'unica barra pesante) passa attraverso il centro del nucleo del trasformatore di corrente.
• Analogia:È collegato come un amperometro.

3. Costruzione e progettazione

La differenza di connessione determina la costruzione.

• TV/PT:L'avvolgimento primario di un TV ha agran numero di giri (Np >>Ns) perché deve essere collegato attraverso l'intera tensione di linea. Il suo nucleo è realizzato in acciaio di alta-grado che funziona a bassa densità di flusso per mantenere la precisione. L'isolamento tra gli avvolgimenti primario e secondario è progettato per resistere all'intera tensione del sistema, rendendolo un dispositivo relativamente ingombrante e costoso per applicazioni ad alta-tensione.
• TC:L'avvolgimento primario di un TA hapochissimi giri, often just a single straight conductor or a single turn (a bar primary). The secondary winding has a large number of turns (Ns >>Np). Il nucleo magnetico è progettato per una bassa riluttanza. Il requisito di isolamento si basa principalmente sulla tensione indotta nel secondario, non sulla tensione dell'intero sistema (anche se la custodia deve comunque isolare il trasformatore di corrente dal potenziale di terra).

4. Principio di funzionamento e comportamento fondamentale

Questa è una differenza tecnica cruciale che definisce i loro protocolli di sicurezza.

• TV/PT:Funziona in condizioni simili a atrasformatore di alimentazione standard. La tensione primaria viene imposta e la tensione secondaria viene indotta. Il flusso nel nucleo è determinato dalla tensione applicata (V ≈ 4,44fNφm). Il carico (o onere) sul secondario ha un'impedenza relativamente elevata. Se il secondario viene aperto accidentalmente non è pericoloso.
• TC:Funziona come atrasformatore "a corrente costante".. La corrente primaria è la variabile indipendente, determinata dal carico sul circuito di alimentazione principale. La corrente primaria produce un flusso magnetico alternato nel nucleo, che induce una corrente secondaria. Questa corrente secondaria produce un contro-flusso che quasi annulla il flusso primario. Il flusso del nucleo viene mantenuto a un livello basso durante il normale funzionamento.

Avviso di sicurezza critico:Il circuito secondario di un TANON DEVE MAI essere aperto-a circuitomentre circola la corrente primaria. Se il secondario viene aperto, il contatore-flusso diventa zero. L'intera corrente primaria (che può essere enorme) diventa corrente magnetizzante, portando il nucleo in una profonda saturazione. Ciò si traduce in:

1.Una tensione molto elevata (diversi kV) viene indotta nell'avvolgimento secondario, causando un grave problemapericolo di scosse elettrichee rischiare la rottura dell'isolamento.

2. Riscaldamento estremodel nucleo a causa delle elevate perdite di ferro, che possono danneggiare l'isolamento e distruggere il trasformatore.

5. Onere (carico)

Il "carico" si riferisce all'impedenza di carico collegata al secondario.

• TV/PT:È collegato ad acarico ad alta-impedenza(ad esempio, bobine di tensione degli strumenti). Il carico è generalmente valutato in Volt-Ampere (VA) a una tensione standard.
• TC:È collegato ad acarico a bassa-impedenza(ad esempio, le bobine di corrente degli strumenti). Anche il carico è valutato in VA, ma a una corrente standard (ad esempio, 15 VA a 5 A).

Tabella comparativa riassuntiva

Conclusione

In sintesi, i trasformatori di tensione e i trasformatori di corrente sono componenti indispensabili nei sistemi di alimentazione elettrica, ma sono progettati per quantità fisiche fondamentalmente diverse. Il VT è un dispositivo collegato in parallelo-che trasforma la tensione, mentre il CT è un dispositivo collegato in serie-che trasforma la corrente. La differenza operativa più critica è il divieto assoluto di mettere in circuito aperto-un TA sotto tensione, una regola che viene instillata in ogni ingegnere e tecnico elettrico a causa dei gravi rischi coinvolti. Comprendere queste distinzioni è essenziale per il monitoraggio, il controllo e la protezione sicuri e accurati di qualsiasi installazione elettrica.

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