Un trasformatore di corrente (CT) è un dispositivo utilizzato con un sistema di misurazione/protezione per misurare grandi quantità di corrente/valori che non sono direttamente misurabili; converte la corrente da 400, 1000 e 3000 A in un valore utilizzabile di 5 o 1 A. Questa modifica avviene sotto determinate condizioni che devono essere seguite dal dispositivo CT: la polarità deve essere corretta, il carico deve essere accurato, il cablaggio secondario non deve mai essere esposto a un circuito aperto mentre la corrente è in flusso. Il manuale include specifiche riguardanti il collegamento del cablaggio dei CT con dispositivi di misurazione, relè e monitoraggio, come impostare il cablaggio passo dopo passo e il modo in cui i modelli trifase devono essere cablati.
Nel caso in cui la corrente primaria o il conduttore collegato al dispositivo possa essere fatto passare attraverso il trasformatore P1 e P2, allora la lettura registrata ai terminali secondari P1 e P2 potrebbe essere errata a causa del fatto che S1 potrebbe non corrispondere a P1 in tutti i casi, portando a una lettura di tensione della corrente ai collegamenti S1 S2. Quando si utilizza un singolo trasformatore, sia i collegamenti S1 che S2 non vengono utilizzati rispetto a tutti i collegamenti trifase. Non c'è alcun requisito per un altro metodo di collegamento se si utilizza un singolo CT poiché sarà sempre un collegamento diretto per i due di S1 e S2. In caso di cablaggio trifase, il trasformatore deve essere collegato utilizzando il metodo di collegamento “Y” o a stella con S1 collegato ai tre ingressi strumentali dove l'uso dei collegamenti S2 avviene nel punto di unione dove S2 sarà collegato al punto comune a stella indipendentemente da uno dei due metodi sopra utilizzati.
Cosa fa un trasformatore di corrente e perché il collegamento è importante
I CT sono trasformatori specializzati che possono funzionare solo in un modo: prendendo la corrente primaria e producendo una corrente secondaria proporzionale garantendo l'isolamento dal circuito primario. Un CT 400/5 produce cinque ampere al secondario quando il primario ha una corrente elettrica di 400 ampere. Inoltre, fornisce due e mezzo ampere a carico parziale, e il misuratore o relè collegato interpreterà queste informazioni e le riporterà al primario.
| Tipo di CT | Costruzione | Uso tipico |
|---|---|---|
| CT a barra primaria (finestra) | Il primario è una barra fissa o il busbar passa attraverso la finestra | Apparecchiature di manovra, misurazione del pannello, retrofit attorno a barre esistenti |
| CT a primaria avvolta | Il primario è un avvolgimento portato ai terminali (P1/P2) | Applicazioni a basso rapporto e a rapporto speciale |
| CT a nucleo diviso | Morsetti attorno a un conduttore esistente senza disconnessione | Monitoraggio energetico retrofit, sub-misurazione |
| CT a boccola | Integrato in una boccola di trasformatore o interruttore | Protezione di trasformatori e apparecchiature di manovra |
| CT a bilanciamento del nucleo (zero-sequence) | Tutti i conduttori di fase passano attraverso un nucleo | Rilevamento di guasti a terra e misurazione di perdite sensibili |
Ci sono due fattori importanti che mostrano come un CT dovrebbe essere collegato. Il rapporto per la corrente secondaria indica quanta corrente il CT fornirà per una certa corrente primaria (ad esempio 400/5 o 1.000/1). Il carico in VA indica la quantità di carico (misurazione e relè) che deve essere collegata al CT senza influenzare le sue prestazioni. Pertanto, se un CT funziona secondo il corretto rapporto ma è caricato in modo improprio, le letture non saranno accurate.
Terminali e polarità: P1, P2, S1, S2
I terminali del CT seguono una convenzione stabilita secondo cui il cablaggio è sempre inequivocabile una volta comprese le etichette:
| Terminale | Significato | Regola di connessione |
|---|---|---|
| P1 | Lato primario, contrassegnato da polarità | Di solito è rivolto verso la sorgente (il lato in arrivo del conduttore) |
| P2 | Lato primario, non contrassegnato | Rivolto verso il carico |
| S1 | Secondario, corrisponde a P1 | Si collega all'ingresso dell'apparecchiatura contrassegnato S1 (o all'ingresso “linea”/polarità) |
| S2 | Secondario, corrisponde a P2 | Si collega all'ingresso dell'apparecchiatura contrassegnato S2, o al punto stella/comune negli schemi trifase |
La regola di polarità è una delle principali fonti di errori di messa in servizio. Poiché S1 deve sempre corrispondere all'ingresso S1 dell'apparecchiatura, e P1 con la sorgente, un cambiamento nell'orientamento del CT o nel collegamento da S1 a S2 causerà l'inversione delle correnti misurate. Le applicazioni di protezione sensibili alla direzione possono fallire così come le letture di potenza (kW) in cui l'importazione può apparire come esportazione. D'altra parte, K e L come contrassegni possono essere utilizzati da alcuni produttori, il principio rimane lo stesso (K deve corrispondere a P1 e L a P2), il che significa che la targhetta deve dettare il cablaggio e non il modo di vita.
Le tre configurazioni di cablaggio che utilizzerai effettivamente
Quasi ogni installazione di CT è suddivisa in tre tipi di configurazione:
- Un CT utilizzato in combinazione con un singolo strumento. Un CT con un misuratore o sensore: S1 è collegato a S1 dell'apparecchiatura, e S2 è collegato a S2 dell'apparecchiatura, mentre il lato secondario è messo a terra in un punto (di solito al pannello dell'apparecchiatura). Questo è il modo standard di utilizzarlo per un pannello di alimentazione dedicato o per il monitoraggio della corrente del motore. La stessa procedura viene ripetuta tre volte nel caso di misurazione trifase a quattro fili.
- Utilizzo di tre CT in una configurazione a Y per misurazione e protezione trifase. Qui, tutti e tre i fili S1 sono collegati all'ingresso di corrente corrispondente dell'apparecchiatura, mentre tutti e tre i fili S2 sono portati a un unico punto stella. Questo punto stella è il punto in cui il secondario è messo a terra. La configurazione a stella è utilizzata come configurazione predefinita per i misuratori di energia trifase e i misuratori di potenza poiché fornisce una copia accurata delle correnti di fase e offre anche un percorso per gli squilibri di corrente.
- Un CT a bilanciamento del nucleo è utilizzato per la rilevazione di guasti a terra. In questo caso, tutti e tre i conduttori di fase (e il neutro, a seconda dell'applicazione) vengono fatti passare attraverso un unico nucleo del CT. In condizioni normali, la somma vettoriale delle correnti è pari a zero, e quindi il secondario del CT legge zero; qualsiasi guasto a terra porta a una certa corrente che ritorna attraverso la terra invece che attraverso il neutro e produce un segnale residuo che viene rilevato dal relè di guasto a terra. Il cablaggio è meno complicato in questa configurazione (solo due fili secondari vanno al relè), ma devono essere rispettate alcune regole fisiche: non possono passare altri fili attraverso il nucleo, e la schermatura o l'armatura del cavo non possono creare un percorso parallelo che annulla la corrente residua.
Se lo stesso CT deve fornire dati sia per un misuratore che per un relè di protezione, allora i due carichi sono cablati in serie (il misuratore per primo, poi il relè, o utilizzando nuclei alternativi se il CT ha più secondari) e non in parallelo o con nuclei non utilizzati. La filosofia di protezione dietro le connessioni residue è spiegata ulteriormente nella nostra basi della protezione da guasti a terra guida.
Il diagramma di connessione del CT, spiegato
Si deve leggere uno schema di cablaggio del CT partendo dal lato primario e terminando all'istrumento. Questo è un esempio di come apparirebbe un'installazione di misurazione trifase quando presentata in un diagramma:
| Da | Per | Conduttore |
|---|---|---|
| Conduttore di fase A (lato sorgente) | CT-A P1 | Circuito primario — non cablaggio CT |
| CT-A S1 | Ingresso corrente misuratore IA (S1) | 5-4 mm² rame, 600 V nominale |
| CT-A S2 | Punto stella | Stessa dimensione di S1 |
| CT-B S1 | Ingresso corrente misuratore IB (S1) | Stessa dimensione |
| CT-B S2 | Punto stella | Stessa dimensione |
| CT-C S1 | Ingresso corrente misuratore IC (S1) | Stessa dimensione |
| CT-C S2 | Punto stella | Stessa dimensione |
| Punto stella | Terra (solo un punto) | Conduttore di messa a terra secondo il codice locale |
| Ogni coppia S1/S2 | Blocco terminale di cortocircuito/test | Installato tra CT e strumento |
Se il tuo progetto ha un diagramma di cablaggio fornito, dovrebbe essere utilizzato come documento di riferimento principale. Tuttavia, tutte e tre le seguenti convenzioni devono essere utilizzate per verificarlo prima di finalizzare l'installazione: utilizzo della coppia S1 a S1, utilizzo di un unico punto di terra e presenza di un meccanismo di cortocircuito nel circuito. Qualsiasi discrepanza in questi tre aspetti può portare a una messa in servizio impropria e creare condizioni di pericolo.
Passo dopo passo: come cablare un trasformatore di corrente
- Il primo passo è verificare i dati del CT e controllare le richieste dello strumento. Controlla la targhetta per il rapporto, la valutazione di accuratezza, il carico (VA) e le marcature di polarità. Conferma che il valore nominale di ingresso dello strumento (1 A o 5 A) sia coerente con il secondario del CT, perché se un CT da 5 A è collegato a un ingresso da 1 A, lo strumento leggerà in modo impreciso con un fattore di cinque e potrebbe saturare l'ingresso.
- Il dispositivo deve essere isolato, seguito dalla verifica della condizione di assenza di tensione. Il circuito primario deve essere disalimentato e devono essere applicate le corrette misure di blocco/tagout. È importante ricordare che “anche se il circuito primario è stato isolato, potrebbe esserci ancora un secondario del CT attivo alimentato da un'altra sorgente” e quindi è importante considerare ogni circuito CT attivo fino a prova contraria.
- Il passo successivo è cortocircuitare il circuito secondario. Il collegamento di cortocircuito sul blocco terminale di prova deve essere chiuso oppure può essere utilizzato un dispositivo di cortocircuito adeguato per collegare S1 e S2. Questa procedura elimina il rischio di guasto del CT.
- Il passo successivo è trovare la polarità che implica localizzare i punti P1 e P2 del primario così come S2 e S1 per il secondario. È essenziale confermare che l'orientamento primario (dove P1 punta verso la sorgente) e la disposizione fisica corrispondano al diagramma.
- Selezionare il cavo secondario appropriato. Devono essere utilizzati conduttori in rame della dimensione adeguata sia per il carico che per la lunghezza del percorso (standard 2.5 mm², 600 volt) con l'obiettivo di evitare di far passare i conduttori di potenza nella guaina mentre si ottengono tutte e tre le fasi.
- La terminazione deve avvenire allo strumento con S1 nell'ingresso S1 (polarità) dello strumento e S2 sul secondo ingresso.
- Assicurati che ci sia una messa a terra in un solo punto, tipicamente all'interno dello strumento o del pannello relè.
- Controlla i terminali per le impostazioni di coppia secondo il produttore e applica etichette alle fasi, inclusa l'etichetta del rapporto.
- Il collegamento di cortocircuito deve essere rimosso prima che inizino i test con la verifica del rapporto e della polarità.
- Accendere il circuito di alimentazione in modo che il circuito legga correttamente sull'apparecchio con tutte e tre le fasi annotate alla lettura corrente.
Carico e dimensionamento dei cavi: il calcolo che la maggior parte degli installatori salta
I trasformatori di corrente (CT) hanno un carico nominale oltre il quale non saranno accurati. Il carico totale include tutti i dispositivi collegati al secondario e la resistenza del cablaggio secondario:
- Carico dell'apparecchio: questo è il carico VA (o ohmico) specificato dal produttore del misuratore o del relè. Può variare a seconda del tipo di apparecchio, ma generalmente è nell'intervallo di 0,2-1 VA per ingresso di corrente per strumenti elettronici moderni e carichi più elevati per relè elettromeccanici più vecchi.
- Carico del cablaggio: la resistenza del cablaggio è calcolata come segue: 2 x lunghezza unidirezionale x resistenza per metro (ad esempio, la resistenza per cablaggio in rame da 2,5 mm2 è di circa 7,4 ohm/km), moltiplicato per il quadrato della corrente secondaria. A seconda della lunghezza del percorso, non è raro che il carico dell'apparecchio venga superato semplicemente a causa del carico del cablaggio.
- Carico di connessione: la resistenza attraverso i terminali e i blocchi di prova è generalmente piccola, ma se il totale del cablaggio è vicino al carico del CT, questo valore dovrebbe essere incluso.
Se il carico totale supera la valutazione del CT, non può fornire letture accurate e potrebbe saturarsi durante le correnti di guasto – momento in cui la protezione è più necessaria. Possibili rimedi includono un percorso del cavo più corto, un conduttore più grande, l'uso di un apparecchio a carico inferiore o l'acquisto di un CT con una valutazione VA più alta.
Le classi di accuratezza stesse — 0,5 e 1 per la misurazione, 5P e 10P per la protezione — sono spiegate nella nostra guida alle classi di accuratezza dei trasformatori.
E la logica di selezione del rapporto per una data installazione, dalla corrente di carico e dal livello di guasto alla scelta finale della targhetta, è trattata nella nostra selezione del rapporto del trasformatore di corrente articolo.
Test e verifica
Tre test vengono utilizzati per garantire che un CT sia installato correttamente prima di essere autorizzato a portare carico:
| Test | Cosa dimostra | Metodo |
|---|---|---|
| Test del rapporto | Il CT produce la corrente secondaria attesa per una corrente primaria nota | Iniezione primaria a una frazione della corrente nominale, o un metodo di tensione secondaria per grandi CT |
| Test di polarità | S1 corrisponde realmente a P1 e lo strumento legge correttamente la potenza in avanti | Impulso DC o iniezione primaria con uno strumento sensibile alla polarità |
| Isolamento e continuità | Nessun conduttore secondario in cortocircuito o aperto, e isolamento adeguato a terra | Controlli di resistenza di isolamento e continuità prima dell'energizzazione |
La verifica post-energizzazione è altrettanto importante perché dovresti confrontare le letture del CT con una lettura da un misuratore a pinza sul lato primario, verificare che le letture siano coerenti su tutte e tre le fasi e confermare che i circuiti di guasto a terra registrino zero residui su un alimentatore sano. Dove il CT fa parte di uno schema di protezione, quella coordinazione — e i riferimenti di messa a terra da cui dipende — è oggetto delle nostre basi della messa a terra dei trasformatori guida.
Regole di sicurezza e gli errori che danneggiano l'attrezzatura
I secondari dei trasformatori di corrente conducono solo piccole quantità di corrente a basse tensioni—fino a quando qualcosa va storto. Le seguenti sono linee guida obbligatorie per gestire i circuiti dei trasformatori di corrente:
- Non aprire mai i circuiti secondari del trasformatore di corrente mentre il circuito primario è energizzato. Il trasformatore di corrente tenterà di generare tensioni molto elevate (centinaia o migliaia di volt) sui terminali secondari quando è aperto, portando a una situazione di sovratensione estrema, saturazione del nucleo, surriscaldamento e potenzialmente esplosione e incendio.
- Messa a terra il secondario del trasformatore di corrente solo in un punto. Collegare la messa a terra in due punti causerà una circolazione di corrente non necessaria attraverso la terra contribuendo a una misurazione errata e potenzialmente causando un'interruzione non necessaria dell'attrezzatura di protezione.
- Evitare di installare un interruttore o un fusibile nel circuito del trasformatore di corrente che non sia un tipo di blocco di prova di cortocircuito. I circuiti standard possono guastarsi aperti, il che crea la stessa condizione di un circuito aperto.
- Non lasciare i nuclei del trasformatore di corrente di riserva aperti. Cortocircuitare le bobine non utilizzate e annotarle sul disegno, altrimenti i tecnici futuri potrebbero erroneamente indurre il personale di servizio a presumere che siano circuiti aperti.
- Assicurati di osservare la corretta polarità a ciascun collegamento. I collegamenti S1-a-S1 e P1-a-sorgente non sono convenzioni arbitrarie che possono essere cambiate in seguito.
- Tenere i cavi del trasformatore di corrente lontani dai cavi di potenza e dai cavi di azionamento a frequenza variabile (VFD), e non far passare il trasformatore di corrente attorno a solo una parte del conduttore in uno schema di bilanciamento del nucleo.
Due altri punti pratici da ricordare sono che un trasformatore di corrente deve essere collegato con la valutazione di ingresso dello strumento che corrisponde alla valutazione secondaria del trasformatore (1A o 5A) e che il conduttore primario deve passare attraverso la finestra in una sola direzione. Far passare una barra o un cavo attraverso il nucleo all'indietro invertirà la polarità effettiva del trasformatore di corrente. Per i misuratori che devono essere rimossi per la calibrazione, il blocco di prova dovrebbe essere del tipo che cortocircuita automaticamente il CT quando lo strumento è scollegato; le pratiche di cablaggio attorno ai misuratori e ai trasformatori di strumenti sono anche trattate nel nostro guida all'installazione del trasformatore di corrente.
FAQ
Quali sono gli svantaggi dell'uso di un trasformatore di corrente?
Ci sono diversi svantaggi; avere un secondario in circuito aperto è pericoloso poiché crea la possibilità di gravi infortuni; il calcolo del carico connesso deve essere effettuato correttamente, altrimenti verranno prodotte letture inaccurate; una polarità errata può comportare non solo letture inaccurate ma anche malfunzionamenti dei dispositivi di protezione; c'è un piccolo sfasamento introdotto dal CT che risulta in una leggera imprecisione nelle misurazioni; spese aggiuntive e spazio nel pannello; è necessaria una corretta dimensionamento, altrimenti il CT si saturerà durante una condizione di guasto. Sebbene i moderni contatori elettronici riducano alcuni dei problemi associati a questi svantaggi, non tutti possono essere eliminati.
Come sono cablati i trasformatori di corrente?
Per collegare il conduttore primario attraverso il CT ci sono P1 (lato sorgente) e P2 (lato carico) oppure la linea viene fatta passare attraverso la barra/finestra. Il lato secondario sarà S1 e S2 con S1 che corrisponde a P1. Gli S1 e S2 porteranno direttamente a un contatore, relè o trasduttore per un singolo CT o in una configurazione a stella per la misurazione trifase (tre S1 al contatore e tre S2 accoppiati a un punto di stella a terra, ecc.). C'è un blocco terminale di cortocircuito/test montato all'incrocio tra il CT e lo strumento.
È importante quale filo va dove su un trasformatore?
Per qualsiasi trasformatore sì; tuttavia, i CT hanno requisiti unici. Questo è dovuto al fatto che i cavi hanno una polarità specifica (cioè, S1 che si correla a P1). Invertendo questi due cavi, si provoca un flusso di corrente nella direzione opposta creando letture di potenza inaccurate insieme alla possibilità di malfunzionamenti dei dispositivi di protezione. Questo è applicabile in entrambi i trasformatori rispetto ai cavi primari e secondari.
Come si collega un trasformatore elettrico?
Nel caso di un trasformatore strumentale come un CT: verificare il rapporto e il carico, isolare il trasformatore e provare che sia spento, cortocircuitare il lato secondario, identificare quale cavo corrisponde a P1 e quale cavo corrisponde a S1; collegare il cavo secondario di dimensioni corrette in modo che S1 e S2 conducano agli ingressi rispettivi dello strumento, mettere a terra il secondario in un punto, etichettare e serrare la connessione, rimuovere la messa a terra; e infine iniettare uno standard noto nel sistema per verificare la polarità e il rapporto. Il processo per collegare un trasformatore di potenza differisce da questa procedura ma richiede comunque che l'individuo verifichi le valutazioni, la polarità, la messa a terra e i test prima di energizzare il carico.
Riferimenti
- IEEE — C57.13, Requisiti standard per trasformatori strumentali
- IEC — Serie 61869, Trasformatori strumentali
- NFPA — Codice Elettrico Nazionale (Circuiti di Trasformatori Strumentali)
- NETA — Specifiche di Test di Accettazione per Attrezzature Elettriche di Potenza
Conclusione
L'installazione del trasformatore di corrente ha un grande peso anche se può sembrare un compito poco importante. La funzione del trasformatore di corrente è quella di ridurre la quantità di corrente primaria che scorre attraverso il filo a una lettura sicura per il contatore o il relè. Pertanto, puoi vedere quanto sia importante questo compito a lungo termine. Per il filo primario (P1) dovrai collegare il filo alla sorgente mentre il filo secondario (S1) correrà dal trasformatore di corrente al contatore o al relè. Se stai cablando contatori trifase, i circuiti devono essere cablati in un modello a stella e messi a terra in un unico punto verso la terra. Utilizza un CT a bilanciamento del nucleo per le correnti residue; assicurati di dimensionare il filo secondario in modo appropriato in base al carico di onere. Usa sempre un blocco di prova per cortocircuitare il circuito prima di energizzarlo e non interrompere mai il circuito finché la corrente scorre attraverso il lato primario. Assicurati di controllare prima le letture utilizzando l'iniezione primaria e poi registra il rapporto sul foglio per riferimento futuro.