Un trasformatore di corrente, spesso abbreviato in CT, è un trasformatore di strumenti elettrici progettato per misurare la corrente alternata in modo sicuro e preciso. Funziona convertendo una grande corrente primaria che scorre attraverso un conduttore in una corrente secondaria più piccola e proporzionale che può essere facilmente monitorata da misuratori, relè di protezione e apparecchiature di controllo. I trasformatori di corrente sono ampiamente utilizzati nei sistemi di alimentazione, nell'automazione industriale, nei sistemi di gestione dell'energia e nelle applicazioni di test elettrici.
Il principio di funzionamento di un trasformatore di corrente si basa sull'induzione elettromagnetica, scoperta da Michael Faraday. Quando la corrente alternata scorre attraverso un conduttore, genera un campo magnetico variabile attorno al conduttore. Un trasformatore di corrente utilizza questo campo magnetico per indurre una corrente corrispondente nel suo avvolgimento secondario.
Un tipico trasformatore di corrente è costituito da tre parti principali: un nucleo magnetico, un avvolgimento primario e un avvolgimento secondario. Il nucleo magnetico è solitamente realizzato in acciaio al silicio laminato o altri materiali ad alta permeabilità che guidano in modo efficiente il flusso magnetico. L'avvolgimento primario è collegato in serie al conduttore su cui scorre la corrente da misurare. In molti progetti, l'avvolgimento primario è semplicemente il conduttore stesso che passa attraverso il nucleo del trasformatore, soprattutto nei trasformatori di corrente ad anello o a nucleo diviso. L'avvolgimento secondario è avvolto attorno al nucleo magnetico e collegato a dispositivi di misurazione o protezione.
Quando la corrente alternata scorre attraverso il conduttore primario, produce un flusso magnetico nel nucleo. Poiché la corrente è alternata, il flusso magnetico cambia continuamente. Secondo la legge di induzione elettromagnetica di Faraday, un flusso magnetico variabile induce una forza elettromotrice nell'avvolgimento secondario. Questa tensione indotta guida una corrente attraverso il circuito secondario.
L'entità della corrente secondaria dipende dal rapporto spire tra l'avvolgimento primario e quello secondario. Ad esempio, in un TA con un rapporto spire compreso tra 1000 e 1, una corrente primaria di 1000 ampere produrrà una corrente secondaria di 1 ampere. Questa relazione proporzionale consente agli strumenti di misurare indirettamente correnti molto grandi senza essere esposti ad alta tensione o carichi di corrente pesanti.
Il circuito secondario di un trasformatore di corrente è normalmente collegato a dispositivi a bassa impedenza come amperometri o relè di protezione. Il TA funziona in prossimità di una condizione di cortocircuito sul lato secondario. In questa condizione, la corrente secondaria crea il proprio campo magnetico che si oppone al campo magnetico primario, mantenendo l'equilibrio nel nucleo. Ciò garantisce che la corrente secondaria rifletta accuratamente la corrente primaria.
La sicurezza è un aspetto critico del funzionamento del trasformatore di corrente. L'avvolgimento secondario non deve mai essere lasciato in circuito aperto mentre il primario è energizzato. Un secondario aperto può causare lo sviluppo di tensioni pericolosamente elevate tra i terminali a causa dell'assenza di corrente secondaria opposta. Ciò potrebbe danneggiare l'isolamento e comportare gravi rischi per l'attrezzatura e il personale.
I trasformatori di corrente forniscono anche l'isolamento elettrico tra circuiti ad alta potenza e strumenti di misura. Questo isolamento migliora la sicurezza del sistema e consente l'utilizzo di strumenti standard a bassa tensione in ambienti ad alta tensione. Inoltre, i TA aiutano a ridurre i costi del sistema di misurazione eliminando la necessità di misuratori pesanti in grado di gestire direttamente grandi correnti.
I moderni trasformatori di corrente sono progettati con elevata precisione, stabilità termica e durata meccanica. Alcuni tipi avanzati includono TA apribili per una facile installazione, TA con bobina Rogowski per misurazioni flessibili e TA con classe di protezione progettati per il rilevamento dei guasti e il funzionamento dei relè.
In sintesi, un trasformatore di corrente misura la corrente utilizzando l'induzione elettromagnetica per convertire una grande corrente primaria in una corrente secondaria più piccola e proporzionale. Il suo rapporto preciso, l'isolamento elettrico e i vantaggi in termini di sicurezza lo rendono un dispositivo essenziale nei moderni sistemi di misurazione e protezione elettrica.
