Een stroomtransformator, vaak afgekort als CT, is een elektrische instrumenttransformator die is ontworpen om wisselstroom veilig en nauwkeurig te meten. Het werkt door het omzetten van een grote primaire stroom die door een geleider vloeit in een kleinere, proportionele secundaire stroom die gemakkelijk kan worden gecontroleerd door meters, beveiligingsrelais en besturingsapparatuur. Stroomtransformatoren worden veel gebruikt in energiesystemen, industriële automatisering, energiebeheersystemen en elektrische testtoepassingen.
Het werkingsprincipe van een stroomtransformator is gebaseerd op elektromagnetische inductie, ontdekt door Michael Faraday. Wanneer wisselstroom door een geleider vloeit, genereert deze een veranderend magnetisch veld rond de geleider. Een stroomtransformator gebruikt dit magnetische veld om een overeenkomstige stroom in zijn secundaire wikkeling te induceren.
Een typische stroomtransformator bestaat uit drie hoofdonderdelen: een magnetische kern, een primaire wikkeling en een secundaire wikkeling. De magnetische kern is meestal gemaakt van gelamineerd siliciumstaal of andere materialen met een hoge permeabiliteit die de magnetische flux efficiënt geleiden. De primaire wikkeling is in serie geschakeld met de geleider die de te meten stroom voert. In veel ontwerpen is de primaire wikkeling eenvoudigweg de geleider zelf die door de transformatorkern gaat, vooral bij stroomtransformatoren van het ringtype of met een gedeelde kern. De secundaire wikkeling wordt om de magneetkern gewikkeld en aangesloten op meet- of beveiligingsapparatuur.
Wanneer wisselstroom door de primaire geleider vloeit, ontstaat er een magnetische flux in de kern. Omdat de stroom wisselt, verandert de magnetische flux voortdurend. Volgens de wet van Faraday van elektromagnetische inductie induceert een veranderende magnetische flux een elektromotorische kracht in de secundaire wikkeling. Deze geïnduceerde spanning drijft een stroom door het secundaire circuit.
De grootte van de secundaire stroom hangt af van de windingsverhouding tussen de primaire en secundaire wikkelingen. In een CT met een windingsverhouding van 1000 op 1 zal een primaire stroom van 1000 ampère bijvoorbeeld een secundaire stroom van 1 ampère produceren. Dankzij deze proportionele relatie kunnen instrumenten zeer grote stromen indirect meten zonder te worden blootgesteld aan hoge spanning of zware stroombelastingen.
Het secundaire circuit van een stroomtransformator is normaal gesproken verbonden met apparaten met lage impedantie, zoals ampèremeters of beveiligingsrelais. De CT werkt in de buurt van een kortsluiting aan de secundaire zijde. Onder deze omstandigheden creëert de secundaire stroom zijn eigen magnetische veld dat het primaire magnetische veld tegenwerkt, waardoor het evenwicht in de kern behouden blijft. Dit zorgt ervoor dat de secundaire stroom de primaire stroom nauwkeurig weerspiegelt.
Veiligheid is een cruciaal aspect bij de werking van stroomtransformatoren. De secundaire wikkeling mag nooit open worden gelaten terwijl de primaire wikkeling is bekrachtigd. Een open secundaire kan ervoor zorgen dat er gevaarlijk hoge spanningen ontstaan over de aansluitingen vanwege de afwezigheid van tegengestelde secundaire stroom. Dit kan de isolatie beschadigen en ernstige gevaren opleveren voor apparatuur en personeel.
Stroomtransformatoren zorgen ook voor elektrische isolatie tussen hoogvermogencircuits en meetinstrumenten. Deze isolatie verbetert de systeemveiligheid en maakt het gebruik van standaard laagspanningsinstrumenten in hoogspanningsomgevingen mogelijk. Bovendien helpen CT's de kosten van het meetsysteem te verlagen door de noodzaak te elimineren van zware meters die grote stromen direct kunnen verwerken.
Moderne stroomtransformatoren zijn ontworpen met hoge nauwkeurigheid, thermische stabiliteit en mechanische duurzaamheid. Sommige geavanceerde typen omvatten split-core CT's voor eenvoudige installatie, Rogowski-spoel-CT's voor flexibele metingen en CT's van beschermingsklasse die zijn ontworpen voor foutdetectie en relaiswerking.
Samenvattend meet een stroomtransformator de stroom door gebruik te maken van elektromagnetische inductie om een grote primaire stroom om te zetten in een kleinere, proportionele secundaire stroom. De precieze verhouding, elektrische isolatie en veiligheidsvoordelen maken het tot een essentieel apparaat in moderne elektrische meet- en beveiligingssystemen.
