Tokovni transformator, pogosto okrajšan kot CT, je električni instrumentalni transformator, zasnovan za varno in natančno merjenje izmeničnega toka. Deluje tako, da velik primarni tok, ki teče skozi prevodnik, pretvori v manjši, sorazmerni sekundarni tok, ki ga je mogoče zlahka nadzorovati z merilniki, zaščitnimi releji in nadzorno opremo. Tokovni transformatorji se pogosto uporabljajo v elektroenergetskih sistemih, industrijski avtomatizaciji, sistemih za upravljanje z energijo in aplikacijah za električno testiranje.
Princip delovanja tokovnega transformatorja temelji na elektromagnetni indukciji, ki jo je odkril Michael Faraday. Ko izmenični tok teče skozi prevodnik, ustvarja spreminjajoče se magnetno polje okoli prevodnika. Tokovni transformator uporablja to magnetno polje za induciranje ustreznega toka v svojem sekundarnem navitju.
Tipičen tokovni transformator je sestavljen iz treh glavnih delov: magnetnega jedra, primarnega navitja in sekundarnega navitja. Magnetno jedro je običajno izdelano iz laminiranega silicijevega jekla ali drugih materialov z visoko prepustnostjo, ki učinkovito vodijo magnetni tok. Primarno navitje je zaporedno povezano z vodnikom, po katerem teče tok, ki ga je treba izmeriti. V mnogih izvedbah je primarno navitje preprosto sam prevodnik, ki gre skozi jedro transformatorja, zlasti pri tokovnih transformatorjih z obročastim ali razdeljenim jedrom. Sekundarno navitje je navito okoli magnetnega jedra in povezano z merilnimi ali zaščitnimi napravami.
Ko izmenični tok teče skozi primarni prevodnik, ustvari magnetni tok v jedru. Ker je tok izmeničen, se magnetni tok nenehno spreminja. V skladu s Faradayevim zakonom elektromagnetne indukcije spreminjajoči se magnetni tok inducira elektromotorno silo v sekundarnem navitju. Ta inducirana napetost poganja tok skozi sekundarni krog.
Velikost sekundarnega toka je odvisna od razmerja obratov med primarnim in sekundarnim navitjem. Na primer, v CT z razmerjem obratov 1000 proti 1 bo primarni tok 1000 amperov proizvedel sekundarni tok 1 ampera. To sorazmerno razmerje omogoča instrumentom posredno merjenje zelo velikih tokov, ne da bi bili izpostavljeni visoki napetosti ali velikim tokovnim obremenitvam.
Sekundarno vezje tokovnega transformatorja je običajno povezano z napravami z nizko impedanco, kot so ampermetri ali zaščitni releji. CT deluje blizu stanja kratkega stika na sekundarni strani. Pod tem pogojem sekundarni tok ustvari lastno magnetno polje, ki nasprotuje primarnemu magnetnemu polju in ohranja ravnovesje v jedru. To zagotavlja, da sekundarni tok natančno odraža primarni tok.
Varnost je kritičen vidik delovanja tokovnega transformatorja. Sekundarnega navitja nikoli ne smete pustiti odprtega v tokokrogu, medtem ko je primarni pod napetostjo. Odprt sekundar lahko povzroči nastanek nevarno visokih napetosti na sponkah zaradi odsotnosti nasprotnega sekundarnega toka. To lahko poškoduje izolacijo in povzroči resno nevarnost za opremo in osebje.
Tokovni transformatorji zagotavljajo tudi električno izolacijo med tokokrogi visoke moči in merilnimi instrumenti. Ta izolacija izboljša varnost sistema in omogoča uporabo standardnih nizkonapetostnih instrumentov v visokonapetostnih okoljih. Poleg tega CT-ji pomagajo zmanjšati stroške merilnega sistema z odpravo potrebe po težkih števcih, ki lahko neposredno upravljajo z velikimi tokovi.
Sodobni tokovni transformatorji so zasnovani z visoko natančnostjo, toplotno stabilnostjo in mehansko vzdržljivostjo. Nekateri napredni tipi vključujejo CT-je z deljenim jedrom za enostavno namestitev, CT-je s tuljavo Rogowski za prilagodljivo merjenje in CT-je z zaščitnim razredom, zasnovane za odkrivanje napak in delovanje relejev.
Če povzamemo, tokovni transformator meri tok z uporabo elektromagnetne indukcije za pretvorbo velikega primarnega toka v manjši, sorazmerni sekundarni tok. Zaradi natančnega razmerja, električne izolacije in varnostnih prednosti je bistvena naprava v sodobnih električnih merilnih in zaščitnih sistemih.
