Un trasformatore di corrente di misura, detto anche trasformatore amperometrico (TA), riduce la corrente di un conduttore a un segnale che il contatore di energia può leggere. Un TA 200/5 fornisce 5 A al secondario quando nel primario scorrono 200 A, e 2,5 A con 100 A. Il contatore applica il rapporto, 40, per indicare i valori primari. La guida ai contatori con TA spiega come si collega e si legge un contatore inserito tramite TA; questa guida riguarda la scelta del TA.
Scegli prima l'ingresso del contatore. Un ingresso da 5 A, un ingresso da 333 mV e un ingresso Rogowski accettano ciascuno un sensore diverso e nessuna specifica del TA può correggere un abbinamento errato. Quindi registra quattro dati per ciascun circuito: la corrente più bassa che devi misurare, il normale intervallo operativo, la corrente di picco e il diametro esterno del conduttore con l’isolamento finito.
Se ti serve prima il principio (amperspire, errori di rapporto e di fase, carico e perché un secondario non va mai aperto), leggi che cos'è un trasformatore di corrente e come funziona.
Tipo di uscita
Un TA con uscita di corrente ha un secondario da 1 A o 5 A. La norma IEC 61869-2 lo copre e il suo secondario deve sempre essere collegato a un carico secondario a bassa impedenza. Il secondario da 5 A è ancora la scelta abituale nella misurazione dei quadri. Un secondario da 1 A è adatto a tratte lunghe fino al contatore, perché la perdita sui conduttori di collegamento alla corrente nominale è 25 volte inferiore sullo stesso cavo.
Un trasformatore di corrente con uscita in tensione ha il resistore di carico all'interno dell'alloggiamento e fornisce una bassa tensione, in genere 333 mV alla corrente nominale. La norma IEC 61869-10 copre questi sensori passivi a bassa potenza. Sono comuni nel submetering perché i conduttori di uscita possono essere scollegati sotto carico senza il rischio di alta tensione proprio di un secondario di corrente aperto.
Una bobina di Rogowski fornisce una piccola tensione proporzionale alla velocità di variazione della corrente, espressa in mV per kA a 50 Hz. Il contatore o un integratore separato la converte in corrente.
Un abbinamento sbagliato può essere pericoloso. Un TA da 5 A su un ingresso di tensione ad alta impedenza è vicino a un secondario aperto, che produce una tensione pericolosa. Un TA da 333 mV su un ingresso da 5 A è praticamente in cortocircuito e il contatore legge quasi zero.
Tipi di TA
| TA a nucleo chiuso | TA apribile | Bobina di Rogowski | |
|---|---|---|---|
| Uscita | 1 A, 5 A o 333 mV | 1 A, 5 A o 333 mV | mV per kA, integrata dal contatore o da un integratore separato |
| Montaggio | Il conduttore passa in un anello chiuso, quindi va scollegato | Si apre e si chiude attorno a un conduttore sotto tensione | La bobina flessibile si chiude attorno a cavi e sbarre di grandi dimensioni |
| Precisione a bassa corrente | La migliore: senza traferro serve meno corrente di magnetizzazione | Inferiore: il traferro aumenta gli errori di rapporto e di fase | Limitata dal rumore di fondo dell'integratore e del contatore |
| Punti di attenzione | Il fermo impianto necessario per installarlo | Superfici polari sporche e chiusura non completa | Conduttore fuori centro o bobina inclinata |
| Uso più adatto | Circuiti che si possono mettere fuori servizio | Circuiti esistenti che devono restare in servizio | Conduttori grandi o ad alta corrente; non può saturare |
TA a nucleo chiuso
Un TA a nucleo chiuso è un anello chiuso e il conduttore lo attraversa. Senza traferro nel nucleo, necessita di meno corrente di magnetizzazione rispetto a un TA apribile delle stesse dimensioni, quindi mantiene la sua precisione meglio a bassa corrente. Per montarne uno, è necessario scollegare il conduttore e ciò significa un’interruzione programmata. Su un ingresso principale, pianificare l'interruzione o scegliere un TA apribile o una bobina di Rogowski.
TA apribili
Un TA apribile si apre e si chiude attorno a un conduttore esistente. Il giunto è un traferro. Il traferro aumenta la corrente di magnetizzazione e con essa gli errori di rapporto e di fase, soprattutto a corrente bassa. Lo sporco sulle superfici polari o una chiusura incompleta aumentano il traferro. Pulire le superfici polari, chiudere completamente il dispositivo di chiusura e confrontare la classe dichiarata e i limiti di errore a bassa corrente con quelli di un TA a nucleo chiuso. Un TA apribile elimina la necessità di scollegare il conduttore. Non rende sicuro il lavoro in un quadro sotto tensione. La nota di installazione di Schneider Electric fornisce le precauzioni.
Bobine di Rogowski
Una bobina di Rogowski non ha nucleo magnetico. Non può saturare, la sua uscita è lineare su un ampio intervallo e una bobina flessibile si adatta a cavi e sbarre di distribuzione di grandi dimensioni. L'uscita a bassa corrente è piccola, quindi il rumore di fondo dell'integratore e del contatore stabilisce il limite di basso carico. La bobina è anche sensibile alla posizione. La bobina flessibile di un produttore è specificata a ±1,0% dal 3% al 120% della corrente nominale, con un ulteriore errore tipico di ±0,5% (massimo ±1,0%) quando il conduttore è decentrato o inclinato (Continental Control Systems). Centrare il conduttore, mantenere la bobina perpendicolare ad esso e chiudere completamente il fermo. Valutare bobina, integratore e contatore come un'unica catena. La guida alle bobine di Rogowski tratta questo argomento in modo più dettagliato.
Corrente nominale
La corrente primaria nominale determina il rapporto. Un TA 200/5 fornisce 5 A a 200 A e 2,75 A a 110 A. Il calcolatore del rapporto e del carico secondario del TA fornisce la corrente secondaria per qualsiasi rapporto e carico. I limiti di precisione si applicano fino al 120% della corrente nominale. Al di sopra di ciò, l'errore non viene specificato a meno che il TA non abbia una corrente nominale estesa. La norma IEC 61869-2 (5.203) fornisce 120%, 150% e 200% come valori preferiti della corrente termica continua nominale. Controllare la corrente termica nominale di breve durata (Ith, per 1 s) rispetto al livello di guasto nel punto di installazione.
Dimensiona per il carico, non per l’interruttore
La corrente nominale dell’interruttore non descrive il carico. Prendi una partenza protetta da un interruttore da 400 A che trasporta da 80 a 120 A durante il giorno, 15 A durante la notte e 250 A per brevi periodi:
- Un TA 400/5 Classe 0,5 funziona dal 20% al 30% della corrente nominale durante il giorno. Il limite a 80 A è ±0,75%. I picchi rappresentano il 62,5% della corrente nominale. Di notte funziona al 3,75%. La classe 0,5 non ha limiti inferiori al 5%, quindi le letture notturne non hanno una precisione specifica.
- Un TA 400/5 Classe 0.5S mantiene ±0,5% dal 20% della corrente nominale. Al 3,75% è compreso tra il limite di ±1,5% all'1% e il limite di ±0,75% al 5%.
- Un TA 150/5 Classe 0,5 funziona dal 53% all'80% durante il giorno e al 10% durante la notte. I picchi di 250 A rappresentano il 167% della corrente nominale, quindi scegline uno con una corrente nominale estesa al 200%.
Sia il 400/5 Classe 0.5S che il 150/5 con corrente nominale estesa sono scelte valide in questo caso. Il TA 400/5 di Classe 0,5 non lo è, se il carico di base notturno è importante.
Crescita futura del carico
Se il circuito passa da 100 A a 180 A, un TA 200/5 evita una sostituzione successiva. Ai 100 A di oggi funziona al 50% della corrente nominale, dove i limiti di ogni classe sono più stretti. Il rischio è un carico di base basso. A 10 A funziona al 5%, dove la Classe 0,5 consente ±1,5% e la Classe 0.5S consente ±0,75%.
Classe di precisione
Per i TA di misura, la norma IEC 61869-2 (5.6.201.3, tabelle 201 e 202) stabilisce questi limiti alla frequenza nominale, con il carico secondario compreso tra il 25% e il 100% della potenza nominale:
| Classe | Errore, al % della corrente nominale | 1% | 5% | 20% | 100% | 120% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 | Errore di rapporto | non specificato | ±1,5% | ±0,75% | ±0,5% | ±0,5% |
| 0,5 | Sfasamento | non specificato | ±90′ | ±45′ | ±30′ | ±30′ |
| 0,5S | Errore di rapporto | ±1,5% | ±0,75% | ±0,5% | ±0,5% | ±0,5% |
| 0,5S | Sfasamento | ±90′ | ±45′ | ±30′ | ±30′ | ±30′ |
| 0,2S | Errore di rapporto | ±0,75% | ±0,35% | ±0,2% | ±0,2% | ±0,2% |
| 0,2S | Sfasamento | ±30′ | ±15′ | ±10′ | ±10′ | ±10′ |
Le classi S raggiungono gli stessi limiti a correnti inferiori. Il limite della Classe 0.5S all'1% equivale al limite della Classe 0.5 al 5%, e il suo limite al 5% equivale al limite della Classe 0.5 al 20%. Ciò è importante per i circuiti che trascorrono la maggior parte del tempo a basso carico, come l'illuminazione, l'HVAC notturno e le partenze di riserva.
Lo sfasamento conta più dell'errore del rapporto a basso fattore di potenza. L'errore di potenza attiva è approssimativamente l'errore di fase in radianti moltiplicato per tan φ. Un TA di classe 0,5 alla corrente nominale può avere un errore di fase di 30′ (0,5°). Ad un fattore di potenza di 0,5 corrisponde a circa l'1,5% di errore in kW, tre volte il limite del rapporto. Al 5% della corrente nominale e con lo stesso fattore di potenza, i 90′ consentiti danno circa il 4,5%.
La classe del TA copre solo il TA. Il contatore ha una propria classe, ad esempio IEC 62053-22 per i contatori di energia attiva collegati tramite trasformatori. Gli errori dei due si sommano e nessuna delle due classi da sola stabilisce l'accuratezza dell'installazione o la sua idoneità alla fatturazione. La guida terminologica di Beckhoff spiega i termini utilizzati nelle schede tecniche.
I limiti di classe si applicano solo alla frequenza nominale. Sul lato alimentazione di un variatore di velocità o di un inverter, la corrente contiene armoniche, ad esempio la 5a e la 7a a 250 Hz e 350 Hz su un sistema a 50 Hz. Richiedi la risposta in frequenza se la potenza armonica è importante. Misura il variatore sul lato dell’alimentazione. L'uscita del convertitore funziona a frequenza variabile e un nucleo di ferro si avvicina alla saturazione a bassa frequenza.
Un TA di misura può anche avere un fattore di sicurezza dello strumento, FS 5 o FS 10 (5.6.201.6). A FS volte la corrente primaria nominale, con carico nominale, il suo errore composito raggiunge il 10%. Al di sopra di ciò la corrente secondaria smette di aumentare in proporzione, proteggendo il contatore in caso di guasto. Con un carico ben inferiore a quello nominale, il TA segue una parte maggiore della corrente di guasto prima di saturarsi.
Carico secondario
Il carico secondario è il carico collegato al secondario del TA: l'ingresso del contatore, i conduttori e ogni morsetto e morsettiera di prova nel circuito. Le schede tecniche lo indicano in VA alla corrente secondaria nominale (VA = I² × Z). La norma IEC 61869-2 fornisce potenze nominali standard di 2,5, 5, 10, 15 e 30 VA.
I limiti di classe si applicano tra il 25% e il 100% della potenza nominale. Al di sopra della potenza nominale, il nucleo funziona a un flusso più elevato e il rapporto e gli errori di fase aumentano, soprattutto a corrente elevata. Al di sotto del 25%, il TA è al di fuori dell'intervallo testato. Un TA da 15 VA che alimenta un contatore elettronico da 0,5 VA su cavi corti è ben al di sotto del minimo di 3,75 VA. Scegliere un carico nominale inferiore o un TA con l'intervallo di carico esteso in 5.6.201.4, che mantiene la classe da 1 VA alla potenza nominale (potenza nominale 15 VA o inferiore).
Il carico del circuito dei conduttori alla corrente secondaria nominale è I² × R. A 5 A, ogni 0,1 Ω di resistenza del circuito aggiunge 2,5 VA. Ad esempio, un contatore a 15 m da un TA 200/5, cablato in rame da 2,5 mm², ha un circuito di 30 m di circa 0,207 Ω a 20 °C. Ciò aggiunge 5,2 VA. Con un ingresso del contatore da 1 VA, il totale è di 6,2 VA, che supera una potenza nominale di 5 VA:
Ci sono tre correzioni. Con conduttori secondari da 4 mm², la resistenza del circuito è 0,129 Ω e il totale è 4,2 VA. Un TA da 10 VA accetta 6,2 VA e ha ancora più di 2,5 VA collegati. Un secondario da 1 A sugli stessi cavi da 2,5 mm² aggiunge solo 0,21 VA, se il contatore ha un ingresso da 1 A. Se prolunghi un secondario esistente, ricalcola il circuito allo stesso modo. Ottieni la resistenza del circuito dal calcolatore della resistenza del conduttore e controlla il totale con il calcolatore del rapporto e del carico secondario del TA.
Adattamento fisico e polarità
Misurare il diametro esterno finito del cavo, compreso l'isolamento, prima di specificare l'apertura. La sezione nominale del conduttore non lo indica. La guida alle dimensioni dei conduttori ne illustra il motivo. Per una sbarra, verificare la larghezza e lo spessore rispetto alla finestra rettangolare del TA. Controllare le dimensioni esterne del TA rispetto allo spazio tra le fasi e all’involucro.
Se una fase ha cavi paralleli, farli passare tutti attraverso un TA oppure montare un TA su ciascun cavo e sommare le letture nel contatore. Non far mai passare due fasi, oppure una fase e il neutro, attraverso lo stesso TA. Il TA misurerebbe la somma delle loro correnti, ossia una corrente residua, anziché la corrente del carico.
Montare ciascun TA con il lato P1 (o la freccia) verso l'alimentazione e collegare S1 e S2 ai terminali corrispondenti del contatore. Gli errori di cablaggio in questo caso rappresentano un errore comune durante la messa in servizio e ciascuno ha una firma:
- Un TA invertito fa leggere potenza negativa su quella fase. Su un carico trifase equilibrato, il totale è circa un terzo del valore reale.
- Un TA abbinato alla tensione di un'altra fase fornisce un fattore di potenza non adatto al carico. Su un carico resistivo il fattore di potenza è circa 0,5 e la potenza è circa la metà del valore reale con segno negativo.
Controllare il segno e il fattore di potenza di ciascuna fase rispetto al carico e confrontare ciascuna corrente con la lettura di una pinza amperometrica.
Sicurezza
Un TA con uscita in tensione ha il suo carico all'interno dell'alloggiamento. Un conduttore di uscita aperto quindi non produce l'alta tensione di un secondario di corrente aperto, a condizione che il carico interno sia intatto. Seguire le istruzioni di cablaggio per il sensore esatto.
Tensione nominale
L'isolamento del TA deve essere adeguato alla tensione del sistema e alla posizione nell'installazione. La norma IEC 61010-1 colloca le misurazioni al punto di consegna, a monte del dispositivo principale di sovracorrente, in CAT IV, e le misurazioni nei quadri di distribuzione e nelle installazioni fisse in CAT III (Continental Control Systems). Un TA attorno ad una sbarra scoperta dipende dal suo stesso isolamento. Controllare la tensione nominale di isolamento rispetto alla tensione della sbarra.
Lista di controllo per la scelta del TA di misura
- Confermare quali ingressi del sensore sono accettati dal contatore: 1 A, 5 A, 333 mV o Rogowski.
- Registrare la corrente minima, normale e di picco di ciascun circuito.
- Scegliere il rapporto e la classe in modo che la corrente più bassa da misurare rientri in un limite specificato e il picco sia entro il 120% o la corrente nominale estesa.
- Controllare la corrente termica di breve durata rispetto al livello di guasto.
- Misurare il diametro del conduttore finito o le dimensioni della sbarra e controllare l'apertura e lo spazio nel quadro.
- Per un TA con uscita in corrente, aggiungere il carico del contatore e il circuito dei conduttori in VA e mantenere il totale tra il 25% e il 100% dell'uscita nominale.
- Controllare il grado di isolamento e la categoria di misura per la posizione del TA.
- Alla messa in servizio, verificare la polarità e la fase di ciascun TA rispetto alle letture.
TA per monitor EpiSensor
Un monitor elettrico ZEM viene fornito con i sensori di corrente collegati e calibrati rispetto al contatore. La sua Classe 0.5S secondo IEC 62053-22 copre quindi il contatore e i sensori insieme e non occorre abbinare in loco né rapporto TA, né carico secondario, né classe. Scegli l'opzione del sensore: TA apribile con apertura di 14 mm per circuiti fino a 120 A o bobine Rogowski per 300 A, 1000 A e 3000 A. Lo ZEM integra il segnale Rogowski stesso, quindi non esiste un integratore separato.
Scelta del trasformatore di corrente crea una descrizione generica di selezione dall'intervallo di corrente, dalle dimensioni del conduttore isolato, dalla tolleranza di installazione e dall'ingresso del contatore. Puoi controllare un sensore candidato rispetto a quella specifica. Per questo cavo da 14 mm, una tolleranza di 2 mm su ciascun lato richiede un'apertura rotonda da 18 mm:
La sezione opzionale di corrispondenza EpiSensor confronta la specifica con le opzioni ZEM o ZDR pubblicate. Non approva l'accesso all'installazione, la precisione a bassa corrente o la connessione di sensori di terze parti. I controlli di polarità e fase di cui sopra si applicano ancora alla messa in servizio. Se non sei sicuro di quale opzione sia adatta, parla con un tecnico e fornisci il profilo di corrente del circuito e le dimensioni del conduttore.
I sensori di corrente wireless e le pinze amperometriche di terze parti si trovano nella sezione dei trasformatori di corrente nella Directory dei dispositivi, ciascuno con le sue letture documentate e il modo in cui si connette a Edge.
Domande frequenti
Che cos’è un TA di misura?
Un trasformatore di corrente di misura riduce la corrente di un conduttore a un piccolo segnale per un contatore di energia: 1 A o 5 A da un TA con uscita in corrente, oppure una bassa tensione come 333 mV da un TA con uscita in tensione. La sua classe di precisione, per esempio 0.5S, fissa i limiti dell’errore di rapporto e di fase dalla bassa corrente fino al 120% della corrente nominale.
Qual è la differenza tra un TA di misura e un TA di protezione?
Un TA di misura è preciso nel normale intervallo di carico, con una classe di misura IEC 61869-2 come 0.2S, 0.5S o 0.5. Può avere anche un fattore di sicurezza, FS 5 o FS 10, così da saturare durante un guasto e proteggere il contatore. Un TA di protezione, con una classe come 5P, 10P o PX, ha limiti più ampi al carico normale ma resta preciso fino a molte volte la corrente nominale, perché il relè veda il guasto. Non usare l’uno al posto dell’altro.
Come si dimensiona un TA per un contatore?
Dimensionalo sulla corrente che il circuito porta, non sull’interruttore. Mantieni i picchi entro il 120% della corrente nominale, o entro la corrente nominale estesa, e verifica che la corrente più bassa da misurare rientri in un limite specificato della classe: la Classe 0.5S ha limiti fino all’1% della corrente nominale, la Classe 0.5 solo fino al 5%. Poi verifica il carico secondario e l’apertura.
Che cosa significa un rapporto del TA di 200/5?
Il TA fornisce 5 A al secondario quando nel primario scorrono 200 A, un rapporto di 40. A 110 A fornisce 2,75 A. Imposta lo stesso rapporto nel contatore, altrimenti ogni lettura è sbagliata di quel fattore.
Perché il secondario di un TA non deve mai restare aperto?
Un TA con uscita in corrente spinge la sua corrente secondaria in qualsiasi cosa sia collegata. Con il secondario aperto, può sviluppare una tensione pericolosa mentre scorre corrente primaria. Cortocircuita il secondario sulla morsettiera di cortocircuito prima di scollegare il contatore. Un TA con uscita in tensione ha il carico all’interno dell’involucro, quindi un conduttore di uscita aperto non produce quella tensione.