Aggiungere un contatore a un circuito esistente significa di solito misurare la corrente in un cavo che non si può scollegare. Un trasformatore di corrente (TA) apribile è fatto per questo, perché il suo nucleo si apre e si chiude attorno al cavo. Per questo i TA apribili sono la scelta abituale per il monitoraggio energetico e i sottocontatori in retrofit.
La comodità ha un costo in precisione, e il TA funziona solo con un ingresso del contatore fatto per la sua uscita. Questa guida spiega come funziona un TA apribile, cosa verificare nella scheda tecnica, come installarlo e come collaudarlo. La guida alla scelta dei TA tratta più a fondo le classi di precisione e il carico secondario.
Come funziona un trasformatore di corrente spiega rapporto, corrente magnetizzante e carico, validi per ogni TA, apribile o no.
Come funziona un TA apribile
Un TA è un trasformatore. Il conduttore che attraversa la sua finestra è il primario, con una sola spira. Il secondario è un avvolgimento di molte spire su un nucleo magnetico. La corrente alternata nel conduttore magnetizza il nucleo, e il nucleo induce una corrente secondaria proporzionale:
corrente secondaria = corrente primaria ÷ rapporto
Un TA 200:5 fornisce 5 A quando nel conduttore scorrono 200 A, e 3 A a 120 A. Il TA ha bisogno di corrente alternata per magnetizzare il nucleo, quindi un TA normale non misura la corrente continua.
In un TA apribile il nucleo è fatto di due parti. Una cerniera, un fermo o una barra separata permettono di aprirlo, metterlo attorno al conduttore e richiuderlo. La giunzione lascia un piccolo traferro nel circuito magnetico. Il nucleo richiede allora più corrente di magnetizzazione, e questa corrente è la parte della corrente primaria che non arriva al secondario. L'errore di rapporto e lo sfasamento crescono entrambi, soprattutto a bassa corrente, dove la corrente di magnetizzazione è una quota maggiore del totale.
Tipi di uscita
I TA apribili si producono con tre tipi di uscita. L'ingresso del contatore decide quale serve:
| Uscita | Cosa fornisce | Ingresso tipico del contatore | Scollegamento sotto carico |
|---|---|---|---|
| Corrente, 1 A o 5 A | Una corrente secondaria proporzionale alla corrente primaria | Ingresso per TA da 1 A o 5 A; contatori da quadro | Pericoloso: cortocircuita prima il secondario |
| Corrente, milliampere | Una piccola corrente secondaria, per esempio 100 mA alla corrente nominale | Un contatore fatto per quel sensore | Segui le istruzioni del produttore |
| Tensione, di solito 333 mV | Una tensione ai capi di un resistore di carico interno al TA, 0,333 V alla corrente nominale | Ingresso da 333 mV; sottocontatori e data logger | Sicuro finché il carico interno è integro |
La norma IEC 61869-2 copre i TA con uscita in corrente. La norma IEC 61869-10 copre i sensori passivi a bassa potenza, compresi i TA con uscita in tensione. Un abbinamento sbagliato non dà solo una lettura errata. Un TA da 5 A su un ingresso di tensione ad alta impedenza è vicino a un secondario aperto e può sviluppare una tensione pericolosa. Un TA da 333 mV su un ingresso da 5 A vede quasi un cortocircuito, e il contatore legge quasi zero.
TA apribili e TA a nucleo solido
| TA apribile | TA a nucleo solido | |
|---|---|---|
| Installazione | Si chiude attorno a un cavo collegato | Il conduttore va scollegato e fatto passare nella finestra |
| Traferro nel nucleo | Sì, nella giunzione | No |
| Precisione a bassa corrente | Inferiore a parità di dimensioni e classe | Migliore |
| Sensibilità all'installazione | Una giunzione sporca o non del tutto chiusa aggiunge errore | Ridotta |
| Uso tipico | Monitoraggio in retrofit, sottocontatori, misure temporanee | Quadri nuovi, misura nei quadri di distribuzione, installazioni per la fatturazione |
Se il conduttore è una sbarra, un gruppo di cavi in parallelo o un cavo troppo grande per qualsiasi finestra pratica, la terza opzione è una bobina di Rogowski flessibile. Non ha nucleo di ferro, quindi non satura, ma la sua uscita ridotta limita la precisione a bassa corrente.
Cosa verificare nella scheda tecnica
Uscita e rapporto. L'uscita deve corrispondere all'ingresso del contatore e il rapporto deve coprire il circuito. Verifica la corrente primaria nominale e se il TA ha una corrente nominale estesa oltre il 100%.
Classe di precisione e correnti a cui si applica. La norma IEC 61869-2 fissa i limiti di ogni classe al 5%, 20%, 100% e 120% della corrente nominale, e le classi S aggiungono un limite all'1%. Un TA di Classe 1 può avere un errore di rapporto di ±1% alla corrente nominale e di ±3% al 5% di essa. Un TA di Classe 0.5S può avere ±0,5% dal 20% in su e ±0,75% al 5%. Un TA apribile preciso alla corrente nominale può comunque sbagliare di diversi punti percentuali su un circuito che funziona al 5% della sua corrente nominale.
Sfasamento. Sui carichi con basso fattore di potenza, lo sfasamento causa più errore sull'energia dell'errore di rapporto. La guida alla scelta dei TA riporta i limiti e l'effetto sui kW.
Dimensione della finestra. Misura il diametro esterno finito del cavo, compreso l'isolamento. La sezione nominale del conduttore non lo indica. La guida a sezione dei conduttori e apertura del TA spiega perché.
Isolamento e certificazione. Confronta la tensione nominale di isolamento con la tensione del conduttore attorno a cui va il TA, soprattutto su una sbarra nuda, e verifica la categoria di misura per la sua posizione nell'impianto. In Nord America, i sensori di corrente per il monitoraggio energetico all'interno di quadri di distribuzione sono coperti dalla UL 2808, apparecchiature per il monitoraggio energetico. Verifica la certificazione richiesta dalla normativa locale.
Dimensiona il TA sul carico
Scegli la corrente nominale in base alla corrente che il circuito porta davvero, non all'interruttore. Una linea con interruttore da 400 A che porta 60 A fa lavorare un TA da 400 A al 15% della sua corrente nominale, dove ogni classe ammette più errore che alla corrente nominale. Di notte, a 20 A, lavora al 5%.
Scelta del trasformatore di corrente prepara una specifica di scelta dall'intervallo di corrente, dalla dimensione del conduttore e dall'ingresso del contatore. Per un cavo da 25 mm che porta da 20 A a 120 A, con un margine di 2 mm per lato, richiede una finestra rotonda da 29 mm:
Per un TA con uscita in corrente, verifica anche il carico secondario. L'ingresso del contatore, i conduttori e ogni morsetto nel circuito devono restare tra il 25% e il 100% della potenza nominale del TA perché la sua classe sia valida. Il calcolatore di rapporto e carico secondario del TA verifica insieme il punto di lavoro e il carico.
Installa un TA apribile
- Verifica uscita, rapporto e finestra del TA rispetto all'ingresso del contatore e al conduttore.
- Identifica il conduttore e la sua fase. Etichetta il TA e il canale del contatore con la stessa fase.
- Apri il nucleo. Verifica che entrambe le facce della giunzione siano pulite e integre.
- Metti il TA attorno a un solo conduttore, oppure attorno a tutti i cavi in parallelo di una stessa fase. Mai attorno a due fasi, o a una fase e al suo neutro: il TA misura allora la loro somma, che è vicina a zero.
- Orienta il lato P1 verso l'alimentazione, in modo che la corrente scorra da P1 a P2 verso il carico. Se il TA riporta una freccia, questa indica il verso della corrente e punta verso il carico. Segui la marcatura del TA.
- Chiudi il nucleo finché il fermo non scatta del tutto. Fissa il TA in modo che non possa restare appeso aperto sul cavo.
- Per un TA con uscita in corrente, tieni il secondario in cortocircuito finché il contatore non è collegato. Collega S1 e S2, o i conduttori di uscita, al canale del contatore della stessa fase.
- Imposta nel contatore il rapporto o la corrente nominale del TA, a meno che TA e contatore non siano stati forniti e calibrati come coppia.
Collauda l'installazione
Collauda con il circuito sotto carico. Misura la corrente primaria sullo stesso conduttore con una pinza amperometrica, poi verifica l'uscita del TA:
- Uscita in corrente: la corrente secondaria è uguale alla corrente primaria divisa per il rapporto. Un TA 200:5 su un carico di 120 A fornisce 3,0 A.
- Uscita da 333 mV: la tensione di uscita è uguale a 0,333 V moltiplicato per la corrente primaria diviso per la corrente nominale. Un sensore da 100 A su un carico di 42 A fornisce circa 140 mV CA. Misurala con un multimetro sulla portata in millivolt CA.
Poi verifica il contatore. Ogni fase deve mostrare kW positivi per un carico in prelievo, un fattore di potenza adatto al carico e una corrente entro la tolleranza combinata di pinza amperometrica e TA.
| Sintomo | Causa probabile |
|---|---|
| kW negativi su una fase | TA invertito, o conduttori di uscita scambiati |
| Lettura di circa metà del valore atteso, con fattore di potenza vicino a 0,5 su un carico resistivo | TA abbinato al canale di tensione di un'altra fase |
| Lettura vicina a zero su un circuito carico | Due conduttori in un solo TA, o cavo sbagliato |
| Lettura bassa di qualche punto percentuale, o che cambia quando si sposta il TA | Nucleo non del tutto chiuso, o sporco sulle facce della giunzione |
| Tutte le letture sbagliate dello stesso fattore | Rapporto sbagliato impostato nel contatore, o tipo di uscita sbagliato |
La guida ai sottocontatori mostra come compare ogni guasto nei dati dopo la messa in servizio.
TA apribili sui monitor EpiSensor
Il monitor elettrico ZEM-65 si ordina con i suoi sensori di corrente. L'opzione da 120 A è un TA apribile con finestra da 14 mm e cavi da 2 m. I circuiti più grandi usano bobine di Rogowski da 300 A, 1 kA o 3 kA. EpiSensor collega i sensori e li calibra con il contatore prima della spedizione, e dichiara la Classe 0.5S secondo IEC 62053-22 per contatore e sensori insieme. In cantiere non ci sono rapporto, carico secondario o tipo di uscita da abbinare. I passi di installazione sopra, il verso della freccia e le etichette delle fasi restano validi.
Uno ZEM trasmette i dati attraverso la rete mesh Zigbee a un Gateway con Edge. Per un contatore che ha già TA e una porta Modbus, la guida ai contatori Modbus trifase spiega invece come leggerlo.
Domande frequenti
Che cos'è un TA apribile?
Un trasformatore di corrente con il nucleo in due parti, incernierate o separabili, che si chiude attorno a un cavo o a una sbarra esistente. Misura la corrente alternata nel conduttore che racchiude e si usa per aggiungere il monitoraggio energetico senza scollegare il circuito.
Che differenza c'è tra un TA apribile e un TA a nucleo solido?
Un TA a nucleo solido è un anello chiuso, quindi il conduttore va scollegato e fatto passare nella finestra. Senza giunzione mantiene meglio la precisione a bassa corrente. Un TA apribile si apre e si chiude attorno a un conduttore che resta collegato, al prezzo di un traferro nel nucleo che aumenta l'errore, soprattutto a bassa corrente.
I TA apribili sono precisi?
Possono rispettare le stesse classi di precisione dei TA a nucleo solido, ma solo vicino alla corrente nominale e con il nucleo chiuso su facce pulite. Confronta la classe dichiarata e i limiti di errore al 5% e al 20% della corrente nominale, e dimensiona il TA in modo che il carico che porta la maggior parte dell'energia lavori sopra il 20% della sua corrente nominale.
È sicuro scollegare un TA apribile dal contatore?
Un TA con uscita in tensione, come un tipo da 333 mV, ha il resistore di carico all'interno, quindi un conduttore di uscita aperto non produce una tensione pericolosa finché quel resistore è integro. Un TA con uscita in corrente (1 A o 5 A) non deve mai restare con il secondario aperto mentre scorre corrente primaria: cortocircuita prima il secondario.
Come si collauda un TA apribile?
Con il circuito sotto carico, misura la corrente primaria con una pinza amperometrica. Per un TA con uscita in corrente, la corrente secondaria deve essere uguale alla corrente primaria divisa per il rapporto del TA. Per un TA da 333 mV, la tensione di uscita deve essere uguale a 0,333 V moltiplicato per la corrente primaria diviso per la corrente nominale.