Spre deosebire de transformatorul de tensiune sau de putere privit anterior, TC constă dintr-o singură sau foarte puține spire în înfășurarea din primar. Această înfășurare poate avea fie o singură spiră plană, o bobină de sârmă strâns înfășurată în jurul miezului sau doar un conductor sau o bară de magistrală plasată printr-o gaură centrală așa cum este arătat.

Datorită acestui tip de aranjament, TC este deseori referit și ca un "transformator serie", deoarece înfășurarea primară, care nu are mai mult de câteva spire, este în serie cu conductorul care transportă curentul ce alimentează o sarcină.

Dar, înfășurarea secundară poate avea un număr mare de spire de bobină înfășurate pe un miez laminat cu material magnetic cu pierderi reduse. Acest miez are o arie mare a secțiunii transversale, astfel încât densitatea fluxului magnetic creată este scăzută folosind sârmă cu secțiune transversală mult mai mică, în funcție de cât de mult curent trebuie scăzut, deoarece încearcă să emită un curent constant, independent de sarcina conectată.

Înfășurarea secundară va furniza un curent fie într-un scurtcircuit, sub forma unui ampermetru, fie într-o sarcină rezistivă, până când tensiunea indusă în secundar este suficient de mare pentru a satura miezul sau pentru a provoca defectarea de la tensiunea excesivă de străpungere.

Spre deosebire de un transformator de tensiune, curentul din primar al unui TC nu depinde de curentul de sarcină din secundar, dar este în schimb controlat de o sarcină externă. Curentul din secundar este de obicei nominalizat la un standard de 1 amper, sau 5 amperi pentru curenți mai mari în primar.

Există trei tipuri de bază ale transformatoarelor de curent: bobinat, toroidal și bară.

• TC bobinat - Bobina primarului este conectată fizic în serie cu conductorul care transportă curentul măsurat care circulă în circuit. Amplitudinea curentului din secundar depinde de raportul de spire al transformatorului.

• TC toroidal - acesta nu conține o înfășurare primar. În schimb, linia care transportă curentul care circulă în rețea este trecut printr-o fereastră sau o gaură în transformatorul toroidal. Unele TC au un "miez împărțit" care permite deschiderea, instalarea și închiderea lui fără deconectarea circuitului la care sunt atașate.

• TC de tip bară - Acest tip de TC utilizează cablul de curent sau bara-magistrală a circuitului principal ca bobină primară, echivalentă cu o singură spiră. Ele sunt izolate complet de tensiunea mare de funcționare a sistemului și sunt, de obicei, înșurubate la dispozitivul de transport al curentului.

TC pot reduce sau "coborî" nivelele de curent de la mii de amperi până la o ieșire standard de un raport cunoscut fie de 5 A, fie de 1 A pentru funcționare normală. Astfel, instrumentele mici și precise și dispozitivele de comandă pot fi utilizate cu TC deoarece sunt izolate departe de orice cablu de înaltă tensiune. Există o varietate de aplicații de măsurare și utilizări pentru TC, cum ar fi wattmetre, contoare pentru factor de putere, contoarele watt-oră, releele de protecție sau bobinele de întrerupere a circuitelor magnetice (MCB).

În general, TC și ampermetrele sunt utilizate împreună ca o pereche adecvată, în care proiectarea TC este de așa natură încât să asigure un curent maxim în secundar, corespunzător unei deplasări la scală maximă pe ampermetru. În majoritatea TC există un raport de spire aproximativ invers proporțional cu cei doi curenți din înfășurările primar și secundar. Acesta este motivul pentru care calibrarea TC este, în general, specifică pentru un tip de ampermetru.

Majoritatea TC au o valoare secundară standard de 5 amperi, cu curenții din primar și secundar fiind exprimați ca un raport de 100/5. Acest lucru înseamnă că curentul în primar este de 20 de ori mai mare decât curentul în secundar, astfel încât atunci când 100 amperi circulă în conductorul principal va avea ca rezultat 5 amperi care circulă în înfășurarea secundarului. Un TC de exemplu 500/5, va produce 5 amperi în secundar pentru 500 amperi în conductorul primar, de 100 de ori mai mare.

Prin creșterea numărului de înfășurări în secundar N2, curentul în secundar poate fi făcut mult mai mic decât curentul din circuitul primar măsurat deoarece, pe măsură ce N2 crește, I2 coboară cu o valoare proporțională. Altfel spus, numărul de spire și curentul în înfășurările primar și secundar sunt legate de o proporție inversă.

Un TC, ca orice alt transformator, trebuie să satisfacă ecuația amperi-spire și știm că raportul de spire este egal cu:

din care ne dă:

Curentul în secundar I_S = I_PNP/NS

Raportul curenților va stabili raportul de spire și, deoarece primarul constă dintr-una sau două spire, în timp ce secundarul poate avea câteva sute de spire, raportul dintre primar și secundar poate fi destul de mare. De exemplu, presupuneți că curentul nominal al înfășurării din primar este de 100 A. Înfășurarea din secundar are curentul standard de 5A. Atunci, raportul dintre curenții din primar și secundar este de la 100A la 5A sau 20:1. Cu alte cuvinte, curentul din primar este de 20 de ori mai mare decât curentul din secundar.

Trebuie remarcat, totuși, că un TC de 100/5 nu este același cu cel de 20/1 sau cu subdiviziuni de 100/5. Acest lucru se datorează faptului că raportul de 100/5 exprimă "curenții nominali de intrare/ieșire" și nu raportul efectiv dintre curenții din primar și secundar. De asemenea, rețineți că numărul de spire și curentul în înfășurările primar și secundar sunt legate de o proporționalitate inversă.

Dar schimbările relativ mari în raportul de spire al unui TC pot fi obținute prin modificarea spirelor din primar prin fereastra TC unde o spiră din primar este egală cu o trecere și mai mult de o trecere prin fereastră duce la modificarea raportului electric.

De exemplu, un TC cu o relație de exemplu 300/5A poate fi convertit în altul de 150/5A sau chiar 100/5A prin trecerea conductorului principal din primar prin fereastra sa interioară de două sau trei ori, după cum se arată. Acest lucru permite unui TC cu valoare mai mare să furnizeze curentul maxim de ieșire pentru ampermetru atunci când este utilizat pe linii de curent primar mai mici.

Raportul de spire din primarul transformatorului de curent

Transformator de curent. Exemplul nr. 1

Un TC de tip bară, care are 1 spiră pe primar și 160 de spire pe secundar, este utilizat pentru o gamă standard de ampermetre care au o rezistență internă de 0,2Ω. Ampermetrul trebuie să dea o deplasare completă a scalei atunci când curentul în primar este de 800 A. Calculați tensiunea și curentul maxime din secundar pe ampermetru.

Curentul în secundar:

Tensiune pe ampermetru:

Putem vedea mai sus că, deoarece secundarul TC este conectat prin ampermetru, care are o rezistență foarte mică, căderea de tensiune pe bobina din secundar este de numai 1,0 volți la curentul primar maxim.

Dar, în cazul în care ampermetrul a fost îndepărtat, înfășurarea din secundar devine efectiv deschisă și, prin urmare, transformatorul acționează ca un transformator step-up. Acest fapt este datorat în parte creșterii foarte mari a fluxului de magnetizare în miezul secundar, deoarece reactanța de scăpări din secundar influențează tensiunea indusă în secundar, deoarece nu există curent opus în bobina din secundar pentru a preveni aceasta.

Rezultatul este o tensiune foarte înaltă indusă în bobina secundarului egală cu raportul: Vp (Ns/Np). De exemplu, presupunem că transformatorul nostru de curent de deasupra este utilizat pe o linie de alimentare cu tensiune trifazică de 480 volți. Prin urmare:

Din acest motiv, un TC nu trebuie să rămână niciodată deschis sau să funcționeze fără sarcină când curentul principal din primar circulă prin el, la fel cum un transformator de tensiune să nu funcționeze niciodată în scurtcircuit. Dacă ampermetrul (sau sarcina) urmează a fi îndepărtat, trebuie să se pună un scurtcircuit mai întâi pe bornele secundarului pentru a elimina riscul de șoc.

Această tensiune ridicată se datorează faptului că, atunci când secundarul este circuit-deschis, miezul de fier al transformatorului funcționează la un nivel înalt de saturație și fără nimic să-l oprească, produce o tensiune în secundar anormal de mare, iar în exemplul nostru simplu de mai sus, acest lucru a fost calculat la 76,8kV!. Această tensiune înaltă din secundar poate deteriora izolația sau poate provoca șocuri electrice în cazul în care terminalele TC sunt atinse accidental.

Transformatoare de curent portabile

Mai sunt disponibile și TC cu miez care au un capăt detașabil, astfel încât conductorul de sarcină sau bara-magistrală să nu fie deconectat pentru a fi instalat. Acestea sunt disponibile pentru măsurarea curenților de la 100 până la 5000 de amperi, cu dimensiunile ferestrelor pătrat de la 1 "până la peste 12" (de la 25 la 300 mm).

Atunci, pentru a rezuma, TC este un tip de transformator de instrument folosit pentru a converti un curent din primar într-un curent din secundar printr-un mediu magnetic. Înfășurarea din secundar oferă un curent mult redus, care poate fi utilizat pentru detectarea condițiilor de supracurent, a curentului sub valoare, a vârfului sau a curentului mediu.

Primarul unui TC este întotdeauna conectat în serie cu conductorul principal. Curentul nominal din secundar este evaluat la 1A sau 5A pentru ușurința de măsurare. Construcția poate fi cu o singură spiră în primar, ca în cazul tipurilor toroidale, gogoașă sau bară, sau câteva spire înfășurate în primar, de obicei pentru rapoarte de curent redus.

TC sunt destinate a fi utilizate ca dispozitive de curent proporțional. Prin urmare, o înfășurare secundară a TC nu ar trebui niciodată să fie acționată într-un circuit deschis, la fel cum un transformator de tensiune nu ar trebui să funcționeze niciodată în scurtcircuit.

Tensiuni foarte mari vor rezulta din circuitul deschis al secundarului unui TC, astfel încât bornele lui trebuie să fie scurtcircuitate dacă ampermetrul este scos sau când un TC nu este utilizat înainte de alimentarea sistemului.

În următorul tutorial ne vom uita la ceea ce se întâmplă când conectăm trei transformatoare individuale într-o configurație stea sau delta pentru a produce un transformator de putere mai mare, denumit Transformator trifazat, folosit pentru a furniza alimentare în trei faze.