. '-- .--,)

T R A S F O R M A T O R I D I M I S U R A

GENERALITA'Gtl strumenti di misura vengonorometriche e vo1tmetriche, nonp1ice 1~ costruzione, sia perch~,sarebbero pericoli per chi usasseb1ema di ridurre le intensità e lebe~c adoperando i cosiddettisità di corrente prendono ilp~r le tensioni prendono il nomeL'uso di questi trasformatori ~I) Economia: cio~ per impiegare

più facilmentereperi bl1 i .

Sicurezza: speci al men te -quandocuiti a tensione

Precisione:si possono usareprecisi, anchei TV ed i TAdi grande portata

I di corrente TA, dovendo misurare un'intensità di corren-te. 'avvo1~imento primario collegato in serie sulla linea sullaquale effettuare la misura.Il del C.E.I. per rappresentare un trasformatore di cor-

Per

-

2)

3)

TRASFO~MATORI DI CORRENTEtrasformatori

hanno 1si deve

segno graficorente è in fig.!

dove I""".(.I",~daria.

i TA si definisce 11

sono

E1 da dire che laI!W\L ~ normal izzata, cio~

Ad esempio:

kl\'\ - ~OOA-- iA".'

generalmente allestiti per portate a~pe-eccessive, sia perch~ ne risulta più sem-

specialmente con le alte tensioni, vi.gli strumenti stessi. Ebbene il pro-

tensioni valori modesti si risolveche, per le inten-

corrente (TA) e

aTrasformatori di misuranome di trasformatori di

di trasformatori di tensione (TV).molto esteso per i seguenti motivi:

strumenti di misura di modesta portatacostruibili, meno costosi e pia facilmente

su c~r~si tratta di effettuare misuresuperiore ai 400 V.strumenti con autoconsumo limitato e più

tenendo conto degli inevitabili errori c~eintroducono nelle misure. Gli strumenti

hanno sempre limitata precisione.

F'6.~

RAPPORTO NO~INALE di corrente

k"" ~

corrente nominale primaria e secon-

J: 1\'\ .J. 4A °fP"'~ ::o. SA

-> =- .400 ~ ..oL. ~

-,"

I TA, come si è già accennato, vengono usati anche quando è richiestol'isolamento dalla rete.A tal proposito si supponga di avere una linea monofase e di volermisurare la corrente~ ebbene si agirA come in fig. 2

Si agisce in questo modo, quando la lineainfatti volendo applicare uno strumento suto deve essere isolato per tale tensionetano nei valori di targa anche la tensionepuò essere sopportata).Allora se 10 strumento non è isolato adeguatamente, si ricorre a111usodi un TA, adottando particolari accorgimenti, infatti alle alte tensio-ni il secondario può assumere tensioni pericolose a causa della capa-cita e1ettrostatica del trasformatore (i due avvo1gimenti in rame se-parati da111iso1ante costituiscono le due armature di un condensatore).[I da tenere presente anche la capacitA tra linea e terra, perciò èprudente connettere a terra un morsetto del secondario, come in fig.3

-L I fmu~

F16. ~" IB

,,,II

II- -

- - -- - -

N.B. La messa a terra può avvenire anche in B (fig.3), l'unica dif-ferenza è che in piO c'è la caduta ne11'amperometro.Ino1 tre. và sempre II:pnnessa a terra la: carcassa metall ica del TA, inquanto la carcassa può avere un potenziale pericoloso perchè bisognaconsiderare le capacità tra avvo1gimento e carcassa e tra carcassa eterra.N. B. Imisure

TA vengono usati non solo per misure didi tipo wattmetrico.

FIGrJ,

è a media tensioneuna tale linea, 10

{infatti gli strumentidi isolamento massima

(es:IOKV);strumen-

presen-che

~orrente, ma anche per

_.,.

DI FUNZIONAMENTOo due circuiti (primario e secondario)

PRINCIPIO Dconsiderino

ebbene pos

-Si considerino due circuiti (primario e secondario) mutuamente acco~ti, ebbene possiamo scrivere:

N~ ì~ ,. N~ i l ~ N~ fio ~ tR, i .

Ora se agiamo in modo che la corrente a vuoto del trasformatore I~Isulti molto minore di I~ è possibile scrivere: ~

. .

N",Ii, + N.£ IJ, = o

e da questa, deriva che per i moduli di i~ ed Ì, sussiste la re1azior

due circuitipossiamo

. .N4, I. i,. + tJ~ I J, ~ o

da questa, deriva che per i moduli di i~ ed Ì,t sussiste la relazione.I -\. -= !:!t.. ~ I"). = I 1 . th.~L ~ ~

sempre nell'ipotottiene rendendoSi può ridurre amateriale di altriali sono costi

Si puO ridurre al minimo la rimateriale di altissima permeabria1i sono costituiti da leghema110y,mumeta11, ect.Rendere piccolo il flusso l sisia piccola, al limite zero, eA questo punto diciamo che:

~ il rapporto teorico cioè ilzione di un TA, al quale perO,ge mai. quindi si definisce il

è il

ge mai.costruttore)

I~~ corrente primaria nominale\<'"

.~-ItM - corrente secondaria nominale

Esiste poi il rapporto effettivo K ~ J che non è neanche costante atutti i carichi cioèK~ dipende dalle condizioni di funzionamento.E' da dire che il rapportoK.non si conosce in modo preciso, ed al-lora ci si riferisce al rapporto Kn, introducendo cos1 un errore,detto ERRORE DI RAPPORTO, definito come segue:

I.1l~~"c..) -l../K...l'''/t<...

-:n-v -: .l.1l~~"c..)-I~/t{"fI: I,.j("fI-I~= t<,.,.-I~/rl. ::.K",-I<~"" r.~ / t<,.. I-\. I ~ /IJ. ~ 4bdove r~ A la corrente che effettivamente circola nel secondario,mentre I-i è la corrente che si ipot1zza che circol i nel primario inb a s e a k IW\ . I n o 1 t r e i n u n T A d o v r e b b e e s s e r e I~ e l J. e s a t t a m e n t e a I-F..:a 1 n..n

-:

dove

base a KIfI

fra loro

IJ

:1:4

accoppia-mutuamentescrivere:

::.

ri-

-=-0

:: tJj.. =.> I 'l. = I '1 . W 1-

1.~ sia trascurabile risM:to a l"" e ciO sia la riluttanza e/o il flusso i.o la riluttanza magnetica del nucleo usandopermeabilitA alle basse induzioni. Tali mate-a leghe a base di ferro e nichel chiamate per

-

usando

di ferro e nichel chiamate per-

che la tensione al secondario,ndizione di corto circuito.

nichel

so Jzero,

significa che la te cio~ condizione cortodie

che:\(t = ~

~cioè il rapporto a cui si tende nella costru-le perO, come si è fatto notare, non si giun-nisce 11 rapporto nominale (che è fornito dal

; =

1800a

1~1:~

in ef~etti è oppure

1..

Si ha perciO nei TA un errore di fase il quale è variabile col caricodel TA.N.B. L'esistenza di tale angolo non provoca errori nella misura di cor-renti ma ne provoca nella misura di potenza ed en~rgia. Nel caso piùComune di carico induttivo, un Wattmetro alimentato attraverso TA segnain più se l'angolo E è positivo, e segna in meno se l'angolo è negativo.

- PRESTAZIONE DEI TA. CLASSI DI PRECISIONEUn trasformatore di corTente TA non può alimentare un numero qua1sivo-glia di amperometri o circuiti amperometrici, altrimenti resta sovrac-caricato ed i suoi errori di fase e di rapporto escono dai limiti di

garanzia.Viene quindi definita una PRESTAZIONE (in vo1tampere VA), cio~ la poterza apparente che può erogare senza uscire dai limiti di errore. Tale pltenza va riferita al valore nominale della corrente secondaria ed al rl1àtivo fattore di potenza, per cui si parlerà di prestazione nominale.Si introduce pure una prestazione effettiva che ~ il prodotto tra ten-sione e corrente che in un certo momento il TA eroga. Dal punto di visodella precisione, i TA impiegati negli impianti elettrici a frequenzaindustriale sono divisi in classi, cui corrispondono determinati limit'massimi per gli errori di rapporto e di fase; le principali sono le seg u e n t i : --- -- .

in cuin cui valgono i limiti sopracorrente primaria fra ,il 50 ecos~= 0,8 induttivo, compreso

condizioni inper i TA: cocarico, a cofJrél$tazione.

Le

a)b)

VA) t cioédi errore.

secondaria

la poten-Tale po-

ed al re-

voltampereuscire dai limiti di errore. Tale po-

le della corrente secondaria ed al re-si par1era di prestazione nominale.

effettiva che è il prodotto tra ten-omento il TA eroga. Dal punto di vistaegli impianti elettrici a frequenza

cui corrispondono determinati limitie di fase; le principali sono le se-

.

impiegati nin classi,

di rapporto

neglilimitile se-

determinaticuie di sonoprincipali

in generale:nominaleil 25% de 11 a

riportati, sono11 120% dellafra il 100% e

o'

I parametri caratterizzanti d1

TENSIONE DICLASSE. D IPRESTAZIONEFREQUENZA DIRAPPORTO

N.B.rò

che presentano più rapporti ediverse classi di precisione.

Esistono TAcorrispondono

"..

-5-un TA sono (dati di targa):

ISOLAMENTO (per l'isolamento)PRECISIONENOMINALEESERCIZIONOMINALE

più prestazioni a cui pe-

TRASFORMATORI DI TENSIONE

Un trasformatore di tensionerivazione fra i morsetti di

Analogamente ai TA, per i TV si definisce il rapporto nominale di tensio-ne

doveV~i e~~~ sono rispettivamente la tensione nominale primaria e secon-daria; si definisce poi il rapporto teorico

,k :; ~t NJ.

-~ ~, -~ftftft_.ft _~~_..4~_.ed 11 rapporto effettivo:v ,,~r\~~ Vi.

che non ~ costante a tutti i carichi.porto. definito come segue:

..1 "-\'4 i - K K"" - "" U!1"1 - ""-~ - V -

-L Ktl!:K",

Inoltre poichè la tensione V~ ap~licata al primario non è esattamente a1800 con la tensione Vt,come invece lo sono le f.e.m. -E-1, ed E,z"ribal--tando la v~ di 1800 risulta (fig.5) che la -V~ è sfasata di un certo an-9010£ rispetto a V"detto angolo di errore.

-6-

;ione (o voltmetrico, o TV) sarA collegato in de-I di cui si vuol misurare la d.d.p. (fig.4)

"-4 .lo O

"F r G, 4tl2. .~

V:J.

V

-

" \,tt\VJ.rft.

--

introducendo cos1 l'errore di rap-

7 ~~

FIG.5

Vediamo ora per i TV quali sono le condizioni circuitali e di funziona-mento affinchè gli errori di fase e di rapporto siano ridotti.Facciamo riferimento allo schema di fig.4

casoEbbene i n ta 1

(primario) =

(secondaria)

Al primario se facciamospetto a E.i~risulta: .

V~ ~Analogo discorso al secondario e con l'ipotesiassorba solo piccole correnti, risulta

11Facendo rapporto

11 moduloSapendo che

K N~=

risulta che-

quindi è giusto scrivere

\( hob&o -:.

e si tende a tale rapporto nella costruzione dei TV.

PRESTAZIONE. CLASSIUn trasformatore di tensione non può alimentare un numero qua1sivog1iadi vo1tmetri o circuiti vo1tmetrici, perchè oltre un certo limite essoresta sovracc~ricato; quindi aumentano i suoi errori d'angolo e diporto e possono uscire dai limiti fissati dal CEI.Per prestazione s'i~tende la potenza apparente in (vo1tampere)dal complesso di strumenti alimentati dal secondario. Tale potenza(scritta sulla targa del trasformatore di misura) va riferita alre nominale della grandezza secondaria.

possiamo scrivere:. .j Xi. I~++

++

I i p o t e 5 i c h e R~ I -i X" I~ siano trascurabil i ri-e

tJ}.E~

che 10 strumento (fig.4)

.El. (t)...,

( t) si ottiene:(2)

E..1

etra

tJ~Nl

...,-

è

N,t...

...

.s"

N~

DI PRECISIONE

l

COMPORTAIIINTO 1181 TRASFORIIATORI DI CauutNTI AUTOCOIIPINSAtt

La diffusione dei trasformatori di corrente c~nsati elettronicaMente in dif-ferenti applicazioni s1a nei laboratori di .isura di precisione sia in re.poindustriale cOMporta l'esigenza di verificare la loro i..unitl alle interferen-ze causate dall'inquinamento dell'ambiente in cui si trovano ad operare. In as-senza di una specifica nonDItiva gli autori sulla base delle esperienze acquisi-te nella utilizzazione dei trasfonnator1 di corrente autocompensat1, e delle in-dicazioni fornite dalle ratcomandaz1oni nazionali ed internazionali per apparec-chiature di tipo s11111are, suggeriscono alcune soluzioni che possono essereadottate nelle prove di illlll.miti per questi dispos1tiv1. Un'indagine sperf_nta-le f stata condotta su trasformatori di corrente cOMpensati elettronicamente, ditipo c..-rciale caratterizzati da esteso ~ di funzionamento in corrente(100 JJA - lOOA) ed in frequenza (50 - 5000Hz).

1. INTRODUZIONE. gruppi di conversione ed a quella di transitori divaria natura quali fluttuazioni. variazioni impul-

Attualmente sono disponibili sul mercato trasfor- sive. sovracorrenti. variazioni di frequenza /2/._tori di corrente cOlipensati elettronicamente Nel caso specifico dei trasfonnatori di corrente(TAC). le cui caratteristiche peculiari sono: (i) compensati elettronicamente occorre inoltre tenerdimensioni particoll,.nte ridotte rispetto I presente i rumori generati internamente al dispo-r uel1e dei trasfol"llltori di corrente tradiziona11. sitivo dai cOlllpOnenti Ittivi e passivi illlpiegati

11) frequenze di illpiego cOliprese tra 50 e 1000 Hz per rea11zzare 11 circuito di cOlipensazione. Evi-iii) possibilita di avere uscite di tipo voltme- dente8ente l'..piezza del rumore intrinseco costi-

trico. (iv) illipedenza prilllrii est nte bls- tuisce una caratteristica propri I del dispositivosa. (v) possib11 iU di raggiungere precisioni ed 11 costruttore ne deve tenere conto nel1e spe-estremamente elevate con costi accettabili. Questi cifiche.requisiti hanno reso possibile una notevole diffu-sione dei TAC sii nelle applicazioni industri,li a LI possibile influenza sui TAC di sorgenti di in-frequenza di rete ed al1e frequenze acustiche sia terferenza irradiata e/o condotta. comporta duenelle misure di elevata precisione dove essi ven- ordini di probl..i: il pri80 t quello di introdur-9Ono impiegati per il condiziona.ento dei segnali re il concetto di immunita per questi dispositivi.di corrente. il secondo t quello di definire un'adeguata meto-

dologia di misura Il fine di verificare il livelloNel1e differenti IIOda1tU di impiego. come hanno di illlllUnita dei TAC nei riguardi dei diversi tipidilllOstrato recenti indagini /1/. i TAC sono sog- d'interferenza.getti ad interferenze che ne possono ridurre l'ac-curltezzl Il di sotto dei limiti ottenibili teori- E' noto che come i-.unita a un disturbo si defini-camente. Le sorgenti di disturbo possono classi- sce 11 capacita di un apparecchio di funzionareficarsi in quel1e che interferiscono in modo ir- senza degrado di qua11U in presenza di una per-radiato sul dispositivo ed in quelle di tipo con- turbazione elettromagneticI. Nel caso specificodotto che alterino 11 segnale di corrente app11- dei trasfor'lllltori di corrente cOlllpensati elettro-Cito Il pri_rio del TAC. Trl le prime le piO illl- nicI..nte l'individuazione di tale li_ite potrebbeportanti sono: i callpi _,neUci in corrente con- non essere unico. 111 funzione del1a classe di pre-tinul o lentamente vlriabili. i campi magnetici in cisione richiesta e quindi del tipo di Ipplicazio-corrente alternata prodotti da correnti I frequen- ne che 11 TAC t chil...to a svolgere. SeIIbr. evi-za uguale o piO elevata di quelli di funziona..n- dente che piO spinte sono le prestazioni desidera-to. i c.., i elettrici prodotti da tensioni a fre- te. piO elevato sara il grido di immunita neces-quenza uguale o superiore I que111 di funzionl- sarto a110 scopo: cil> potrebbe comportare un in-mento. i campi elettromagnetici prodotti da sor- crelllento dei costi di produzione con la conseguen-genti I rldiofrequenza. Trl le seconde sono rl1e- te lIinore incidenza di uno dei requisiti che 11-vanti i ritorni di terra e l'inquinamento del1a scii preferire Auesti trlSfol'llltori di correnterete d'alimentazione dovuto essenzialmente 1111 a quelli di tipo tradizionale. Il secondo proble-presenza di armoniche di corrente generate da 111. e ciot l'individulzione di adeguate metodolo-

gie di misura. comporta sii Il scelta di Ipparet-(1) M. D'Apuzzo - Diparti..nto d'Ingegneria Elet- chiature e cO8pOnenti con specifiche definite sia

trica - Universita de l'Aquila. la corretta individulzione dei para..tri funziona-(2) M. Sivasuno - Centro di Studi sui CIlcolltori 11 quali ad esenpio portata. cltllpo di frequenza.

Ibridi. CNR Napoli. impedenza del circuito d'uscita.

1988 1c3-5

IN AllBIIJITK INQUINATO

N. O'Apuuo (1), N. Savut8no (2)

lc3-5 N.O'Apuz&o, I:.Sav.at8no: Comport_nto dei truforlllltor1 di corrente autocOtlpellaati

J. ESEMP! C: iMHl60

La natura dell' interferenza ed 11 11vello di i.muniti richiesto per il TAC dipendono dal tipo diapplicazione. Vengono pertanto riportati alcunitipici esenpi di i.piego dei trasfol"'llllltori Cal-pensati elettronicamente secondo 10 sch... di fig.la. _ssi a punto presso 11 Dipartillento Elettricoper l'Energia dell'Universitl di Napoli. in colla-borazione con 11 Dipartillento Elettronico ed 11Centro di Studi sui Calcolatori Ibridi del CNR.

a) TAC cupione 161

I trlsfol"'llllltori di corrente COIIIpenslti elettroni-Mell1 fig. 1 sono riportati g11 sch.i del prin- CUleflte sono stati ut11izzlti COIIIe callpioni percipio di funzionallento dei trasfol"'llllltori per cor- ca1fbrlre sii trasfol"8tori di tipo tradizionalerente alternata cOlpensati elettronicaMente: II sii piccoli trasfon81tori per strumentazione elet-tecnica di cCllpenslzione consiste nel ridurre I troni CI. I TAC ut11 izzlti. Il variare sia del ca-zero 11 flusso IIIIgnetico nel nucleo 111l1entando rico Il secondario sii della frequenza tra 50 Hz eopportunamente l'evvolgillento secondario trUlite 1250 Hz hanno presentato errori di rapporto ed an-un l.p1fficltore operazionale Il qulle . Ipp1fcato go10 contenuti rispettivUlente entro 10 0.011 eun segnale proporzionale Il flusso stesso ottenu- 0.06 ctrld. In questo tipo di applicazione occorreto da un IVvo"gillento d'ingresso Ns. considerare essenzillllente le interferenze dovute

sia li c_i ugnetici che ai rldiodtsturbi. Iprimi danno luogo Id inconvenienti solo se intera-giscono con gli Ivvolgillenti d'ingresso e di c--pensazione. I secondi contraddistinti da frequenze~ di gran lunga superiori a quelle d'impiego dei TAC

N R possono dar luogo ad inconvenienti se 11 circuito, di c_pensazione non t sufficientemente schel"'lllllto.

Occorre considerare anche 11 rumore intrinseco deidispositivi riducendolo mediante un'adeguata scel-

) ta dei componenti attivi e passivi del circuito di. c08pensazione elettronica. Nel caso specifico 11

trasfo...tore di misuri operi in regi... staziona-- rio ed il rumore intrinseco del dispositivo viene

mediato dalle apparecchiature nulleriche i.,iegate.

: R b) Trasfol"'llllltore di tensione cUlpione lutocompen-iitO'iTift ron i ca_nte7Tl

I TAC sono stati inseriti Il primario di trasfor-matori di tensione di tipo tradizionale come sen-sori dell1 corrente primaria: in questo 8Qdo. tra-lIite un circuito di ..,lificazione ed un Ivvolgi-.nto ausiliario. pe...ttono di compensare le ca-dute di tensione Il prillllrio del trasformatore ditensione InnullaRdone praticUlente g1f errori di

) rapporto e di angolo nel funziona_nto I vuoto.lnb questo tipo di appliclzione i TAC. alla frequenzadi rete. devono rilevare correnti dell'ordine del-Fi,. 1 - ScheIai di principio di trasfon81tori di la decina di fIA ed operino necesslri_nte in

corrente COIIIp8nslti elettronic...nte. prossillitl di trasfonnatori di tensione. Possonopertanto essere rilevanti disturbi esterni ed in-terni che sovrlpponendosi .1 segnale d'ingressoriducono l'efficlci. della cCllpensazione.

14 froflte dei n~nciiCiti probìetlli, Nrcò a1 ;lo stateuna ~rmetiva specifica: divie~ Quindi indispen-sabile trasferire al caso dei trasfonlltori dicorrente cGlpensati elettronicamente le esperienzeacquisite in altri settori.

Nella presente IIIIIIIOrfa 91f autori riferiscono dfun fndagfne svolta su alcuni TAC. attual8eflte pre-senti sul mereato .frata ad accertare 11 1fvell0di f._mftl df tali dfsposftfvf nei riguardi dfdifferenti sorgenti df disturbo.

2. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO.

la f1g.11 rlppresentl 11 soluzione che 1l1p1egl unterzo IvvoTg1Mf1to COlle sensore del flusso _gne-t1co /3/. Nel TAC di fig. 1b. oltre Il terzo IV-vol y1_nto. ne viene 1l11p1egato un quarto che eut1 1zzlto co.e Ivvolg1mento secondlr10 di un tra-sfol"8tore di corrente di tipo trld1z1onale. Inquesto ClSO l'Ulpl1f1cltore deve fom1re solo lapotenzi necessari I per annullare 11 flusso risul-tante pari 1111 differenzI trl le tensionit1che pr1..r1a e secondar1I/4/.

Nena presente nota, l'indagine 'non t stata estesaai trufo tori di corrente autocQlpensaU chepossono funzionare anche in corrente continua poi-cht le toro caratteristiche costruttive in generenon consentono di ottenere elevate precisioni /5/.

Nel seguito verranno presi fn es.. TAC f1 cuiprincipio df funzfona.."to t IK)strato fn ffg.la:essi hanno fl vantaggio df presentare l'uscfta fntensione che pub essere utf1 fuata dfrettallentecome ingresso di convertitori analogi co/nulleri ciper l'elaborazione numerica del segnale.

":;'

~:0

2

c) Mfsuratore di energia e di potenza elettricIro

Il TAC f stato illlpiegato sia COllI trasduttore dicorrente sia per la COIIpensazione degli errori diun trasformatore di tensione di tipo tradizionale.In tal 8Odo f stato possibile ridurre drasticamen-te gH errori d'angolo dei due canili d'ingressoal contatore per il quale f stata ottenuta un ac-curatezza dello 0,11 con variazioni del caricotra il 100 e l'1S e con COI. -I e cos, - 0,5,grazie all'i.piego COie MOltiplicatore di un con-vertitore IlU8erico-analogico. In questo tipo diapplicazione i TAC lono installati all'interno diun'apparecchiatura di .isura di tipo elettronicodotata di proprio a11l1entatore. Dovendo l'ap-parecchiatura operare su11a rete, occorre tenerpresente anche de11e interferenze di tipo condot-to, dovute ad eventueU ennoniche o trensitoripresenti sulle linea di alillentlzione.