Che cos'è il trasformatore di corrente core balance (CBCT)?

Il trasformatore di corrente con bilanciamento del nucleo (definito anche CBCT) è un trasformatore di corrente di tipo ad anello (CT) attraverso il centro del quale passano tre cavi unipolari o un singolo cavo a tre conduttori di un sistema trifase. Quel cavo a tre conduttori forma l'avvolgimento primario di CBCT.

In altre parole possiamo definire come un TA di sequenza zero (ZCT) è noto anche come TA di bilanciamento del nucleo (CBCT) è un tipo speciale di trasformatore di corrente (TA) che rileva la presenza di corrente di sequenza zero durante il guasto di cortocircuito (come LG guasto) condizione che causa uno squilibrio nel sistema 3-fase.

Core Balance Current Transformer funziona sul concetto di bilanciamento della corrente a sequenza zero in un sistema trifase. Ecco perché è noto anche come trasformatore di corrente a sequenza zero (ZCT). I toroidi toroidali sono generalmente utilizzati per la protezione da guasto a terra (o protezione differenziale) per impianti elettrici di media tensione. Un tipico CBCT è come mostrato nella figura sottostante.

A differenza del trasformatore di corrente (CT), l'avvolgimento primario del CBCT è formato con un cavo a tre conduttori che passa attraverso il centro del suo nucleo di ferro e anche la bobina secondaria del CBCT è avvolta sul suo nucleo di ferro ad anello ed è collegata al relè di guasto a terra.

Principio di funzionamento di CBCT o ZCT

Un trasformatore di corrente core balance (CBCT) funziona secondo il principio del bilanciamento della corrente di sequenza zero nel sistema 3-fase. Quindi è anche chiamato trasformatore di corrente a sequenza zero (ZCT). Il principio di base del funzionamento del trasformatore di corrente a sequenza zero è la corrente bassa di Kirchhoff: la somma della corrente in ogni nodo del circuito elettrico sarà uguale a zero.

Durante il normale funzionamento del sistema trifase poiché la somma vettoriale della sua corrente di fase ( Īa più Īb più Īc=0 ) è zero. Pertanto nessuna corrente di sequenza zero residua sarà presente nell'avvolgimento primario di CBCT. Pertanto non ci sarà alcun flusso sviluppato nel Core della CBCT. Quindi nessuna corrente fluirà nel circuito secondario di CBCT.

Mentre in condizioni anormali, quando la somma della corrente di fase non sarà zero. Quindi, a causa dello sbilanciamento della corrente di fase, una corrente di sequenza zero scorrerà nel circuito secondario di CBCT. Quindi il relè di guasto a terra collegato al secondario di CBCT verrà eccitato e isolerà il sistema sano con l'aiuto dell'interruttore automatico.

Siano Īa , Īb e Īc le correnti di linea del sistema trifase e Φa , Φb e Φc siano le componenti corrispondenti del flusso magnetico sviluppato nel nucleo di un TA o CBCT a sequenza zero. Supponendo che la CBCT operi in una regione lineare, il flusso magnetico sviluppato nel nucleo della CBCT sarà direttamente proporzionale alla corrispondente corrente di linea. Quindi può essere scritto come:

Φa=kIa

Φb=kIb

Φc=kIc

Qui (k) è costante di proporzionalità. Poiché qui tutte e tre le correnti di fase producono un flusso magnetico corrispondente nello stesso nucleo di ZCT (stesso materiale magnetico). Quindi la stessa costante di proporzionalità (k) viene utilizzata in tutti i flussi di fase.

Quindi sarà il flusso magnetico risultante nel nucleo di ZCT o CBCT

Φr=k(Īa più Īb più Īc) (1)

Ma come tutti sappiamo dal concetto di componenti simmetrici

(Īa più Īb più Īc)=3Ī0 = Īn(2)

Qui Īn è la corrente neutra e Ī0 è la corrente di sequenza zero nel trasformatore di corrente. Quindi dalle precedenti equazioni (1) e (2), possiamo concludere come

Φr = k.Īn (3)

Consideriamo ora due casi

Caso 1: durante il normale funzionamento del sistema trifase

Come sappiamo che Īa più Īb più Īc=0 (4)

Qui confrontando le equazioni (1) e (4), abbiamo ottenuto il risultato come:

Il flusso risultante netto (Φr=0) è zero. Significa che nessuna corrente fluirà nel circuito secondario di CBCT. Quindi il relè di guasto a terra non funzionerà in normali condizioni di salute.

Caso 2: durante un guasto a terra (ad esempio guasto LG) in condizioni anomale, la corrente di fase nel cavo a tre conduttori che passa attraverso il centro del trasformatore di corrente non si bilancerà. Quindi una corrente di sequenza zero scorrerà nel circuito secondario di ZCT. Si consideri, ad esempio, il caso di guasto da singola linea a terra (guasto LG).

Se=3Ia0 = In (5)

Confrontando l'equazione (5) con l'equazione (3) abbiamo ottenuto che il flusso magnetico netto nel nucleo di CBCT non sarà zero. Ha un valore finito che indurrà corrente nel circuito secondario di ZCT. Pertanto quelle correnti secondarie fluiscono nel relè di protezione da guasto a terra e lo attivano. Per questo motivo, un core balance CT (CBCT) è anche chiamato zero sequence CT (ZCT).

Applicazione di CBCT o ZCT

Il trasformatore di corrente core balance (CBCT) viene utilizzato principalmente per la protezione dai guasti a terra delle macchine elettriche. Una delle sue importanti applicazioni come protezione dai guasti a terra del motore a induzione, discussa di seguito in dettaglio.

CBCT per la protezione del motore

Nella maggior parte dei settori, la CBCT viene utilizzata per la protezione da dispersione verso terra del motore industriale (3-motore a induzione di fase). In questo schema di protezione, il nucleo di CBCT circonda i cavi di alimentazione collegati con 3-motore a induzione di fase. I conduttori di messa a terra dalla guaina del cavo a terra devono essere portati attraverso l'occhiello del nucleo ZCT. Uno schema tipico è quello mostrato nella figura sottostante.

Il nucleo della CBCT è eccitato dalla corrente (Īa più Īb più Īc più Īguaina più Īterra).

L'effetto di ( Īguaina più Īterra ) viene annullato quando i conduttori di messa a terra vengono fatti passare attraverso l'occhiello della CBCT. Quindi lo schema di protezione risponde solo per (Īa più Īb più Īc) corrente nel motore asincrono.

Vantaggi della CBCT

Il vantaggio principale dell'utilizzo di CBCT come schema di protezione da guasto a terra è che in questo schema di protezione viene utilizzato un solo conduttore TA anziché tre conduttori come nel sistema convenzionale. Pertanto, il flusso magnetico richiesto per la produzione di una particolare corrente secondaria viene ridotto a un terzo (1/3), il che è il più grande vantaggio in quanto aumenta la sensibilità complessiva del sistema di protezione.

Anche il numero di spire secondarie del trasformatore di corrente non è richiesto in base alla corrente nominale del cavo perché non scorre corrente secondaria in condizioni operative normali poiché la corrente del sistema trifase è bilanciata. Ciò consente di ottimizzare le spire secondarie in funzione della corrente effettiva di spunto primario del TA.

Caratteristiche di ZCT o CBCT

Queste sono caratteristiche molto interessanti del TA a sequenza zero (ZCT) o del trasformatore di corrente con bilanciamento del nucleo (CBCT), queste sono menzionate di seguito come:

• Alta sensibilità
• Buona linearità
• Funzionamento affidabile

• Installazione comoda e facile

Selezione di CBCT o ZCT

La CT o CBCT a sequenza zero appropriata viene selezionata in base ai seguenti fattori.

Rapporto TA nominale: questo dovrebbe essere tale che anche nel più piccolo guasto a terra la corrente dovrebbe essere sufficiente per far funzionare il relè di guasto a terra.

Minima corrente di dispersione verso terra primaria

Corrente di eccitazione minima richiesta per la tensione operativa del relè

Tensione del punto di ginocchio

Dimensioni e diametro interno del TA (il diametro interno dipende dalla dimensione del cavo)