Perché VT non può essere cortocircuitato e CT non può essere aperto? Spiegato

Sappiamo tutti che un trasformatore di tensione (VT) non deve mai funzionare in cortocircuito, mentre un trasformatore di corrente (CT) non deve mai funzionare in interruttura. Il cortocircuitare un VT o l'apertura del circuito di un CT danneggerà il trasformatore o creerà condizioni pericolose.

Dal punto di vista teorico, sia i VT che i CT sono trasformatori; la differenza sta nei parametri che sono progettati per misurare. Quindi, perché, nonostante siano fondamentalmente dello stesso tipo di dispositivo, uno è vietato dal funzionamento in cortocircuito mentre l'altro non può essere in interruttura?

In condizioni di funzionamento normale, l'avvolgimento secondario di un VT opera in una condizione quasi a interruttura con un'impedenza di carico (ZL) molto alta. Se il circuito secondario viene cortocircuitato, ZL scende quasi a zero, causando un flusso massiccio di corrente di cortocircuito. Ciò può distruggere l'equipaggiamento secondario e rappresentare rischi di sicurezza gravi. Per proteggersi da ciò, un VT può avere fusibili installati sul lato secondario per prevenire danni da cortocircuito. Ove possibile, i fusibili dovrebbero essere installati anche sul lato primario per proteggere il sistema ad alta tensione da guasti nell'avvolgimento ad alta tensione del VT o nelle connessioni.

Al contrario, un CT opera con un'impedenza (ZL) molto bassa sul lato secondario, effettivamente in uno stato di cortocircuito durante il funzionamento normale. Il flusso magnetico generato dalla corrente secondaria si oppone e annulla il flusso della corrente primaria, risultando in una corrente di eccitazione netta molto piccola e un flusso di nucleo minimo. Pertanto, la forza elettromotrice (FEM) indotta nell'avvolgimento secondario è tipicamente solo poche decine di volt. 

Tuttavia, se il circuito secondario si apre, la corrente secondaria scende a zero, eliminando questo effetto demagnetizzante. La corrente primaria, invariata (poiché ε1 rimane costante), diventa interamente corrente di eccitazione, causando un aumento drammatico del flusso di nucleo Φ. Il nucleo si saturerà rapidamente. Data la presenza di molti giri nell'avvolgimento secondario, ciò comporta una tensione molto alta (possibilmente raggiungendo diverse migliaia di volt) tra i terminali secondari aperti. Questo può provocare la rottura dell'isolamento e rappresenta un grave rischio per il personale. Pertanto, un circuito secondario aperto su un CT è assolutamente vietato.

Sia i VT che i CT sono trasformatori in principio—i VT sono progettati per trasformare la tensione, mentre i CT trasformano la corrente. Quindi, perché un CT non può essere in interruttura mentre un VT non può essere in cortocircuito?

In condizioni di funzionamento normale, le FEM indotte ε1 e ε2 rimangono sostanzialmente costanti. Un VT è connesso in parallelo al circuito, operando a tensione elevata e corrente molto bassa. La corrente secondaria è anche estremamente piccola, quasi zero, formando una condizione bilanciata con l'impedenza quasi infinita di un circuito aperto. Se il secondario viene cortocircuitato, ε2 rimane costante, costringendo la corrente secondaria a aumentare drasticamente, bruciando l'avvolgimento secondario.

Analogamente, per un CT connesso in serie al circuito, esso opera a corrente elevata e tensione molto bassa. La tensione secondaria è quasi zero in condizioni normali, formando uno stato bilanciato con un'impedenza quasi zero (cortocircuito). Se il circuito secondario si apre, la corrente secondaria crolla a zero, e l'intera corrente primaria diventa corrente di eccitazione. Questo causa un rapido aumento del flusso magnetico, portando il nucleo in profonda saturazione e potenzialmente distruggendo il trasformatore.

Pertanto, anche se entrambi sono trasformatori, le loro diverse applicazioni portano a vincoli operativi completamente diversi.