thumb|300px|Een stroomtransformator in een 150kV lijn thumb|300px|Vereenvoudigd vervangingsschema van een stroomtransformator Stroomtransformatoren worden ook wel CT's genaamd naar hun Engelse naam Current Transformers. Het zijn transformatoren die een meestal grote primaire stroom omzetten naar een maal kleinere secundaire stroom in een galvanisch gescheiden secundaire wikkeling.
Werking van de stroomtransformator thumb|200px|Principe van een stroomransformator thumb|300px|De werking van een stroomtransformator Een stroomtransformator heeft net als iedere andere transformator een primaire wikkeling, een secundaire wikkeling en een magnetiseerbare kern. Bij de venstertype- en de doorvoeringtype-CT's bestaat de primaire wikkeling uit één draad of staaf die door de magnetische kern gestoken wordt, wat beschouwd kan worden als één winding. Terwijl men bij een gewone spanningstransformator ervan uitgaat dat op de primaire wikkeling een bepaalde spanning wordt aangelegd, beschouwt men bij een stroomtransformator de situatie dat door de primaire wikkeling een bepaalde stroom vloeit. De primaire stroom zal de kern magnetiseren en in de secundaire keten een stroom induceren. Op een kleine foutstroom na vloeit deze stroom door de aangesloten belasting , waardoor daarover een spanning komt te staan. Deze spanning kan bij grote waarden van de belasting, of bij open secundaire aansluitingen, zeer hoge waarden aannemen, die de transformator beschadigen kunnen. Een stroomtransformator is onbelast als de secundaire wikkeling is kortgesloten. De stroom die dan door de secundaire wikkeling vloeit is inductief en ontwikkelt in het ideale geval geen vermogen. Als meettransformator zal men daarom de belastingsweerstand zo klein mogelijk kiezen.
De foutstroom bestaat voor het grootste deel uit een zuiver inductieve component, de magnetisatiestroom , die afgelezen kan worden op de magnetisatiecurve, en een resistieve component , die de ijzerverliezen weergeeft. De magnetisatiestroom is evenredig aan de veldsterkte .
De koperverliezen worden voorgesteld door een weerstand .
Algemene eigenschappen van stroomtransformatoren Zoals de naam het reeds beschrijft transformeren ze stroom. Als door de primaire wikkeling P1-P2 (vroeger K-L) een stroom vloeit zal aan de secundaire zijde s1-s2 (vroeger k-l) een stroom vloeien die maal kleiner is. Bij HS-netten dienen ze eveneens om het HS-net te scheiden van het meetnet.
Primaire stroom Ip De primaire stroom van de CT is volgens IEC 61869-2, voorheen IEC 60044-1 gestandaardiseerd in een decadische reeks 1 - 1,25 - 1,5 - 2 - 2,5 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7,5. Voor een bepaalde installatie moet de CT dan ook zo gekozen worden dat zijn nominale primaire stroom minstens even groot is als de stroom die erdoor zal vloeien. Indien de stroom groter is dan waarvoor de CT geschikt is, zal hij te veel opwarmen en de isolatie vroegtijdig verouderen en doorslaan.
Secundaire stroom Is De secundaire stromen zijn sterk beperkt door de norm en zijn normaal 0,5, 1, 2 of 5 ampère.
Overzetverhouding De eerste belangrijke eigenschap van de stroomtransformator is dus een overzetverhouding , die gelijk is aan de verhouding van het aantal secundaire wikkelingen of windingen en het aantal primaire wikkelingen. Merk op dat het zeer vaak een ringkerntransformator betreft, waarbij de primaire wikkeling slechts de geleider is die door de ring gaat. Dat is dus primair één winding. In de praktijk zal de secundaire stroom door inwendige verliezen steeds iets kleiner zijn dan berekend, en past men ratio-turn-correction toe of in gewoon Nederlands, men vermindert het aantal secundaire windingen zodat bij nominale belasting de secundaire stroom binnen de tolerantiegrenzen valt.
De inwendige secundaire weerstand De inwendige secundaire weerstand is de secundaire wikkelingsweerstand van de CT bij een temperatuur van 75°C. Deze waarde hangt af van de lengte van de draad (kernafmeting en het aantal secundaire windingen) en de draadsectie volgens de wet van Pouillet. Hoe kleiner hoe beter de stroombron.
Nauwkeurigheid thumb|300px|Stroomvectoren en en de foutvector thumb|300px|De stroomfout voor meet-CT's klasse 0,5 en klasse 1 grafisch voorgesteld De nauwkeurigheid van een CT wordt gegeven door de "klasse" van de CT. Die klasse-indeling hangt echter af van de soort en is verschillend gedefinieerd voor een meet- of protectie-CT. Uiteraard hebben ze allebei een primaire stroom , een secundaire stroom en een overzetverhouding . Uit deze 3 parameters kunnen wel enkele begrippen gedefinieerd worden die belangrijk zijn voor de nauwkeurigheid. De primaire stroomvector . De secundaire stroomvector wordt hier groter voorgesteld. Indien de fout 0 is zou gelijk moeten zijn aan . De totale foutvector (composite error) kan gezien worden als de samenstelling van: Een amplitudefout (ratio error), uitgedrukt in % en Een hoekfout (angle error), uitgedrukt in hoek-seconden Voor protectie-CT's is de hoekfout nooit afzonderlijk gemeten en wordt enkel de totale fout in % gemeten.
Belasting Een spanningstransformator is onbelast bij open secundaire keten; hij gedraagt zich immers als een spanningsbron.
Een stroomtransformator werkt net andersom en is onbelast bij kortgesloten secundaire kring. Sterker nog, bij het openen van de secundaire zal de transformator zoveel spanning trachten op te wekken zodat de secundaire stroom gelijk blijft aan ; zoveel spanning dat de isolatie van de transformator doorslaat en hij onherroepelijk beschadigd wordt.
De nominale belasting van een stroomtransformator is ; uitgedrukt in VA. De juiste weerstandswaarde van die belasting kan snel gevonden worden met de formule . Meettransformatoren worden best belast met de nominale belasting tot 1/4 van de nominale belasting omdat de meettransformator met die belastingen geijkt is.
Vermogen van de stroomtransformator in VA Het vermogen dat een stroomtransformator kan leveren is afhankelijk van het aantal wikkelingen en van de kernafmetingen.
Nut van een stroomtransformator Stroomtransformatoren worden ingezet voor het meten van hoge stromen. Als we bijvoorbeeld een stroom van 1000 ampère willen meten met een draaispoelmeter, dan zullen we de stroom eerst 200-maal omlaag moeten transformeren. Daarvoor is dus een stroomtransformator nodig. Er zijn grofweg twee verschillende groepen van stroomtransformatoren: Protectie- of beveiligingsstroomtransformatoren Meetstroomtransformatoren Aan deze twee soorten stroomtransformatoren worden verschillende eisen gesteld en daarom worden ze dan ook verschillend gedefinieerd volgens de norm (IEC 60044-1).
Protectie-CT's thumb|300px|Het verloop van de output van een protectie-CT tegen de stroom Zijn bedoeld om de installatie te beveiligen tegen overstroom of kortsluiting en hun nuttig werkingsgebied is daarom tussen en de kortsluitstroom die ettelijke malen bedraagt. Zij zijn niet zeer nauwkeurig bij kleine stromen () maar mogen tijdens een kortsluiting niet in verzadiging gaan. Daarom wordt hun nauwkeurigheid beschreven met een overstroomcijfer en een nauwkeurigheidslimietfactor ALF (Accuracy Limit Factor). Zij worden dus aangesloten op een of meer protectierelais Naargelang de toepassing worden ze op een andere manier beschreven De standaard protectie-CT's klasse "P" die enkel beschreven worden door hun AC gedrag in IEC 60044-1 Klasse PX CT's worden beschreven door de ligging van het kniepunt en hun secundaire wikkelingsweerstand . Klasse PR CT's worden beschreven zoals de PX CT's maar zij hebben een lage remanentie, kleiner dan 10%. Bij een DC-offset zoals bij inschakelstromen kan de klasse PX stroomtransformator door het remanente magnetisme snel in verzadiging gaan. Bij een klasse PR stroomtransformator bestaat dit risico niet. De CT's voor weergave van transiënt gedrag klasse "TP" worden beschreven door hun belasting , tijdsconstante en hun overstroomcijfer . Deze gelineariseerde CT's hebben luchtspleten in de kern om een zeer hoge verzadigingsspanning te bereiken. De fouten voor protectie-CT's volgens IEC 60044-1 vb. Een CT van klasse 5P10 heeft bij 10 keer de nominale stroom een maximale fout van 5% en bij nominale stroom maximaal 1%. Een CT van klasse 10P15 heeft bij 15 keer de nominale stroom een maximale fout van 10% en bij nominale stroom maximaal 3%.
Meet-CT's thumb|300px|Het verloop van de output van een meet-CT tegen de stroom thumb|300px|Antieke stroomtransformator voor gebruik van het meten van grote stromen door een multimeter (in dit geval de antieke AVO-8 multimeter). Zijn bedoeld om nauwkeurig de stroom te meten in het normale werkingsgebied van de installatie (van 0 tot ) en moeten in dit gebied dan ook zeer nauwkeurig zijn. Meet-CT's worden dan ook gebruikt voor de meting van het vermogen of het verbruik, die voor facturatie van de stroom gebruikt worden. Van hun nauwkeurigheid hangt vaak veel geld af. Uit veiligheid voor de meetinstrumenten die door de meet-CT gevoed worden is het wenselijk dat bij een kortsluiting in het net de CT in verzadiging gaat en niet de volledige kortsluitstroom in de meetinstrumenten stuurt. Dit wordt beschreven door de Instrument Security Factor SF. Het dilemma is natuurlijk om bij In (en ) nog zeer nauwkeurig te kunnen meten, maar bij bijvoorbeeld reeds in verzadiging te zijn. De nauwkeurigheid van een meet-CT wordt gegeven door de nauwkeurigheidsklasse die de amplitudefout geeft bij . We onderscheiden de klasse 0,2, 0,5, 1, 3 en 5. Bij de klasse 3 en 5 is geen hoekfout gespecificeerd door de norm. De fouten voor meet-CT's volgens IEC 60044-1 De nauwkeurigheid moet binnen de opgegeven tolerantiegrenzen liggen bij nominale belasting en bij 1/4 belasting. Een onbelaste meet-CT is bijgevolg niet nauwkeurig.
Verzadiging van de kern thumb|300px|De magnetisatiecurve van een stroomtransformator toont het kniepunt en het normale werkingspunt thumb|300px|De magnetisatiecurven van een stroomtransformator met twee overzetverhoudingen 1600-800/1A
Het kniepunt Op de BH-karakteristiek of magnetisatiecurve van de kern zien we duidelijk een verzadigingspunt of kniepunt. Het is het punt waar volgens IEC een toename van 50% van de magnetisatiestroom slechts 10% toename van secundaire klemspanning geeft. Hierdoor zal de magnetisatiestroom sterk toenemen en dus het uitgangssignaal vervormd worden.
Meet-CT's Meet-CT's hebben een grote nauwkeurigheid dus een kleine magnetisatiestroom wat gerealiseerd wordt door een zeer kleine μ-waarde van het magnetisch kernblik. Ter beveiliging van de meetinstrumenten bij foutstromen in het net mag de secundaire stroom boven 120% van de nominale stroom begrensd worden. Begrenzen wil zeggen dat de foutstroom of magnetisatiestroom sterk mag toenemen. Inderdaad worden meet-CT's vlak onder hun kniepunt gebruikt, zodat ze tot 120% van de stroom in het lineaire gebied meten en eenmaal daarboven mag de foutstroom toenemen om minder stroom in de belasting (meettoestel) te sturen. Een hoge nauwkeurigheid bij 120% van de nominale stroom, en anderzijds reeds sterke verzadiging bij enkele malen de nominale stroom, maakt een speciaal en duur kernmateriaal nodig: ook wel mu-metaal genoemd. Een FS5 of Instrument Security Factor 5 betekent dat bij 5 maal de nominale stroom de foutstroom minstens 10% bedraagt.
Protectie-CT's