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instalaciones
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INTRODUCCION:
INTEGRANTES:
BERMUDEZ ALCA,CARLOS JUNIOR
PÉREZ NICHO,CÉSAR EDUARDO
VILLEGAS AUQUES,EDWIN
LLERENA CAYETANO, CHRISTIAN
AGUIRRE SAAVEDRA, ADISON
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En los sistemas eléctricos de corriente alterna se manejan
normalmente diferencias de potencial e intensidades de corriente
considerablemente altas, por ello y para proteger al personal y
aislar eléctricamente de los equipos primarios, los equipos de
medición y protección, es que estos son alimentados por
magnitudes proporcionalmente menores, copiadas fielmente del
sistema a través de dispositivos especiales llamados
transformadores de instrumentos
La relación de las magnitudes de corriente y potencial logra también
una disminución de niveles de aislamiento y capacidad y por lo
mismo, del tamaño y costo del equipo.
Existen dos tipos de transformadores de instrumentos: los
transformadores de corriente y los transformadores de potencial,
este documento pretende enfocarse más a los transformadores
de corriente o más bien conocidos como “TC”, iniciando con una
breve descripción del circuito equivalente, sus condiciones de
operación normales, condiciones de operación anormales,
detallando un poco unos conceptos como corriente de
magnetización y saturación que son indispensables para
comprender el funcionamiento de los TC, así como los tipos de
transformadores de corriente según su construcción y según su
aplicación ya sea para medición o protección, especificaciones
generales de un TC entre las cuales se mencionan los aislamientos
de porcelana o aceite, potencia y carga admisible según la clase de
TC, se detallan también las respectivas conexiones tanto en estrella
y en delta, además de describir la manera en que se puede conectar
el primario para modificar la relación de transformación y finalizando
con las especificaciones para la elección de un transformador de
corriente.
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INDICE1. RESUMEN 4
2. ALCANCES 5
3. ENFOQUE 5
4. METODOLOGIA 5
5. OBJETIVOS 6
6. MARCO TEORRICO
7
7. TIPOS DE TRANSFORMADORES
9
8. DEFINICIONES DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
12
9. TIPOS SEGÚN SU CLASIFICACION 14
10. BASES PARA EL DISÑO 15
11. DESCRIPCION DE SUS COMPONENTES
21
12. IDENTIFICACION DE BORNES 23
13. CONEXIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE 24
14. RELACION DE TRANSFORMACION 27
15. CONDICIONES DE SERVICIO 29
16. NORMATIVIDAD 30
17. PRUEBAS TIPO 32
4
18. APLICACIÓN INDUSTRIAL 33
19. CONCLUSIONES 36
20. BIBLIOGRAFIA 37
RESUMEN:
En este trabajo monográfico se llevará a cabo el desarrollo del tema de transformadores de corriente el cual tiene una gran importancia en la carrera de Ingeniería Eléctrica, es necesario familiarizarnos con estos tipos de máquinas ya que serán de nuestro uso común cuando laboremos, se presentará conceptos generales, principio de funcionamiento, tipos, partes, normas técnicas y se finalizara con algunas conclusiones.
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ALCANCES:
Se presentarán conceptos básicos, tipos de transformadores, principio de funcionamiento, aplicaciones industriales, catálogos del mercado actual, normatividad, conclusiones y finalmente se darán algunas recomendaciones así como la respectiva bibliografía.
ENFOQUE
En la actualidad la vida del personal de trabajo tiene que resguardarse muy bien así como también se deben de proteger a los equipos de medición, lo que realiza el transformador de corriente es facilitar las mediciones de una manera mas segura y mas eficiente, en donde no se perjudiquen ni el operario, ni el instrumento de medición.
METODOLOGÍA:
El presente trabajo ha sido desarrollado en base a una investigación de tipo bibliográfico.
Elaboramos una estrategia de trabajo consistente en definir el alcance, enfoque y contenido básico del trabajo.
Seguidamente se recopilo información de catálogos, documentos de internet, orientados a los puntos definidos como parte del contenido del trabajo.
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A partir de la información recogida se desarrollo el estudio del tema, luego se ejecutó el documento con las conclusiones y recomendaciones respectivas.
OBJETIVOS:
Conocer que es un transformador de corriente y las características de este.
Estudiar el transformador de corriente para determinar sus aplicaciones dentro de la industria.
Determinar los tipos de transformadores de corriente, sus diferencias y formas de conexión.
Identificar las partes que componen a un transformador de corriente, tanto internas como terminales externas.
Conocer las condiciones de operación de un transformador de corriente, para poder determinar cuando este opera de manera anormal.
Mostrar las clases de transformadores de corriente según su potencia nominal y carga permisible.
Analizar el efecto de la precisión en un transformador de corriente al momento que este opere de forma continua bajo diversas cargas y justificarlo por medio de alguna normativa que especifique dicho comportamiento.
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MARCO TEÓRICO:
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE:
Un transformador de corriente o “TC” es el dispositivo que nos alimenta una corriente proporcionalmente menor a la del circuito. Es de aclarar que un transformador de corriente por su aplicación se puede subdividir en transformador de medición y transformador de protección, no obstante los transformadores se diseñan para realizar ambas funciones y su corriente nominal por secundario puede ser de 1 ó 5 Amperios, es decir desarrollan dos tipos de funciones, transformar la corriente y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión.
El primario del transformador se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados.
Su principio de funcionamiento puede ser obtenido a través del modelo del transformador ideal, haciendo algunas consideraciones derivadas de su diseño y conexión dentro del sistema.
Refiriéndonos al diagrama que se muestra y haciendo las siguientes consideraciones:
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Figura 1. Diagrama equivalente del Transformador de corriente.
En el diagrama:
ZH
ZL
ZM
=
=
=
Impedancia propia del devanado de alta
tensión. Impedancia propia del devanado de
baja tensión.
Impedancia de magnetización del ZC = Impedancia de carga en el secundario.
IH = Corriente primaria.
IL
IM
=
=
Corriente que alimenta a la carga.
Corriente de magnetización.
1: N
= Relación de transformación “RTC”.
Consideraciones:
El devanado primario está conectado en serie con la línea o
alimentador, por lo que la corriente primaria IH es la misma
de la línea y la impedancia ZH es lo suficientemente
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pequeña que puede ser despreciada.
La impedancia de carga ZC es la resultante de la conexión en
serie de las bobinas de corriente de los equipos de protección y
medición que el “TC” debe alimentar, esta tendrá siempre una
magnitud pequeña para ofrecer una oposición mínima al paso
de corriente y no sacar al “TC” de sus características de diseño.
TIPOS DE TRANSFORMADORES SEGÚN SU CONSTRUCCION
Existen tres tipos de TC según su construcción:
a. Tipo devanado primario: este como su nombre lo indica tiene más de una vuelta en el primario, los devanados primario y secundario están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, esta construcción permite mayor precisión para bajas relaciones.
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Figura 2. Muestra un transformador de corriente tipo devanado primario.
b. Tipo barra: los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, el devanado primario consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un núcleo.
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Figura 3. Muestra un transformador de corriente tipo barra.
c. Tipo boquilla o Bushing: el devanado secundario está completamente aislado y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado. El conductor primario pasa a través del núcleo y actúa como devanado primario.
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Figura 4. Muestra un transformador de corriente tipo Bushing.
DEFINICIONES IMPORTANTES RELACIONADAS CON LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
a) Relación (Ratio): Es la relación de la corriente nominal de servicio del transformador y su corriente nominal en el secundario, el estándar más usado es de 5 Amperios en el secundario.
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b) Precisión (Accuracy): Es la relación en porciento, de la corrección que se haría para obtener una lectura verdadera. El ANSI C57.13-1968 designa la precisión para protecciones con dos letras C y T. "C" significa que el porciento de error puede ser calculado, y esto se debe a que los devanados están uniformemente distribuidos, reduciendo el error producido por la dispersión del flujo en el núcleo.
"T" significa que debe ser determinado por medio de pruebas, ya que los devanados no están distribuidos uniformemente en el núcleo produciendo errores apreciables.
El número de clasificación indica el voltaje que se tendría en las terminales del secundario del TC para un burden definido, cuando la corriente del secundario sea 20 veces la corriente nominal, sin exceder 10% el error de relación.
Figura 5.Transformadores de corriente tipo Bushin
c) Burden o Potencia Nominal de un Transformador de Corriente: Es la capacidad de carga que se puede conectar a un transformador, expresada en VA o en Ohms a un factor de potencia dado. El término "Burden" se utiliza para diferenciarlo de la carga de potencia del sistema eléctrico. El factor de potencia referenciado es el del burden y no el de la carga.
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d) Polaridad: Las marcas de polaridad designan la dirección relativa instantánea de la corriente. En el mismo instante de tiempo que la corriente entra a la terminal de alta tensión con la marca, la corriente secundaria correspondiente esta saliendo por la terminal marcada.
e) Capacidad de Corriente Continua: Es la capacidad de corriente que el TC puede manejar constantemente sin producir sobrecalentamiento y errores apreciables. Si la corriente del secundario de un transformador de corriente esta entre 3 y 4 Amperios, cuando la corriente del primario esta a plena carga, se dice que el transformador esta bien seleccionado. No se recomienda sobre dimensionar los Transformadores de corriente porque el error es mayor para cargas bajas.
f) Capacidad de Corriente Térmica de Corto Tiempo: Esta es la máxima capacidad de corriente simétrica RMS que el transformador puede soportar por 1 segundo, con el secundario en corto, sin sobrepasar la temperatura especificada en sus devanados. En la práctica esta se calcula como:
I Térmica (KA)=PotenciadeCortoCircuito (MVA)/(1.73∗Tensión(KV )) .
Como la potencia de precisión varía sensiblemente con el cuadrado del número de Ampere-Vueltas del primario, para un circuito magnético dado, la precisión de los Transformadores de corriente hechos para resistir grandes valores de corrientes de corto circuito, disminuye considerablemente
g) Capacidad Mecánica de Tiempo Corto: Esta es la máxima corriente RMS asimétrica en el primario que el TC puede soportar sin sufrir daños, con el secundario en corto. Esta capacidad solo se requiere definir en los transformadores de corriente tipo devanado. En la práctica esta corriente se calcula como:
I Dinámica (KA)=2.54∗I Térmica
TIPOS DE TRANSFORMADORES SEGUN SU APLICACIÓN:
Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección, mixtos o combinados.
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a. Transformador de medición: son los transformadores
cuya función es medir, requieren reproducir fielmente la
magnitud y el ángulo de fase de la corriente, su precisión debe
garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal
del orden del 10% hasta un exceso de corriente del orden del
20%, sobre el valor nominal.
b.Transformador de protección: son los transformadores cuya
función es proteger un circuito, requieren conservar su
fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la
corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas
corrientes puede ser necesario requerir 30 veces la corriente
nominal.
Figura 6.Lineas secundarias de Transformador de Corriente.
c. Transformadores mixtos: En este caso los transformadores se
diseñan para una combinación de los dos casos anteriores, un
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circuito con el núcleo de alta precisión para los circuitos de
medición, y uno o dos circuitos más, con sus núcleos
adecuados para los circuitos de protección.
d. Transformadores combinados: Son aparatos que bajo una
misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de
tensión, mayormente usados en estaciones de intemperie
fundamentalmente para reducir espacios.
BASES GENERALES PARA EL DISEÑO Y SELECCIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
La función de los transformadores de corriente es la reducir a valores normales y no peligrosos, las características de corriente en un sistema eléctrico, con el fin de permitir el empleo de aparatos de medición normalizados, por consiguiente más económicos y que pueden manipularse sin peligro.
Un transformador de corriente es un transformador de medición, donde la corriente secundaria es, dentro de las condiciones normales de operación, prácticamente proporcional a la corriente primaria, y desfasada de ella un ángulo cercano a cero, para un sentido apropiado de conexiones.
El primario de dicho transformador está conectado en serie con el circuito que se desea controlar, en tanto que el secundario está conectado a los circuitos de corriente de uno o varios aparatos de medición, relevadores o aparatos análogos, conectados en serie.
Un transformador de corriente puede tener uno o varios devanados secundarios embobinados sobre uno o varios circuitos magnéticos separados.
Los factores que determinan la selección de los transformadores de corriente son:
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El tipo de instalación.
El tipo de aislamiento.
La potencia nominal.
La clase de precisión.
El tipo de conexión.
La Corriente Nominal Primaria.
La Corriente Nominal Secundaria.
Tipos de Transformador de Corriente: Existen tres tipos de transformador de corriente según su construcción:
a) Tipo devanado primario: Este como su nombre lo indica tiene más de una vuelta en el primario. Los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado. Esta construcción permite mayor precisión para bajas relaciones.
b) Tipo Barra: Los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado. El devanado primario, consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un núcleo.
c) Tipo Boquilla (Ventana o Bushing): El devanado secundario está completamente aislados y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado. El conductor primario pasa a través del núcleo y actúa como devanado primario.
Tipo de Instalación: Los aparatos pueden ser construidos para ser usados en instalaciones interiores o exteriores. Generalmente, por
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razones de economía, las instalaciones de baja y media tensión, hasta 25 KV., son diseñadas para servicio interior. Las instalaciones de tipo exteriores son de tensiones desde 34.5 KV a 400 KV., salvo en los casos donde, por condiciones particulares se hacen instalaciones interiores para tensiones hasta 230 KV. Es conveniente examinar además, el tipo de TC que se pueda instalar, dependiendo de las facilidades de mantenimiento.
Figura 7. Corta Bushing en los Transformadores de potencia.
Tipo de Aislamiento: Los materiales que se utilizan. para el aislamiento dependen del voltaje del sistema al que se va a conectar, la tensión nominal de aislamiento debe ser al menos igual a la tensión mas elevada del sistema en que se utilice. Los tipos de aislamiento se divide en tres clases:
a) Material para baja tensión: Generalmente los transformadores de corriente son construidos con aislamiento en aire o resina sintética, suponiéndose que lo común son las instalaciones interiores.
b) Material de media tensión: Los transformadores para instalaciones interiores (tensión de 3 a 25 KV) son construidos con aislamiento de aceite con envolvente de porcelana (diseño antiguo), o con resina sintética (diseño moderno).
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Hay que hacer notar que la mayoría de los diseños actuales emplean el material seco, los aparatos con aislamiento en aceite o masa aislante (compound) se utilizan muy poco y sólo para instalaciones existentes.
Los aparatos para instalaciones exteriores son generalmente construidos con aislamiento porcelana-aceite, aunque la técnica mas moderna está realizando ya aislamientos en seco para este tipo de transformadores.
c) Materiales para alta tensión: Los transformadores para alta tensión son aislados con papel dieléctrico, impregnados con aceite y colocados en una envolvente de porcelana.
Es importante definir la altitud de la instalación sobre el nivel del mar, ya que las propiedades dieléctricas de los materiales y del aire disminuyen con la altitud. Normalmente todos los equipos se diseñan para trabajar hasta 1000 Mts sobre el nivel del mar, si la altitud es mayor el nivel de aislamiento debe ser mayor.
Potencia Nominal: La potencia nominal que se debe seleccionar para los transformadores de medición, está en función de la utilización a que se destina el aparato.
Para escoger la potencia nominal de un transformador de corriente, se hace la suma de las potencias nominales de todos los aparatos conectados al secundario. Se debe tener en cuenta por otro lado, la impedancia de las líneas, si las distancias entre los transformadores y los instrumentos de medición, son importantes. Se escoge la potencia normal inmediata superior a la suma de las potencias. Los valores normales de las potencias de precisión y de sus factores de potencia, según ANSI, están dados en la Tabla G.1.
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Tabla G.1
Cargas Normalizadas para Transformadores de Corriente
Según Normas ANSI C.57.13
Corriente Secundaria de 5 Amperios
Designación de Carga
Resistencia
ohms
Inductancia
mHenrys
Impedancia
Ohms
Volt-Ampere
s
a 5 Amps.
Factor de Potencia
Cargas de Medición
B-0.1 0.09 0.116 0.1 2.5 0.9
B-0.2 0.18 0.232 0.2 5.0 0.9
B-0.5 0.45 0.580 0.5 12.5 0.9
B-0.9 0.81 1.04 0.9 22.5 0.9
B-1.8 1.62 208 1.8 45.0 0.9
Cargas de Protección
B-1 0.5 2.3 1.0 25 0.5
B-2 1.0 4.6 2.0 50 0.5
B-4 2.0 9.2 4.0 100 0.5
B-8 4.0 18.4 8.0 200 0.5
Clases de Precisión: Las clases de precisión normales para los
transformadores de corriente son: 0.10, 0.02, 0.30, 0.50, 0.60, 1.20,
3.00 y 5.00 de acuerdo con las normas ANSI pero depende de las
normas usadas. En las Tablas G.2 y G.3 se tienen las diferentes
clases de precisión de los instrumentos normalmente conectados y
las potencias comunes de sus bobinados.
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Tabla G.2
Clase Utilización
0.10 Calibración.0.2-0.3 Mediciones en Laboratorios,
Alimentación de Integradores para Sistemas de Potencia.
0.50-0.60 Instrumentos de Medición e Integradores. Watthorímetros
para Facturación
1.2-3.0
Amperímetros de Tableros.
Amperímetros de Registradores.
Vatímetros de Tableros.
Watthorímetros Indicadores.
Fasómetros Indicadores.
Fasómetros Registradores
Frecuencímetros de Tableros.
Protecciones Diferenciales.
Relevadores de Impedancia.
Relevadores de Distancia, etc.
5.00Relevadores de Protección en
general.
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DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES BÁSICOS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Figura 8. Muestra las partes de un transformador de corriente modelo CH.
Aislamiento externo: es el que consta de una envolvente
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de cerámica con una línea de fuga lo suficientemente larga como para que ningún arco pueda saltar bajo condiciones de contaminación como lluvia, niebla, polvo etc.
Aislamiento interno: varía según sus características constructivas, puede ser un aislador construido con cartón prespán impregnado en aceite para el conjunto de los núcleos y arrollamientos secundarios, y otro puede ser a través de moldes de resina de epoxi que las fija, las separa y las aísla, existiendo una cámara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de resina.
Núcleo: los TC de medida y protección tienen un núcleo de chapa magnética de gran permeabilidad, cabe diferenciar que si es un transformador de medida, el núcleo a utilizar es de chapa de rápida saturación, mientras que si es un transformador de protección la chapa a utilizar será de saturación lenta. Con esta distinción de núcleos se garantiza que cuando se utiliza una chapa de rápida saturación para transformadores de medición, se tendrá una buena precisión en la medida para corrientes primarias no superiores al 120% de la corriente primaria nominal, mientras que las sobre intensidades y cortocircuitos no se transfieren al secundario gracias a la rápida saturación de la chapa, por otra parte cuando se elije una chapa de saturación débil para transformadores de protección, se garantiza en mantenimiento de la relación de transformación para valores de intensidad primaria varias veces mayor a la nominal, con lo que en el secundario se pueden obtener calores proporcionales a las corrientes de sobrecarga y cortocircuito aptos para poder accionar los dispositivos de protección .
Arrollamiento primario: Es de pletina de cobre electrolítico puro, en barra pasante o formando varias espiras distribuidas por igual alrededor del núcleo.
Arrollamiento secundario: Es de hilo de cobre electrolítico puro, esmaltado, uniformemente distribuido alrededor del núcleo.
Bornes terminales primarios: pueden ser de latón, bronce o aluminio, están ampliamente dimensionados y son
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de forma cilíndrica, planos o con tornillos.
Bornes terminales secundarios: son de latón y se hayan alojados en una caja de bornes de baja tensión estanca.
IDENTIFICACIÓN DE BORNES
Los bornes de los arrollamientos primario y secundario deben poder ser identificados con fiabilidad, para ello la norma IEC 60 185 se indica el criterio a seguir para su nomenclatura, siendo aquellos bornes que empiecen con P y C, los del arrollamiento primario, y los que empiecen con S los del arrollamiento secundario. En la siguiente figura se visualizan diferentes casos:
Figura 9. Tipos de arrollamientos primario y secundario
Donde:
1. Transformador de simple relación.
2. Transformador con toma intermedia en el secundario.
3. Transformador con dos secciones en el arrollamiento primario para su conexión en serie o en paralelo.
4. Transformador con dos arrollamientos secundarios y núcleos independientes.
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CONEXIÓN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
El transformador de intensidad o de corriente se conecta de la siguiente manera: el bobinado primario en serie con el sistema a medir, el cual será recorrido por la corriente I1 primaria, el bobinado secundario entregara una corriente I2 a la impedancia de carga.
Figura 10. Identificación de terminales de TC primario y secundario.
Los transformadores de corriente cumplen con las siguientes funciones:
Reduce el nivel de corriente.
Aísla el sistema secundario de la red primaria.
Permite la medición de la corriente, salvaguardando el sistema de medición.
Transmite sobre intensidades, alimentando los sistemas de medición.
Soporta las sobretensiones de la línea.
Soporta las sobre intensidades de la línea.
Pueden subdividirse los secundarios con distintas características ya sea para medición o protección.
Utilizando una sola bobina primaria, se pueden tener dos secundarios o más, uno puede ser para medición y otro para protección con sus propias características cada uno.
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Figura 11. Transformador de corriente con un solo primario y dos secundarios aislados, uno para medición y otro para protección.
Ahora teniendo claro esto vamos aclarar las formas básicas de conexión de transformadores ya sea para medición o para protección, la forma de conexión de un transformador de corriente depende del uso que se le dará a las corrientes secundarias que este proporcionara, sus conexiones comúnmente usadas son la conexión Estrella y Delta.
Conexión estrella: Debe cuidarse que la dirección de las corrientes, es decir, que la conexión de los puntos de polaridad sea la correcta, pues la inversión de una o dos fases desbalanceara la estrella provocando una señal errónea en los dispositivos conectados al secundario.
La inversión de las polaridades de las tres fases, invertirá únicamente la dirección de las corrientes secundarias no importando para esquemas donde solo intervengan el valor de la magnitud de corriente como son los relevadores de sobre corriente no direccionales.
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Figura 12. Transformadores de corriente conectados en estrella.
Conexión Delta: Como se puede apreciar en los diagramas fasoriales, la conexión delta modifica la relación y ángulo con que la corriente secundaria alimenta a los dispositivos conectados al secundario.En la conexión deberá verificarse la polaridad de cada uno de los
transformadores de corriente, pues la inversión de uno de dos de
ellos provocaría un desbalance y por lo tanto una señal equivocada
en los dispositivos conectados en el secundario
Figura 13. Transformadores de corriente conectados en delta.
RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN
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Los transformadores pueden proyectarse con varias relaciones de transformación, los que los hace validos para cualquier eventual ampliación de la instalación.
El caso más frecuente es el de doble relación de transformación, que se obtiene mediante el puenteado primario, a esto se le llama conexión serie o paralelo del primario.
Figura 14. Transformadores de corriente conectados en serie en primario.
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Figura 15. Transformadores de corriente conectados en paralelo en primario.
CONDICIONES DE SERVICIO
Los transformadores de corriente son apropiados para su empleo bajo las siguientes condiciones de servicio, según IEC
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60185.
TEMPERATURA AMBIENTE
Temperatura máxima 40°C
Valor máximo de la media en 24 horas
35°C
TEMPERATURA MINIMA
Transformadores para interiores
-5°C
Transformadores para intemperie
Transformadores para intemperie
HUMEDAD RELATIVA AL AIRE
Transformadores para interiores
hasta 70%
Transformadores para intemperie
hasta 100%
NORMATIVIDAD PARA TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
1. Comisión Electrotécnica Internacional
IEC 60044-1 Transformadores de Instrumentación
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2. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos
IEEE C57.13 Requisitos Estándar para los Transformadores 1993-JUN-17
3. Ingendesa
ETGI-1020
REFERENCIAS IEEE C57.13
ANSI C37.06-1987, Valoraciones preferidos y aptitudes necesarias relacionadas AC Circuito de Alto Voltaje
IEEE Std 4-1978, IEEE Técnicas Estándar para pruebas de alta tensión (ANSI).
NEMA SG 4-1975 (R 1980), Interruptores de alta tensión de corriente alterna
CALIFICACIONES DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
El nivel de aislamiento de impulso básico en términos del voltaje de la prueba de Onda completa.
El voltaje Nominal de sistema, o el voltaje máximo de sistema.
La Frecuencia.
Las corrientes medidas en primario y secundario.
Las clases de precisión en cargas uniformes.
El factor que evalúa la corriente térmica continua en base a 30°C
La calificación mecánica de tiempo reducido de la corriente y la calificación térmica de tiempo reducido de la corriente.
CALIFICACIONES DE LA CERTEZA PARA MEDIR
Un transformador de corriente para medición tendrá una certeza de medición para cada carga uniforme para la cual es medido. Por ejemplo, B-0.1.
Transformador de corriente con secundario con “taps” o múltiple-razón. La calificación de la certeza de la medición aplica al enrollado secundario completo, a menos que se especifique de otra manera.
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CALIFICACIÓN DE LA CERTEZA PARA RETRANSMITIR
1. Para clasificar la certeza de la retransmisión, la razón de corrección no excederá 10%.
A) Clasificación C, K, o T. La clasificación C o K cubre transformadores de corriente en los que el flujo remanente en el núcleo del transformador no tiene un efecto apreciable en la razón o razones dentro de los límites de la corriente y la carga. La clasificación T cubre los transformadores de corriente en los que el flujo de remanente en el núcleo del transformador tiene un efecto apreciable en la razón dentro de los límites especificados en el artículo B. Un efecto apreciable es definido como un 1% de diferencia entre los valores de la corrección actual de la razón y la corrección de razón calculada.
B) Calificación del voltaje secundario. Este es el voltaje que el transformador entregará a una carga Standard siendo la corriente 20 veces el valor de la corriente secundaria sin exceder 10% de la razón de corrección. Además, la corrección de proporción será limitada a 10% para cualquier corriente desde 1 a 20 veces el valor de la corriente secundaria en la carga Standard o cualquier carga pequeña Standard utilizada para calificaciones de voltaje en secundario.
Por ejemplo, en un transformador de corriente de 5A secundario, la certeza de la retransmisión C100 dice que la proporción puede ser calculada y que la corrección de proporción no excederá 10% con ninguna corriente desde 1 a 20 veces la corriente secundaria medida con una carga estándar de 1,0 Ω (1,0Ω x 5A x 20 x corriente secundaria = 100 V)
2. Las calificaciones del voltaje secundarios son basadas en una corriente secundaria de 5A (100A, 20 veces su valor) y cargas estándar. Las calificaciones del voltaje y sus cargas asociados son las siguientes:
3. Si el enrollado secundario de un transformador de corriente es calificado en otro valor distinto de 5A, el voltaje apropiado de la calificación del voltaje será derivado de la multiplicación del voltaje uniforme por 5A /(corriente valorada).
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PRUEBAS TIPO
1. Pruebas Sísmicas
a. Se realiza en laboratorio aprobado por el dueño.
b. Después de la prueba, el TC no debe mostrar daños, deformación ni fugas
c. Ninguna parte interna debe quedar dañada
2. Pruebas de Cortocircuito
3. Pruebas de Descargas Parciales
a. Determinadas como función de la tensión de prueba
b. Se realizan antes de las pruebas de impulso, y después deben ser repetidas
c. Se efectúa para tensiones crecientes entre 0.5 y 1.5 veces la tensión nominal, y luego en forma decreciente
d. Las DP no deben ser mayores a 10pC a 1.1Vn ni mayores a 2pC a 0.7Vn.
4. Prueba de Impulso
a. Se realiza en el enrollado de AT
b. Sin excitación del transformador
c. Se usan ondas de polaridad negativa
5. Prueba de Elevación de Temperatura.
a. Resistencia Aislamiento Enrollados V/S Temperatura aceite.
6. Prueba Curvas de Excitación.
a. Determinación Curva Excitación.
b. Medición de Tensión de excitación para distintas corrientes de excitación.
c. Rango de corrientes tal de determinar zonas bajo y sobre punto de inflexión.
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APLICACIÓN INDUSTRIAL
En el siguiente ejemplo podremos apreciar la importancia de
los Transformadores de Corriente en una Sub-Estación Eléctrica. En
sala de control se visualizan las señales de corriente y voltaje
provenientes de los medidores conectados a los Transformadores
de Instrumento.
Figura 16. Monitoreo de señales de corriente y potencial provenientes de los Transformadores de Instrumento
En la torre de la línea de transmisión lleva un cable de guarda en la
parte de arriba el cual apantalla los rayos que puedan caer en la
línea, es decir sirve para drenar las descargas atmosféricas, la
línea de transmisión rematan en una cadena de aisladores, bajan y
son recibidas por unos pararrayos los cuales protegen las líneas de
sobre voltaje por maniobra o descarga atmosférica, baja la línea que
pasa por el pararrayo hacia un transformador de potencial para
tomar la respectiva medición de potencial, luego las líneas pasan
por unas cuchillas seccionadoras para luego llegar a los
transformadores de corriente tipo Bushing para tomar la medición
de corriente.
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Figura 17 .Transformadores de corriente tipo Bushing
Es de aclarar que la medición de corriente de la línea de
transmisión que entra a la subestación es tomada sin necesidad
de cortar la línea para conectarla al transformador de corriente
debido a que el transformador tipo Bushing toma la medición de
corriente solamente con que el conductor pase a través de la
ventana del TC.
Ahora las líneas del secundario del transformador de corriente tipo
Bushing llegan a una borneras donde se obtiene la medición del
transformador de corriente y de ahí se mandan a la sala de control
donde se visualizan en pantalla para la protección y medición.
Figura 18.Lineas secundarias de
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Transformador de Corriente
Figura 19. Placa característica de Transformador de Corriente tipo Bushing.
En las diferentes Sub- Estaciones se usan de dos tipos de
transformadores los tipos Bushing que se describieron
anteriormente y los de tipo Columna.
Figura 20. Transformador de Corriente tipo Boquilla.
En la Sub-Estaciones también se utilizan los Corta Bushing es un
elemento el cual se instala en los transformadores de corriente e
internamente contienen un transformador de corriente Tipo Bushing
el cual se encarga de tomar la medida de intensidad de corriente
para luego proceder a enviarla a sala de control y monitorear
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así los parámetros de cada transformador para poder activar
protecciones por cualquier desperfecto o anormalidad en la
magnitud de corriente permisible para cada transformador de
potencia.
Figura 21. Corta Bushing en los Transformadores de potencia.
CONCLUSIONES
En el presente trabajo se aprendió a diferenciar un
transformador de corriente para medición y protección en base
al tipo de intensidad de corriente que maneja, el tiempo de
operación de sobre corriente y el tipo de núcleo del cual este
se conforma ya sea de saturación lenta para mayor soporte
de corriente elevada manteniendo la relación de
transformación constante en los transformadores de
protección o de saturación rápida para mayor precisión en los
transformadores de medición.
De igual manera se conocieron las condiciones de operación
normales de un transformador de corriente al conectarlo de
forma adecuada en el primario y secundario, verificando a su
vez los posibles daños que este puede sufrir si se conecta de
forma incorrecta dejando el secundario sin conectar o
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aplicando mayor nivel de corriente que pueda soportar el TC
bajo sus parámetros de diseño conociendo los efectos que
esto trae en la corriente de magnetización ya que al
elevarse esta de manera descontrolada puede sobresaturar
el núcleo e inclusive hacer que el transformador explote
debido a los altos niveles de inducción que esta
proporcionaría en el circuito secundario.
A su vez se identificó que los transformadores de corriente
pueden tener varios bornes en el primario y en el secundario
esto para modificar la relación de transformación para
diversas aplicaciones requeridas, así como también
conocimos que estos se pueden conectar en serie y paralelo
en el primario, sabiendo que los bornes para el primario se
identifican con las letras P y C, así como para el secundario
con la letra S.
F i n a l m e n t e s e v e r i f i c ó que un transformador de
corriente puede utilizarse tanto para protección y
medición debido a que tiene sus secundarios totalmente
aislados y estos pueden ajustarse con diversas relaciones de
transformación según sea la aplicación que se requiera.
BIBLIOGRAFÍA
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Catologos de Siemens y Maresa
