Transformador de medicin de corriente

Transformador de medicin de intensidadTORRES OBLITAS KEVINLLANOS MENDOZA NYELS

En los sistemas elctricos de corriente alterna se manejan normalmente diferencias de potencial e intensidades de corriente considerablemente altas, por ello y para proteger al personal y aislar elctricamente de los equipos primarios, los equipos de medicin y proteccin, es que estos son alimentados por magnitudes proporcionalmente menores, copiadas fielmente del sistema a travs de dispositivos especiales llamados transformadores de instrumentos. El comportamiento y la seleccin de los transformadores de instrumentos es crtico para la proteccin y medicin, ya que esta ser solo tan eficientemente exacta como lo sean estos segn los parmetros elctricos que se manejen. Existen dos tipos de transformadores de instrumentos: los transformadores de corriente y los transformadores de potencial, este documento pretende enfocarse ms a los transformadores de corriente o ms bien conocidos como TC

INTRODUCCION

Un transformador de corriente o TC es el dispositivo que nos alimenta una corriente proporcionalmente menor a la del circuito. Es decir desarrollan dos tipos de funciones, transformar la corriente y aislar los instrumentos de proteccin y medicin conectados a los circuitos de alta tensin. 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 medicin y de proteccin que requieran ser energizados. Su principio de funcionamiento puede ser obtenido a travs del modelo del transformador ideal, haciendo algunas consideraciones derivadas de su diseo y conexin dentro del sistema.

Transformador de corrienteZH = Impedancia propia del devanado de alta tensin. ZL = Impedancia propia del devanado de baja tensin. ZM = Impedancia de magnetizacin del transformador. ZC = Impedancia de carga en el secundario. IH = Corriente primaria. IL = Corriente que alimenta a la carga. IM = Corriente de magnetizacin. 1: N = Relacin de transformacin RTC.

Condiciones de operacin normal: Bajo condiciones normales de operacin, la corriente secundaria ser 1/N veces la corriente primaria del TC y su diagrama vectorial de operacin ser aproximadamente el siguiente:

Condiciones de operacin del Transformador de Corriente TC

Condiciones anormales de operacin: La capacidad de transferencia de energa entre el circuito primario y el secundario, depende de las caractersticas de diseo y construccin del TC, como son: La capacidad de sus conductores, el nivel mximo de voltaje que debe soportar el TCentre espiras y las caractersticas magnticas de su ncleo. Como sabemos en todo material magntico la permeabilidad se puede suponer como una funcin lineal de la densidad de flujo para determinados valores de esta ultima y que rebasando este rango de valores, vara en forma no lineal haciendo tender la densidad a un mximo dado por las caractersticas propias del material. En el anlisis que sigue representaremos este efecto considerando la impedancia de magnetizacin ZM como constante para los valores de transferencia de energa que estn dentro de las caractersticas de diseo y disminuyendo no linealmente para valores fuera de los mismos, logrando un efecto similar al observado en el comportamiento real del TC.

La corriente primaria es demasiado grande:

Efectos del incremento de la IM en el transformador: Los parmetros que establece el fabricante del TC cambian. El ncleo se satura. Se reduce la vida til del transformador. El ncleo se sobrecalienta. El ngulo de desfase entre corriente primaria y secundaria es totalmente diferente debido a que IM ya no se desprecia como antes.

La impedancia de carga es demasiado grande:Por lo cual ZC debe ser pequea segn el diseo del TC, ya que es la que alimenta la conexin serie de las bobinas de corriente de equipos de proteccin y medicin.

El circuito secundario est abierto:

Tipos de transformadores de corriente segn su construccin.

Transformador de medicin: son los transformadores cuya funcin es medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente, su precisin debe garantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal del orden del 10% hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal. Transformador de proteccin: son los transformadores cuya funcin 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. Transformadores mixtos: en este caso, los transformadores se disean para una combinacin de los dos casos anteriores, un circuito con el ncleo de alta precisin para los circuitos de medicin, y uno o dos circuitos ms, con sus ncleos adecuados para los circuitos de proteccin. Transformadores combinados: son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensin, mayormente usados en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

Tipos de transformadores segn su aplicacin.

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Aislamiento externo: es el que consta de una envolvente de cermica con una lnea de fuga lo suficientemente larga como para que ningn arco pueda saltar bajo condiciones de contaminacin como lluvia, niebla, polvo etc. Aislamiento interno: vara segn sus caractersticas constructivas, puede ser un aislador construido con cartn prespn impregnado en aceite para el conjunto de los ncleos y arrollamientos secundarios, y otro puede ser a travs de moldes de resina de epoxi que las fija, las separa y las asla, existiendo una cmara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de resina. Ncleo: los TC de medida y proteccin tienen un ncleo de chapa magntica de gran permeabilidad Arrollamiento primario: es de pletina de cobre electroltico puro, en barra pasante o formando varias espiras distribuidas por igual alrededor del ncleo. Arrollamiento secundario: es de hilo de cobre electroltico puro, esmaltado, uniformemente distribuido alrededor del ncleo. Bornes terminales primarios: pueden ser de latn, bronce o aluminio, estn ampliamente dimensionados y son de forma cilndrica, planos o con tornillos. Bornes terminales secundarios: son de latn y se hayan alojados en una caja de bornes de baja tensin estanca.

15Errores de Precisin y Angulo

Circuito Equivalente Exacto de un transformador de Corriente

Si fuera ideal, se cumplira lo siguiente:

Sin embargo, si analizamos el circuito equivalente exacto, nos daremos cuenta de que la corriente del primario, se divide en dos, una parte es la corriente que circula por el devanado secundario y la otra circula por la rama del medio que seria la corriente de excitacin, esta a su vez se puede dividir en 2, la corriente de excitacin y la corriente de perdidas.

Como podemos ver, el anlisis fasorial del circuito equivalente exacto, muestra el porque existe un error tanto en magnitud como en ngulo.Dentro de los valores nominales del transformador de corriente, tanto el error angular como el error de magnitud no tiene valores significativos.En el anlisis anterior, no consideramos las no linealidades del material, en este caso veremos como afecta en la precisin del transformador, el hecho de usar un material saturable en el ncleo

A continuacin se muestra la curva de magnetizacin del transformador de corriente (Curva de color rojo), adems de ello, se muestra una lnea punteada la cual representa un material de caractersticas lineales.

Clase de precisinEl grado de exactitud de un transformador de medida se da por su clase o precisin, la cual nos indica en tanto por ciento el error mximo que se comete en la medida.

La clase de precisin se especifica tanto para transformadores de medicin as como tambin para transformadores de proteccin, debido a que se requiere exactitud para condiciones de trabajo diferentes, es necesario realizar una especificacin de la clase de precisin de manera diferente para estos dos tipos de transformadores.

La norma IEC especifica que la clase o precisin para transformadores de medicion debe mantenerse siempre y cuando la corriente que circula por el arrollamiento primario se encuentre por debajo del 120% de la corriente primaria nominal, debiendo tambin mantenerse dicha precisin cuando la carga conectada al secundario del transformador este comprendida entre el 25 y el 100% de la carga nominal.

La clase de precisin para proteccin considera algunos aspectos como el limite de error de relacin porcentual, el valor nominal de tensin en los bornes secundarios y la clase de funcionamiento del transformador.

En cuanto a los errores mximos de error en la relacin de transformacin, estos valores oscilan entre 2.5% y el 10%.

Los valores nominales, establecidos por norma, en el secundario del transformador son 10, 20, 50, 100, 400 y 800 voltios correspondientes a cargas normalizadas.

Adems de la IEC existen otras normas como la ANSI (Americana), la VDE (Alemana) y la IEEE que especifican las clases de precisin de los transformadores de corriente.

La calidad del transformador de corriente se determina por su caracterstica trmica y dinmica. Estos efectos se originan cuando en el circuito principal se produce un cortocircuito. Con esta finalidad se definen la resistencia trmica o la intensidad trmica limite y la resistencia dinmica o la intensidad dinmica limite.La intensidad trmica es el valor eficaz de la corriente alterna que calienta hasta 300C en un segundo el arrollamiento del transformador, este valor se expresa en amperios o en mltiplo de la intensidad de corriente primaria nominal. El calor producido por la corriente de cortocircuito es absorbido por el material conductor bobinado (Cobre o Aluminio).La intensidad dinmica limite, es el mximo valor de la intensidad de corriente de cortocircuito de corta duracin, con la cual la construccin del transformado no sufre deformaciones mecnicas ni otros deterioros.Calidad del transformador de corriente

Sk: Potencia de CC en el punto donde esta instaladoLos materiales que se utilizan. para el aislamiento dependen del voltaje del sistema al que se va a conectar, la tensin nominal de aislamiento debe ser al menos igual a la tensin mas elevada del sistema en que se utilice. Los tipos de aislamiento se divide en tres clases:Material para baja tensin. Generalmente los TC's son construidos con aislamiento en aire o resina sinttica, suponindose que lo comn son las instalaciones interiores.Material de media tensin. Los transformadores para instalaciones interiores (tensin de 3 a 25 KV) son construidos con aislamiento de aceite con envolvente de porcelana (diseo antiguo), o con resina sinttica (diseo moderno). Los aparatos para instalaciones exteriores son generalmente construidos con aislamiento porcelana-aceite, aunque la tcnica mas moderna est realizando ya aislamientos en seco para este tipo de transformadores.Materiales para alta tensin. Los transformadores para alta tensin son aislados con papel dielctrico, impregnados con aceite y colocados en una envolvente de porcelana.Es importante definir la altitud de la instalacin sobre el nivel del mar, ya que las propiedades dielctricas de los materiales y del aire disminuyen con la altitud. Normalmente todos los equipos se disean para trabajar hasta 1000 mts sobre el nivel del mar, si la altitud es mayor el nivel de aislamiento debe ser mayor.

Aislamiento

Conexin

Normalmente antes de realizar la instalacin de los transformadores de corriente (En media y alta tensin), se suele realizar pruebas de rutina, estas se llevan a cabo usando mdulos de prueba fabricados por diversas compaas, entre ellas Fluke y Omicrom.Algunas de las pruebas que se realizan a los transformadores de corriente son:Medicin de la precisin y el Angulo de errorExcitacin del CT y la saturacin (Curva).Relacin de transformacin.Resistencia de los devanados (Primario y Secundario).Polaridad del CT.Inductancia saturada y no-saturada.Pruebas