tranformador de corriente

Transformadores de corriente:

Se conoce como transformador de corriente a aquel cuya función principal es la de cambiar el valor de la corriente de una más elevada a otra mas baja con el cual se puedan alimentar instrumentos de medición, control o protección, como amperímetros, wáttmetros, instrumentos registradores, relevadores de sobrecorriente, como se tienen en las figuras 1. y 2.

La Representación de un Tranformador de Corriente ( TC ) en un diagrama unifilar es la siguiente:

Tipos de construcción:

Los tipos de transformadores de corriente son:

1. Tipo primario devanado: Consta de dos devanados primarios y secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético.
2. Tipo barra: Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra.
3. Tipo toroidal(ventana): Tiene un devanado secundario totalmente aislado y montado permanentemente sobre el circuito magnético y una ventana a través de la cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario.
4. Tipo para bornes: Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado primario.

Los transformadores de corriente se clasifican de acuerdo con el aislamiento principal usado, como de tipo seco, rellenos de compuestos, moldeados o en baño de líquido.

Parámetros de los transformadores de corriente.

Corrientes. Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corriente deben estar normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales o internacionales en uso (IEC, ANSI).

Corriente primaria. Para esta magnitud se selecciona el valor normalizado inmediato superior de la corriente calculada para la instalación. Para estaciones de potencia, los valores normalizados son: 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1.200, 1.500, 2.000 y 4.000 amperes.

Corriente secundaria. Valores normalizados de 5 A ó 1 A, dependiendo su elección de las características del proyecto.

Carga secundaria o prestación. Es el valor de la impedancia en Ohms, reflejada en el secundario de los transformadores de corriente, y que está constituida por la suma de las impedancias del conjunto de todos los medidores, relés, cables y conexiones conectados en serie con el secundario y que corresponde a la llamada potencia de precisión a la corriente nominal secundaria.

Por ejemplo:

Para una potencia de precisión de 30 VA y una corriente nominal secundaria de 5 amperes, se desea determinar la impedancia de carga de dicho transformador de instrumento.

2

P=Z*I

2

Z=P/I

2

Z=30VA/(5 A)=1.25 Ω

Límite térmico. Un transformador debe poder soportar en forma permanente, hasta un 20% sobre el valor nominal de corriente, sin exceder el nivel de temperatura especificado. Para este límite las normas permiten una densidad de corriente de 2 A / mm2, en forma continua.

Límite de cortocircuito. Es la corriente de cortocircuito máxima que soporta un transformador durante un tiempo que varía entre 1 y 5 segundos. Esta corriente puede llegar a significar una fuerza del orden de varias toneladas. Para este límite las normas permiten una densidad de corriente de 143 A / mm2, durante un segundo de duración del cortocircuito.

Tensión secundaria nominal. Es la tensión que se levanta en los terminales secundarios del transformador al alimentar éste una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal.

Relación de transformación real. Es el cociente entre la corriente primaria real y la corriente secundaria real.

Relación de transformación nominal. Es el cociente entre la corriente primaria nominal y la corriente secundaria nominal.

Error de corriente. Error que el transformador introduce en la medida de una corriente y que proviene del hecho de que la relación de transformación real no es igual a la relación de transformación nominal. Dicho error viene expresado por la fórmula:

%=(Kn*(Is - Ip)*100)/Ip

Donde:

kn = Relación de transformación nominal.

Ip = Corriente primaria real.

Is = Corriente secundaria real correspondiente a la corriente Ip en las condiciones de la medida.

% = Error de corriente.

Error de fase (válido sólo para intensidades senoidales). Es la diferencia de fase entre los vectores de las intensidades primaria y secundaria, con el sentido de los vectores elegido de forma que este ángulo sea nulo para un transformador perfecto. El error de fase se considera positivo cuando el vector de la intensidad secundaria está en avance sobre el vector de la intensidad primaria. Se expresa habitualmente en minutos o en centirradianes.

Potencia nominal o de precisión. Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa en volt-amperes (VA) y a veces en ohms, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa de características del aparato.

Para escoger la potencia nominal de un transformador, se suman las potencias de las bobinas de todos los aparatos conectados en serie con el devanado secundario, más las pérdidas por efecto joule que se producen en los cables de alimentación, y se selecciona el valor nominal inmediato superior.

Frecuencia nominal. Valor de la frecuencia en la que serán basadas todas las especificaciones y que será de 60 o 50 Hz.

Clase de precisión para medición. La clase de precisión se designa por el error máximo admisible, en por ciento, que el transformador puede introducir en la medición, operando con su corriente nominal primaria y la frecuencia nominal.

Determinar la relación de transformación Ip/Is

Elegir preferentemente como intensidad primaria del transformador la intensidad normalizada inmediatamente superior de la que se va a medir.Por ejemplo: intensidad a medir 1124 A. Elegir Ip = 1250 A.

Elegir preferentemente como intensidad secundaria 1 A o 5 A en funcion del aparato de medida o del relé y de la distancia entre el transformador y el aparato que alimenta.

Secundario 5 A, se utiliza cuando los aparatos de medida se encuentran cerca de los transformadores, a menos de 10 m

Secundario 1 A, preferentemente cuando la distancia entre el transformador de intensidad y el aparato de medida es elevada (superior a 10m). Las perdidas en Julios debidas al cableado son 25 veces más importantes en 5A que en 1A.

Determinar la potencia del transformador.

Para definir la potencia en VA del transformador, añadir a las potencias consumidas por los aparatos conectados al transformador (tabla 1), la potencia absorbida por el cableado (tabla 2). Se recomienda elegir la potencia normalizada mas cercana posible, pero superior a la potencia calculada, ya que las características relativas a la precisión y el factor de seguridad podrían modificarse.

Tabla 1.. Consumo de los aparatos de medida

Definir la clase de precisión en funcion de la aplicación.

Patrones = Clase 0,1 o 0,2

Facturación = Clase 0,5 // 0,2 // 0,5S o 0,2S

Medida industrial = Clase 1

Visualización de la intensidad = Clase 1 o 3

Protección = Clase 5P o 10P

No olvidar que los errores de los aparatos de medida se suman a los errores de los transformadores que los alimentan.

Lo mismo ocurre cuando hay varios transformadores montados en cascada.

En el caso de una clase de proteccion 5P o 10P, indicar el factor limite de precison, generalmente 5, 10, 15, 20 o 30.

Clasificación de los errores:

Los errores en un transformador de corriente varían con la tensión para la carga conectada en bornes de los terminales secundarios y el valor de la corriente secundaria.

A continuación se enuncian dos tipos de normas que especifican la precisión de los transformadores de corriente:

1. Norma ASA Americana.
2. Norma VDE Alemana.

1. Norma ASA Americana:

Esta norma hace una diferencia en la clase de precisión de los transformadores de corriente para el servicio de medición y protección.

a.1) Clase de precisión para el servicio de medición: Están definidas por los limites de error, en porcentaje de los factores de corrección del transformador para una corriente nominal secundaria del 100%. Los limites en porcentaje se doblan al 10% de corriente nominal, los limites de corriente del 100% se aplican también a la corriente secundaria correspondiente al valor de corriente térmica continua máxima del transformador de corriente

Las clases y limites de precisión definidas en las normas ASA pueden verse en la siguiente tabla.

Tabla 1. Limites del factor de corrección del transformador de corriente para el servicio de medición.

Clase de	Límites del factor de corrección del transformador				Límites del factor de
precisión	100% de la corriente nominal		10% de la corriente nominal		potencia (inductivo) de
	Mínimo	Máximo	Mínimo	Máximo	la línea que se mide
1.2	0.988	1.012	0.976	1.024	0.6 - 1.0
0.6	0.994	1.006	0.988	1.012	0.6 - 1.0
0.3	0.997	1.003	0.994	1.006	0.6 - 1.0

Tabla 2. Cargas normalizadas para el transformador de corriente normalizadas con el secundario de 5 A.

Designación	Características de la		Impedancia normalizada de la carga secundaria en ohms
de la carga	carga normalizada		y F.P y V*A secundarios normalizados de la carga
	Resistencia	Inductan-	Para 60 Hz y corriente			Para 25 Hz y corriente
	ohm	cia mH	secundaria de 5 A			secundaria de 5 A
			Impedancia	V*A	F.P	Impedancia	V*A	F.P
			ohm			ohm
B-0.1	0.09	0.116	0.1	2.5	0.9	0.0918	2.3	0.98
B-0.2	0.18	0.232	02	5	0.9	0.1836	4.6	0.98
B-0.5	0.45	0.58	0.5	12.5	0.9	0.459	11.5	0.98
B-1	0.5	2.3	1	25	0.9	0.617	15.4	0.81
B-2	1	4.6	2	50	0.9	1.234	30.8	0.81
B-4	2	9.2	4	100	0.9	2.468	61.6	0.81
B-8	4	18.4	8	200	0.9	4.936	123.2	0.81

Nota: Los valores de resistencia y de la inductancia, indicadas corresponden a transformadores de corriente con el secundario de 5 A. Para otros valores nominales pueden deducirse las cargas correspondientes de la tabla 2. La resistencia y la inductancia varían inversamente con el cuadrado de la variación de corriente nominal. Por ejemplo para un transformador con el secundario de 1 A la carga tendría 25 veces la resistencia e inductancia mostrada en la tabla 2.

Por lo tanto para especificar completamente un transformador de corriente para el servicio de medición debe comprender las categorías de precisión de tabla 1, seguidas por la designación de la carga indicada en tabla 2.

Por ejemplo, "0.3B-0.2" describe un transformador de categoría de precisión 0.3 cuando este tiene una carga B-0.2 en los terminales secundarios.

a.2) Clase de precisión normalizada para protecciones: Las normas ASA han establecido las clasificaciones de precisión de los transformadores de corriente para el servicio de protecciones, que consta de 3 factores: el limite de error de relación porcentual, la clase de funcionamiento del transformador y el valor nominal de la tensión en los bornes del secundario.

- Limite de error porcentual: Los porcentajes máximos de error en la relación de transformación son de 2.5 y 10%. Esta es la clase de precisión normalizada.

- Valor nominal de tensión en bornes del secundario: Los valores establecidos de tensión en el secundario son: 10, 20, 50, 100, 400, y 800, correspondiente a cargas normalizadas USA de 100 A.

- Clase de funcionamiento: Se designa con la letra L o H .

L(baja impedancia): Indica un transformador de corriente que es capaz de funcionar con cualquier tipo de carga conectada hasta, incluso, una carga que produzca la clase de precisión de la tensión de bornes del secundario a 20 veces la corriente nominal secundaria, para una gama de corrientes que van desde la nominal hasta 20 veces la corriente secundaria nominal, sin exceder la clase de precisión del limite de error porcentual.

H(alta impedancia): Indica un transformador de corriente que es capaz de producir cualquier tensión de bornes del secundario hasta, inclusive, la clase de precisión de la tensión con cualquier corriente secundaria para la gama de 5 a 20 veces la corriente nominal secundaria, sin exceder la clase de precisión del limite de error porcentual.

Por lo anterior para especificar completamente un transformador de corriente para el servicio de protección, se debe designar por su clase de precisión, tipo y tensión máxima secundaria. Estos valores definen completamente su comportamiento.

Por ejemplo, un transformador de corriente 2.5H800, indica un transformador con clase de precisión de 2.5%, clase de funcionamiento H y tensión máxima secundaria en bornes secundarios de 800 V.

2. Norma VDE Alemana:

A diferencia de las normas ASA, en estas normas no se hace un tratamiento diferenciado entre transformadores de corriente para medida y protección. La única diferencia entre ellos es la clase de precisión y el índice de sobrecorriente.

Las clases de precisión para protecciones son 1 y 3 para transformadores de hasta 45 KV y 1 para 60 KV hacia arriba.

En la clase 1 se garantiza esta precisión para corrientes entre 1 y 1,2 veces la corriente nominal, y para cargas secundarias entre el 25% y 100% la nominal con F.P 0,80.

En la clase 3 se garantiza esta precisión para corrientes entre 0,5 y 1 veces la nominal, y para cargas entre el 50 y 100% la nominal con F.P 0,8.

Finalmente, el índice de sobrecorriente, se define como el múltiplo de la corriente primaria para el cual el error de transformación se hace igual a 10% con la carga nominal.

Causa de errores:

Los errores en un transformador de corriente son debidos a la energía necesaria para producir el flujo en el núcleo que induce la tensión en el devanado secundario que suministra la corriente a través del circuito secundario. Los amperevueltas totales disponibles para proporcionar la corriente al secundario son iguales a los amperevueltas del primario menos los amperevueltas para producir el flujo del núcleo.

Un cambio en la carga secundaria altera el flujo requerido en el núcleo y varia los amperevueltas de excitación del núcleo; el flujo de dispersión en el núcleo cambia las características magnéticas del mismo y afecta a los amperevueltas de excitación.

Precauciones de seguridad:

El devanado secundario siempre debe estar cortocircuitado antes de desconectar la carga. Si se abre el circuito secundario con circulación de corriente por el primario, todos los amperevueltas primarios son amperevueltas magnetizantes y normalmente producirán una tensión secundaria excesivamente elevada en bornes del circuito abierto.

Todos los circuitos secundarios de los transformadores de medida deben estar puestos a tierra; cuando los secundarios del transformador de medida están interconectados; solo debe ponerse a tierra un punto. Si el circuito secundario no esta puesto a tierra, el secundario, se convierte, de hecho, en la placa de media de un condensador, actuando el devanado de alta tensión y tierra como las otras dos placas.

Definir el tipo de aparato en funcion del modo de instalación.

Cuando la intensidad del primario es muy baja, de hasta algunas decenas de amperios, generalmente se impone el uso de un transformador con primario bobinado.

Los transformadores de cable o barra pasante se utilizan cuando las intensidades que se van a medir son elevadas: superiores a 150A. Sus prestaciones son menores cuando la intensidad del primario es baja (entre 40 y 150A).

No es práctico ni rentable utilizarlos por debajo de 40A. La elección del modelo depende de tipo de conductor primario, cable o barra, y de su sección.

Conexiones trifásicas

Es practica universal utilizar un transformador de corriente por fase, tres transformadores de corriente para un sistema trifásico, en este caso los secundarios se conectan en estrella con el nutro sólidamente a tierra, tal como se ilustra en la siguiente figura.

Si el circuito de potencia es un circuito de 3 hilos sin hilo neutro, la suma instantánea de las tres corrientes de línea que circulan por los primarios hacia la carga, y por lo tanto, la suma de las corrientes del secundario también debe ser nula si los tres transformadores son iguales. En consecuencia puede suprimirse la conexión entre el neutro de los secundarios conectados en estrella y el de los amperímetros, señalada el la figura con línea de trazos. En cambio, esta conexión es necesaria cuando el circuito tiene un hilo neutro.También se puede utilizar la siguiente conexión de la siguiente figura

Los amperímetros Aa y Ac estén directamente en serie con los dos transformadores de corriente, y por lo tanto, indican las intensidades de las corrientes que circulan por las líneas A y C. La primera ley de Kirchoff aplicada al nudo n, da como relación entre las corrientes de los secundarios.

i_a+ i_b+ i_c= 0

como i_a e i_c son proporcionales a las intensidades de las corrientes de línea de los primarios i_A e i_C respectivamente, la intensidad i_b que señala el amperímetro A_b es proporcional también a la intensidad i_B de la corriente del primario si es nula la suma de intensidades de las corrientes de primario, como debe ocurrir si el circuito de potencia es un circuito de 3 hilos.