Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

download Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

of 19

Transcript of Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    1/19

    1Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Ildefonso Harnisch Veloso

    Arica-Chile

    Protecciones Elctricas

    Transformadores de medida

    UNIVERSIDAD DE TARAPACEscuela Universitaria de

    Ingeniera Elctrica-Electrnica

    2Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de medida

    Reproducir proporcionalmente en el

    circuito secundario la magnitud del circuito

    primario

    Disponer decorrientes y tensiones

    normalizadas

    Aislar al personal,rels y circuitos de

    control

    Alimentar equipos demedida y proteccin

    Objetivo de un TT/MM

    3Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de medida

    Conviene definir mrgenes de error aceptables para una reproduccin

    correcta.

    Clase de precisin es el error mximo que puede incorporar la informacinproporcionada por el TT/MM cuando funciona dentro de las condiciones para

    las que se le define.

    A menor clase de precisin, menor ser el error mximo y mayor la exactitudde los datos proporcionados.

    Clase de precisin de un TT/MM

    4Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de medida

    Las variables elctricas de corriente (I) yvoltaje (V) se obtienen de la red

    empleando los siguientes dispositivos :

    Transformadoresde corriente

    Transformadoresde potencial

    Dispositivoscapacitivos de

    potencial

    Tipos de TT/MM

    Sensores depotencia

    I V V V I

    Los TC y los TP pueden ser dispositivos independientes o estar incorporados

    dentro del bushing de algn dispositivo de poder (T/F o 52).

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    2/19

    5Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de corriente (TC)

    TT/CC

    de medida

    Diferencias entre ambos

    TT/CC

    de proteccin

    Error pequeo en condiciones normalesde operacin (I0, pequea)

    En condiciones de falla (20 a 30 veces

    IN) se satura para proteger losinstrumentos.

    Se saturan para 1.2 IN

    El secundario de un TC no se daara

    en condiciones de falla, ya que puedesoportar una corriente nominal de corta

    duracin de 100 a 150 A.

    Error significativo en condiciones defalla (I0 grande).

    Error pequeo en condiciones de falla.

    No tan precisos en condicionesnormales.

    No deben saturarse en condiciones defalla; 20 a 30 veces la IN (ncleo de

    mayor seccin).

    0 ,M b pc,maxE Z I

    0,P b FE Z I

    0,P 0,ME ( 20 a 30) E

    0E 4. 44fN

    P M

    (20a 30) (N.mayor seccin)

    6Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de corriente (TC)

    Entregar una corriente secundaria

    proporcional a la que circula por su

    enrollado primario.

    TT/CC

    de medida

    Objetivo

    TT/CC

    de proteccin

    0E

    0I

    TC medida

    TC proteccin

    7Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de corriente (TC)

    Equipo de

    med ida y/o

    proteccin

    (burden)

    1I

    2I

    1V

    2V

    T C

    1 : n

    1I : Corriente pr imaria

    2I : Corriente secundaria

    : Razn de l TC

    1A, 5A , no rma l izada

    5 A: S/E pequeas; distancia no muy grande entre patio de la S/E y

    sala de control.

    1 A: S/E grandes; distancia grande entre patio de la S/E y sala de

    control.

    8Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de corriente (TC)

    Aspecto fsico

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    3/19

    9Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TT/CC tipo toroidal (anillo, ventana),

    instalado alrededor de unos bushings

    Type: KOKU 072 G4

    Ratio: 600/1 A

    Burden/Class 30 VA / 10 P 30 Standards IEC 185

    Transformadores de corriente (TC)

    30 VA / 10 P 30

    VA continuos/ clase precisin/ para

    proteccin/ factor lmite de precisin

    Este TC con 5 A , 30/5 = 6 V; no tendr ms que

    10% de error hasta 630 = 180 V sec.

    10Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de corriente (TC)

    11Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Ubicacin de TC en la SS/EE

    Circuitbreaker

    Disconnect Disconnect

    Current CT

    Bus bar

    Circuitbreaker

    Disconnect Disconnect

    Current CT

    Bus bar

    Circuitbreaker

    Disconnect Disconnect

    Current CT

    Bus bar

    Transformadores de corriente (TC)

    12Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de corriente (TC)

    Tipo de construccin (ejemplo)

    Tipo ventana o anillo: Dispone de un espacio en el centro paraacomodar un conductor primario (barra o cable) a travs de l.

    Tipo barra: El devanado primario es una barra que forma parte integraldel TC

    Tipo devanado: El enrollado primario tiene ms de una espiradispuesto en el ncleo.

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    4/19

    13Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de corriente (TC)

    Tipo de secundario (ejemplo)

    14Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Es la mxima carga que puede conectarseal TC para que el error de medida estcomprendido dentro de los mrgenesindicados por el fabricante.

    Se especifica en ohm o VAa una determinada

    corriente

    Incluye impedanciade rels, medidores y

    alambrado

    BURDEN

    Transformadores de corriente (TC)

    15Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Burden normalizado

    Transformadores de corriente (TC)

    0.5

    0.5

    0.5

    0.5

    cos

    TC para

    protecciones

    8002008.0B-8

    4001004.0B-4

    200502.0B-2

    100251.0B-1

    Vn (V)VA a 5AZ (!)Designacin

    0.9

    0.9

    0.9

    0.9

    0.9

    cos

    9022.50.9B-0.9

    TC para medidas

    180451.8B-1.8

    5012.50.5B-0.8

    2050.2B-0.2

    102.50.1B-0.1

    Vn(V)VA a 5AZ (!)DesignacinCargas

    definidas por la

    norma IEEE

    57.13 para TC

    de 5 A sec.

    16Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Circuito equivalente T/C

    Enrollado primario del TT/CC seconecta en serie con la red de potencia

    I1 acta como fuente decorriente (impuesta por elsistema).

    Z1 se puede omitir

    Transformadores de corriente (TC)

    1N 2 Nn I I=

    2Z

    2I

    2V

    bZ

    +

    +

    0

    Z 0E

    0I

    1I

    b)

    '

    1 1I = I

    Equivalente simplificado

    referido al secundario

    Razn nominal Razn vedaderaV 1 2I / I=

    1: n

    (a)

    1Z

    1I

    '

    0Z

    2Z

    2I

    0E

    2V

    bZ

    +

    +

    n='2 2

    I I

    Equivalente exacto

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    5/19

    17Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Circuito equivalente TC

    Donde :

    I1: corriente primaria

    I2: corriente secundaria

    I0: corriente de excitacin

    Z0: Impedancia de excitacin

    E0: Voltaje de excitacin

    V2: Voltaje secundario

    Z2: Impedancia de dispersin secundaria

    Zb: Impedancia de carga (BURDEN)

    Modelo del TT/CC

    TT/CC

    Transformadores de corriente (TC)

    1I

    2I

    2Z

    2I

    2V

    bZ

    +

    +

    0

    Z 0E

    0I

    1I

    n'1 1

    I = I

    Equivalente simplificado

    referido al secundario

    18Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Circuito equivalente TC

    = +0 2 2 2

    E V Z I

    Transformadores de corriente (TC)

    = +'1 0 2

    I I I

    Zona lineal curva de excitacin

    00

    0

    EI

    Z=

    Zona no lineal curva de excitacin: la corriente I0 se obtiene de la

    curva de excitacin.

    19Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TC en circuito abierto (vaco)

    El TC se satura y en el secundario aparecen sobre voltajes que

    pueden daar la aislacin o a las personas que lo manipulan; adems,

    el ncleo se calienta demasiado por las altas prdidas en el fierro.

    Si se desea sacar la carga es preciso cortocircuitar los bornes

    secundarios

    Transformadores de corriente (TC)

    (impuesta por el sistema)= '0 1

    I I

    20Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Sobre tensiones en circuito abierto

    Transformadores de corriente (TC)

    m

    P FI I= SI 0=

    +

    mde Ndt

    =

    wt

    p pN I

    wt

    m

    wt

    e

    0 10 kV

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    6/19

    21Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Saturacin

    En un TC real la corriente primaria no se reproduce exactamente enmagnitud y fase debido a la corriente de excitacin I0 (I2 = I1/n I0).

    Z0 no es constante (no lineal); por lo que para calcular I0 se debe recurrira las caractersticas de saturacin (curva de excitacin).

    La corriente de excitacin depende de la seccin transversal del ncleo, dela longitud del circuito magntico, del nmero de vueltas del enrollado yde las caractersticas magnticas del fierro.

    Transformadores de corriente (TC)

    Mientras mayor sea la seccin del ncleo mayor es el flujo magntico que

    se puede desarrollar antes de alcanzar el punto de saturacin.

    Un gran nmero de espiras en el enrollado secundario requiere un menor

    flujo magntico para inducir la corriente secundaria que debe circular.

    2 0N IH ; B H; BL S

    = = =

    22Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Saturacin

    Operacin en zona lineal de la curva de magnetizacin

    Z0 aproximadamente constante

    A medida que I1 aumenta I2 aumenta proporcionalmente E0 aumenta proporcionalmente a I2

    I0 aumenta ms o menos linealmente de acuerdo a la curvacaracterstica.

    Transformadores de corriente (TC)

    Si I1 continua creciendo

    El TC se saturar y E0 ya no aumentar con el incremento de I1

    I2 tampoco aumentar debido a que es proporcional a E0

    Por lo tanto, I0 aumentar a valores muy altos (I1/n = I0 + I2)

    Se producir un error de razn excesivo y la impedancia Z0

    virtualmente cae a cero.

    23Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Saturacin

    Transformadores de corriente (TC)

    2I

    2V

    bZ

    +

    +

    0

    Z 0E

    0I

    / n1

    I

    1Z 2Z

    No saturado

    1I

    2V

    bZ

    +

    / n1

    I

    1Z

    2Z

    saturado

    2 0=I

    0I

    1I

    0Z :grande

    0I : pequea; error pequeo

    12 0

    II I=

    0Z cero=

    10

    II :grande; error grande=

    12 0

    II I 0= =

    24Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Saturacin: Caracterstica de excitacin

    Transformadores de corriente (TC)

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    7/19

    25Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Saturacin

    Cuando se investiga el comportamiento de un TC, es conveniente obtener

    experimentalmente su curva de excitacin. Para ello, se aplica un voltaje

    variable al enrollado secundario dejando el enrollado primario en circuito

    abierto.

    Transformadores de corriente (TC)

    Para saber si un TC esta saturado o no, resulta necesario definir su punto

    de saturacin (knee point).

    A

    V

    + 0 0V E

    0I

    1I 0=

    26Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Punto de Saturacin

    Criterio de la EEC :

    La English Electric Corporation define el punto de saturacin,

    como aquel punto en el cual un incremento del 10 % del voltaje

    de excitacin produce un 50 % de aumento de la corriente de

    excitacin.

    kV

    k10%V

    k50%I

    kI

    pK

    0E

    0ICorriente excitacin secundaria

    Voltajeexcitacinsecundario

    a)

    Transformadores de corriente (TC)

    27Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Punto de saturacin

    Criterio de la IEC :

    La International Electrotechnical Commission define el punto desaturacin como la interseccin de las rectas trazadas

    extendiendo las partes saturada y no saturada de la curva deexcitacin.

    Criterio ANSI/IEEE:

    El American National Standard Institute y el IEEE definen elpunto de saturacin como aquel punto en que la curva deexcitacin es tangente a la lnea trazada a 45 de la horizontal.

    Transformadores de corriente (TC)

    28Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Punto de Saturacin

    Criterio ANSI/IEEE:

    Transformadores de corriente (TC)

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    8/19

    29Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Error de razn

    La corriente es la causante del error de razn de lareduccin de la corriente primaria a la secundaria.

    Error de razn es la desviacin porcentual de la raznverdadera, con respecto a la que debera existir si latransformacin fuera ideal (razn nominal).

    Transformadores de corriente (TC)

    0I

    1 2

    2

    I / n I100

    I

    =

    V 1 2n I / I=

    1N 2Nn I / I=

    Error de fase

    = 2 1

    I - IDiferencia angular entre I2 e I1. Se

    mide en minutos.

    Vn n100n

    =

    30Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Errores

    Transformadores de corriente (TC)

    1 2 rI / n I I +

    0r

    2 2

    II

    I I

    0I

    m

    0E

    1I / n

    2I

    0I rI

    qI

    2V 2 2

    R I2 2X I

    q

    1

    Itan

    I / n

    r 1 2I I / n I

    2 2

    q 0 rI I I=

    31Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Ejemplo

    Considrese un transformador de corriente con una razn devueltas 500:5, una impedancia de fuga secundaria de

    0.01+j0.1 ohms, y una impedancia de excitacin 4.0+j15ohms. Determinar el error de razn para los siguientes burden:1, 2, j2,

    Transformadores de corriente (TC)

    b 2

    0

    + =

    Z Z

    Z

    32Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Resultados Ejemplo

    En general, es posible sumar directamente los mdulos de las

    impedancias sin alterar mayormente los resultados.

    Transformadores de corriente (TC)

    13.5313.52j2

    13.5312.962

    7.096.541

    ! %! %

    Zi = MiZi = a + jbZb

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    9/19

    33Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Factor de sobrecorriente de un TC

    Es la relacin que existe entre la mxima corriente de cortocircuito quepuede pasar por el primario del TC y su corriente primaria nominal, paraque su clase de precisin sea mantenida.

    Transformadores de corriente (TC)

    Las Normas ANSI definen FS = 20.

    P maxcoci

    P nom TC

    IFS

    I=

    Por lo tanto P coci P no min al TCI FS I

    Esta limitacin garantiza que el TC no sobrepase el error de razn

    definido por su clase de precisin.

    34Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Clase de precisin por la norma ANSI/IEEE

    Estas normas clasifican a los TC para proteccin en dos clases deprecisin:

    La clase T : Alta reactancia de fuga; Z2 >>Zbnom

    La clase C : Baja reactancia de fuga; Z2

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    10/19

    37Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    La clasificacin de un TC del grupo C se puede determinar a partir de sucircuito equivalente y su caracterstica de excitacin.

    Procedimiento:

    Determinar desde el circuito equivalente la tensin secundaria en

    bornes V2, considerando la corriente secundaria I2 20 veces su

    corriente nominal (100 A) con un mximo error de razn del 10 %.

    La tensin E0 se obtiene desde la caracterstica de excitacin.

    La clasificacin se hace por la tensin estndar inmediatamenteinferior a la tensin V2 calculada.

    Transformadores de corriente (TC)

    Clasificacin de un TC: Usando las normas ANSI/IEEE

    Usualmente todos los clculos se realizan considerando slo las

    magnitudes de impedancias, corrientes y tensiones.

    38Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Ejemplo Normas ANSI/IEEE

    Se tiene un TC de razn 1200/5, clase 10C400, burden de 2.0 y cuya curva

    de excitacin se muestra en la figura. Determinar cual es la mxima corriente

    simtrica de falla que puede medir sin que se exceda el 10% de error.

    Transformadores de corriente (TC)

    39Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Ejemplo Normas ANSI/IEEE

    Basndose en el criterio que la corriente secundaria puede ser de hasta 20Incon un error no superior al 10%, entonces:

    In=5 A 20In=20*5 = 100 A que corresponden a 100*(1200/5) = 24000 Aprimarios.

    Zb= 2 => VB = ZB*IB=2*(5*20)= 200 V

    Vsec

    400

    20In=100 Isec

    200

    Zona de Error < 10%

    Por lo tanto si la corriente defalla simtrica es de 24000 A yel TC 1200/5 clase C400,burden de 2 entonces elerror de razn es inferior al10%

    Transformadores de corriente (TC)

    40Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Ejemplo Normas ANSI/IEEE

    Un TC multi razn 1200/5, 10C400 se conecta al TAP 1000/5, cul es elmximo burden que se puede usar para mantener la exactitud de la medida ?

    Sol.:

    Transformadores de corriente (TC)

    1nom 2 nomI n I= 1200 N 5=

    P1000 N 5=

    PN 0.8333N

    =

    ( )p Cbmx

    N / N V 0.8333 400Z 3.33 [ ]

    100 100

    = = =

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    11/19

    41Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Clase T

    Veces la corriente primaria nominal

    2 4 6 8 10 12 14 1 6 18 20 220

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    18

    20

    22

    Veceslacorrientesec

    undarianominal

    B-4.0

    B-2.0

    B-1.0

    B-8.0

    Transformadores de corriente (TC)

    El comportamiento de un TC clase T se determina mediantecurvas de sobre corriente proporcionadas por el fabricante.

    Clasificacin de un TC: Usando las normas ANSI/IEEE

    42Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Factor trmico de un TC

    Es la relacin entre la mxima corriente primaria admisible en

    rgimen permanente y su corriente nominal.

    Transformadores de corriente (TC)

    P mx

    P nom

    IFT ; (En rgimen permanente )

    I=

    Los valores ms usuales son: 1.0; 1.2; 1.3; 1.5 y 2.0.

    Un TC puede operar continuamente hasta el factor trmico; sin

    afectar su desempeo, vida til y nivel de aislacin.

    Lo anterior sirve para considerar futuros crecimientos de la carga

    y situaciones de emergencia.

    43Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Lmite trmico de un TC

    Es la mxima corriente simtrica de cortocircuito que el TC puede

    soportar durante 1 segundo, con el secundario en cortocircuito (LT).

    Transformadores de corriente (TC)

    Esta limitacin esta dada por la mxima temperatura dada por la

    clase de aislacin del TC.

    Para un tiempo t superior a 1 segundo la corriente lmite

    admisible que el TC puede soportar satisface la ecuacin sgte:

    2

    coci adm fallaI t cte= =

    fallat t desp 52=coci admfalla

    LTI

    t=

    Por lo tanto, la corriente mxima de cortocircuito que puede

    circular por un TC debe satisfacer:

    coci

    falla

    LTI

    t

    44Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Carga de los TC

    El burden de un TC est compuesto por la impedancia del

    alambrado, rels y equipos de medida. Los rels representan una

    contribucin importante.

    Transformadores de corriente (TC)

    Rels de carga fija; su impedancia se mantiene constante.

    q Rels electromecnicos: el ajuste no se realiza a travs de tomas

    de su bobina de operacin. Por ejemplo, rels de embolo o

    armadura atrada (ajustar tensin del resorte, ajustar entrehierro).

    q Rels digitales: se alimentan mediante una fuente de alimentacin

    externa, por lo que el rel digital representa una carga mnima para

    el TC.

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    12/19

    45Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Carga de los TC

    Transformadores de corriente (TC)

    Rels de carga variable; su impedancia varia con su ajuste.

    q Rels electromecnicos: el ajuste se realiza a travs de tomas desu bobina de operacin. La impedancia del rel depende del tap

    elegido. Por ejemplo, rel de induccin.

    v El fabricante suministra la impedancia del rel para el tap

    mnimo, que es la de mayor valor.

    2

    Tap Tap m m

    Tap mnZ Z

    Tap

    =

    46Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Rels de carga variable

    Transformadores de corriente (TC)

    16.40.5 - 2ICM2

    0.254 -16ICM2

    0.054 -12C011

    0.182 - 6C011

    1.262 - 6C02

    19.20.5 - 2C02

    0.201.5 - 6IAC77A2A

    1.600.5 - 2IAC77A3A

    0.384 -16IAC51B101A

    22.00.5 - 2IAC51A3A

    2.401.5 - 6IAC51A2A

    0.354 -16IAC51A101A

    Z ["] Tap menorRango Taps [A]Modelo Rel

    47Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Lmites de los TC

    Transformadores de corriente (TC)

    En general los lmites que se deben respetar en un TC son:

    S S nom TCI FS I 100 A =

    b S m x ANSIZ I V

    coci falla

    falla

    LTI ; t 1s

    t >

    coci fallaI LT ; t 1s

    P P nomI FT I ( rgimen permanente)

    P coci P no m TCI FS I

    48Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Polaridades del TC

    En la mayora de los esquemas de protecciones, tiene una gran importancia

    las polaridades de los transformadores de corriente en el momento de hacer

    las conexiones de sus secundarios. Por ello, los extremos de los devanados

    primario y secundario de la misma polaridad vienen marcados de una formavisible.

    Marcas de polaridad del TC

    Transformadores de corriente (TC)

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    13/19

    49Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TC conectados como TC auxiliares

    Se utilizan para:

    Proveer una separacin galvnica entre el secundario de un TC principal y

    algn otro circuito.

    Ajustar la razn total de transformacin cuando no se dispone de la razn

    requerida de entre las razones estandarizadas. Existen con mltiples

    tomas para suministrar una razn de transformacin ajustable.

    Transformadores de corriente (TC)

    50Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TC conectados como TC auxiliares (ejemplo)

    En el circuito de la figura se desea que la corriente en el burden sea nula

    cuando una corriente primaria de 600A fluye a travs de las dos lneas.

    Transformadores de corriente (TC)

    bZ

    TC1

    TC2

    1200/5

    1000/5

    2.5 A

    3.0 A

    3.0 Ab

    I

    3.0: 2.5600 A

    51Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TC conectados en estrella o deltaEn aplicaciones de rels usualmente se requiere conectar los secundarios de

    TC en estrella o en delta para obtener un cierto desplazamiento angular y,

    para cambiar las magnitudes de las corrientes de sus secundarios para

    satisfacer los requerimientos de los rels asociados.

    Transformadores de corriente (TC)

    fZ

    '

    aI

    '

    bI

    '

    cI

    aI

    bI

    cI

    b) TC en D

    nZ

    fZ

    '

    aI

    '

    bI

    '

    cI

    aI

    bI

    cI 3

    0I

    a) TC en Y

    Un punto del secundario se conecta a tierra para prevenir el peligro decontacto accidental entre los enrollados primario y secundario.

    52Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Acopladores lineales

    Son TC con ncleo de aire (no se saturan).

    Su reactancia de magnetizacin es lineal y muy pequea comparada con TCcon ncleo de fierro.

    La mayor parte de la corriente primaria se usa en establecer el flujo mutuo y lacorriente que puede suministrar el enrollado secundario es limitada.

    Opera como un conversor corriente voltaje. El voltaje en los bornes delsecundario es proporcional a la corriente primaria.

    Transformadores de corriente (TC)

    _ _

    12V jwM I / n=

    Un valor estndar :

    M 1 3.26 H=

    Son compatibles con dispositivos actuados por voltaje

    1: n 02

    I

    2V

    +

    1I

    / n1

    I RV

    1wL 2jwL

    jwM

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    14/19

    53Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TC pticos

    Se basan en el hecho que al pasar un plano de polarizacin de una luzpolarizada a travs de un bloque de fibra ptica, que se ubicaalrededor de un conductor que transporta una corriente elctrica, elplano de polarizacin de la luz rota un cierto ngulo debido a lainteraccin de la luz con el campo magntico creado por la corriente.

    El desplazamiento angular se detecta en el extremo receptor de la luza travs de un detector de rotacin y es convertido electrnicamenteen un voltaje que es proporcional al valor instantneo de la fuerza demagnetizacin alrededor del conductor que transporta la corriente.

    Este voltaje puede ser amplificado y filtrado para proveer una replicade la corriente primaria.

    Se utilizan en rels electrnicos y digitales.

    Son lineales y tienen un rango dinmico de funcionamiento bastanteamplio.

    Transformadores de corriente (TC)

    54Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TC pticos : Principio operacin

    En vez de TC suelen denominarse sensores

    Transformadores de corriente (TC)

    I

    Detector derotacin

    fuente de luz

    polarizada

    trayectoria luz

    salida

    bloque ptico

    55Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TC pticos Ej.: Equipo comercial

    NXCT optical current sensor

    Rango corrientes : 1 A a 63 kA

    Rango de tensiones: 138 kV a 500 kV

    Principio: Honeywell fiber optic Gyro system

    www.nxtphase.com

    Transformadores de corriente (TC)

    56Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    TC Respuesta transitoria

    Transformadores de corriente (TC)

    El error de los TC no slo depende de la corriente de excitacin y lacorriente de carga, sino que tambin puede ser afectado por laaparicin de corrientes transitorias en la red.

    De especial inters es el caso de lo TC de proteccin, dado que encondiciones de fallas el transitorio de la corriente puede alterar suprecisin.

    Entre otras variables, en el transitorio del TC influye: La histresis, El flujo remanente, La asimetra de la corriente de falla (componente dc), La saturacin

    http://www.nxtphase.com/http://www.nxtphase.com/
  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    15/19

    57Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Respuesta transitoria (ejemplo)

    Transformadores de corriente (TC)

    Corriente de excitacin del TCdurante el transitorio de la

    corriente primaria

    Distorsin de la corrientesecundaria debido a la

    saturacin

    58Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Reducir las tensiones primarias del Sep atensiones secundarias normalizadas con elmenor error posible.

    TT/PP

    Transformador depotencial inductivo

    Objetivo

    DCP

    Dispositivo capacitivode potencial

    Vp < 145 kV Vp >145 kV

    Transformadores de potencial (TP)

    59Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de potencial

    TP

    Equipo demedida y/oproteccin

    (burden)

    V1 V2

    V1 : Voltaje primario

    V2 : Voltaje secundario

    a : Razn del TP

    V1V2

    a : 1

    Conexin

    Idealmente interesa que V2 sea

    siempre proporcional a V1.

    60Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Potencia no superior a 100 VA

    Tensiones normalizadas de lnea 110 V, 120 V

    (secundarios)

    Alimentan aparatos de medida, control y proteccin Los TP son unidades monofsicas. Se agrupan para

    formar conexiones

    Precisin

    Caractersticas

    Diseo

    Transformadores de potencial

    Transformacin aprox proporcional(error mnimo)

    Cadas de tensin pequeas.

    B muy por debajo del valor de saturacin asla I0 es muy pequea.

    As se logra un Z0 prcticamente constanteen el rango de tensiones requerido.

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    16/19

    61Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Aspecto fsico

    Transformadores de potencial

    62Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Aspecto fsico

    Transformadores de potencial

    63Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Circuito equivalente

    Transformadores de potencial

    a :1

    0Z

    2Z

    2I

    2V

    bZ

    +

    +

    '

    1V

    1N 2Na V V= V 1 2a V V=

    1V

    +

    1I 1

    Z

    Debido a la alta impedancia de la carga conectada, el TP funciona

    casi en vaco.

    ( ) = + +'1 2 1 0 2 2 2

    V V Z I I Z ICada de tensin:

    Idealmente conviene: '2 1

    V = V

    64Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Circuito equivalente

    Transformadores de potencial

    Las impedancias de fuga deben ser pequeas

    Flujo de fuga pequeo y conductores de mayor seccin.

    Corriente de excitacin pequea

    Sobre dimensionar el ncleo

    Trabajar con corrientes de carga reducidas

    Las cadas de tensin internas son fuente de error que debe

    ser minimizado a travs de un buen diseo

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    17/19

    65Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Error de razn

    En funcin de los parmetros

    1 2

    2

    V / a V100

    V

    =

    2e 2 2e 2

    2

    R I cos X I sen100

    V

    + =

    Aproximacin en diagrama fasorial

    Transformadores de potencial

    Va a

    100a

    =

    100+

    = 2e b bb

    Z Z Z

    Z

    Usando circuito equivalente aproximado

    66Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Error de ngulo

    Transformadores de potencial

    El error de ngulo tiene importancia cuando se trata de medir la

    energa

    = 2 1

    V - V

    67Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Clases de precisin en TP

    Transformadores de potencial

    La clase de precisin indica el error de razn mximo permitidocuando el transformador se carga desde funcionamiento en vaco

    hasta plena carga (normalizada) para cualquier voltaje

    comprendido entre 90 y 110 % de la tensin nominal, a la

    frecuencia nominal.

    En la prctica tambin se indica el error de ngulo.

    El error de los TP, en su rango de operacin, es despreciable.

    Se pueden considerar sin error cuando se trabaja con protecciones.

    601.21.2

    300.60.6

    150.30.3

    Error de ngulo minError de razn %Clase de precisin

    68Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Transformadores de potencial

    Burden normalizado de un TP

    Los TP se especifican de acuerdo a su carga normalizada en VA

    Es la mxima carga que se puede conectar a su secundario paraque no sobrepase el error de razn de acuerdo a su clase de

    precisin.

    La suma de los VA de los elementos

    conectados al secundario no deben

    sobrepasar la carga nominal de placa

    del TP, para no exceder el error

    admisible de su clase de precisin.

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    18/19

    69Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Burden estndar utilizado para TP de acuerdo aNorma ANSI C57.13

    Transformadores de potencial

    70Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Polaridades y conexiones

    Transformadores de potencial

    + 3 0

    V

    V / VObtencin tensin secuencia cero

    Bornes deigual

    polaridad

    relativa:

    H1 y X1;

    H2 y X2

    Un punto del secundario se conecta a tierra para prevenir el peligro de contacto

    accidental entre los enrollados primario y secundario.

    Y / Y /

    71Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Reducir las tensiones primarias sobre 145

    kV a tensiones secundarias normalizadas

    Objetivo

    Ms econmico en AT

    Transformadores de potencial capacitivos

    Los Transformadores de Potencial Capacitivos se llaman Dispositivos

    Capaciticos de Potencial

    E2: de 1 kV a 4 kV

    E3: 63.5 V

    72Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    DCP con condensador de acoplamiento

    Transformadores de potencial capacitivos

    condensador de

    acoplamiento, C1

    conductor de alta tensin

    aislador

    condensadorauxiliar, C

    2

    salida, Vsec

  • 7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)

    19/19

    73Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    DCP tipo bushing

    Transformadores de potencial capacitivos

    salida, Vsec1

    C

    2C

    conductor

    (b)

    conductor de alta tensin

    bushing (pasamuros)

    salida, Vsec

    (a)

    Bushing (boquilla, pasamuros) de un interruptor o de un transformador de poder

    74Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Circuito equivalente

    Zf: Impedancia para evitar ferro resonancia

    Zb : Impedancia de la carga (burden)

    L : Inductancia de compensacin

    Transformadores de potencial capacitivos

    bZ

    fZ

    L 1H

    2H

    1x

    2x

    thC

    1I

    2I

    +

    2

    V

    +

    2

    E

    (b)

    thE

    bZ

    fZ

    L 1H

    2H

    1x

    2x

    1C

    2C 1I

    2I

    +

    2

    V

    (a)

    1V

    a :1

    Diagrama esquemtico Circuito equivalente

    75Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Circuito equivalente

    Equivalente de Thvenin:

    1

    1 2

    C

    C C=

    +th 1E V

    voltaje en el lado secundario del divisor capacitivo:1 2

    1[ j L ]

    j (C C )= +

    +2 th 1E E I

    Para evitar el error de fase se introduce una

    inductancia L que este en resonancia con C1 + C2a la frecuencia w. Usualmente L es igual a la

    inductancia de fuga del transformador auxiliar.

    2

    1 2

    1L

    (C C )=

    +

    2

    1

    Ca(1 )

    C= +1

    2

    V

    VPor lo tanto,

    Transformadores de potencial capacitivos

    th 1 2C C C= +

    76Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA

    Aplicacin: Transmisor y receptor carrier

    Transformadores de potencial capacitivos

    1C

    2C

    LTP

    burden

    Bobina de

    bloqueo carrier

    Generador y

    receptor carrier

    10 kHZ a 20 kHZ

    g

    Lnea detransmisin