TRANFORMADORES

Norman Darío Marín CastañoAleyda Benavides Jiménez

Transformadores de corriente

Definición: dispositivo el cual transforma la corriente de la línea a valores convenientes para los relés de protección, dispositivos de medida y los aísla de la tensión de la línea.

Tiene dos devanados definidos como primario y secundario( pueden ser uno o varios devanados embobinados en uno o varios ctos magnéticos, los cuales están aislados el uno del otro.

Simbología

La simbología empleada para representar los transformadores de corriente en los diagramas unifilares es la siguiente:

Circuito Equivalente

Diagrama fasorial

ZH es modificada por n2 para referirla al secundario, y n la relacion de transformación.

La impedancia del secundario es ZL ; Rm XL representa las perdidas en el núcleo y los componentes de excitación,

El cto equivalente puede ser reducido, despreciando la rama de magnetización.

La corriente a través de la rama de magnetización es Ie, ZH, puede ser despreciada en comparación a Xm.

Corrientes nominales primarias

Son los valores establecidos en la placa de características, para los cuales esta diseñado el transformador, estos valores son normalizados así, suponiendo una corriente secundaria de 5 A.

b) Relación múltiple

Existen diferentes formas de obtener mas de una relación de corriente en un mismo transformador, los cuales son:

Doble primario: conectándolos ya sea en serie o en paralelo se obtienen las 2 relaciones de transformación, una el doble de la otra.

Derivaciones en el devanado secundario: se puede utilizar una sola relación en el centro del devanado secundario o varias( se denominan multi-relación “multiratio”).

Por ejemplo:

Un transformador de tipo multratio con relación nominal de 1200 A, tiene las siguientes relaciones

(según ANSI):

Corrientes Secundarias Nominales

Los valores recomendados por la IEC para corriente nominal secundaria son 1, 2 y 5 A.

El valor normalizado por la ANSI (5 A).

Potencia nominal

Es la potencia aparente secundaria bajo una corriente nominal determinada.

Los valores normalizados mas comunes son:IEC: 2.5-5.0-10-15-30 VA.

La siguiente tabla expresa la cargabilidad para medida de los transformadores de corriente según las normas ANSI

Cagas normalizadas para CT`s con 5 A en el secundario y tiene solo validez para la frecuencia de 60 Hz

La cargabilidad para protección de los transformadores de corriente según la norma ANSI con burden

normalizado de 5 A, se presenta en la siguiente tabla.

Error de intensidad

Es la desviación porcentual del valor actual de la corriente secundaria con respecto a lo corriente primaria actual.

Error de fase

Es la desviación angular medida en grados, que la corriente secundaria experimenta con respecto a la primaria. Se considera positivo, si la corriente secundaria esta adelantada con respecto a la primaria, al valor eficaz de la corriente primaria.

Error compuesto

Es la relación en porcentaje del valor eficaz calculado para un periodo de la diferencia del producto del valor instantáneo de la corriente secundaria por la relación de transformación y el valor instantáneo de la corriente primaria, al valor eficaz de la corriente primaria.

Corriente Limite Térmica Ith

Es el valor de la corriente máxima de corto circuito, que puede soportar el transformador durante un minuto, sin sufrir deterioros y con el secundario cortocircuitado. Especificado en KA eficaces o como n veces la corriente nominal.

Corriente Limite Dinámica ID

Es el valor de cresta de la primera corriente que un transformador puede soportar por efectos mecánicos, sin sufrir deterioro teniendo el secundario cortocircuitado.

Corriente Térmica Nominal.

Es la corriente que puede circular continuamente por el primario, teniendo el secundario con su capacidad nominal conectada.

La relación entre al corriente dinámica y la térmica de cortocircuito es de 2.5 en caso de tener un valor diferente se debe indicar en al palca de características.

Tipos de Transformadores de Corriente

A) según su construcción mecánica.

Tipo de estación o auto soportado: es el más utilizado en alta tensión y se puede fabricar de dos formas :

El conductor primario tiene forma de U que se lleva fuertemente aislado por un buje tipo condensador hasta un recipiente o tanque con aceite aislante donde se encuentra el núcleo y el devanado secundario.

Tipos de Transformadores de Corriente

El transformador de corriente en el cual se localiza el núcleo y el secundario, aislados del potencial de tierra, en la parte superior donde el primario solo es una barra pasante.

Esta conexión es la mas utilizada cuando se tienen corrientes nominales de cortocircuito elevadas.

Tipo devanado y tipo buje

Consisten en un núcleo magnético en forma de anillo, el secundario forma un toroide que generalmente ocupa todo el perímetro del núcleo tal como se ilustra en la figura.

Tipo Barra

La construcción de estos transformadores es similar a la de los anteriores; la diferencia consiste en que deben ser aislados a la tensión de servicio, ya que se colocan directamente sobre la barra conductora. Se utilizan en bajas tensiones para barrajes de generadores y tableros y en alta tensión para subestaciones encapsuladas en SF6.

b) Según su construcción magnética

Secundarios múltiples: cada núcleo del secundario esta ligado magnéticamente al primario único en serie. Cada núcleo con su devanado secundario funciona eléctrica y magnéticamente independiente de los otros. Se utiliza para alimentar por separados los circuitos de medida y protección.

Secundarios de relación múltiple o primario de relación serie-

paralelo

Estos transformadores tienen en su primario dos secciones idénticas que pueden

cambiarse fácilmente y así duplicar la capacidad de instalación sin que ello implique una variación en los amperios- vuelta para el

secundario y en la exactitud.

Los transformadores con secundario de relación variable, presentan el inconveniente en la disminución de la cargabilidad (burden) del transformador como se muestra en al siguiente figura.

Clases de exactitud

A) Para medición: se define como el máximo error de intensidad admisible para la clase de exactitud especificada a la corriente nominal. Los valores normalizados que se utilizan para medición:

Clases de exactitud

Para protección: esta definida como el máximo error compuesto admisible para l corriente primaria limite preescrita, para la clase de exactitud concerniente. La siguiente tabla muestra las clase de exactitud recomendadas para transformadores de corriente según su uso.

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

Es un dispositivo en el cual la tensión secundaria es prácticamente proporcional a la tensión primaria y está desfasada de ella

un ángulo cercano a 0º

Simbología equivalente

La simbología empleada para representar los transformadores de potencial en los diagramas unifilares es la siguiente:

Circuito equivalente

La impedancia ligada al primario ZH es modificada por n² la relación de

transformación. La impedancia del segundario es ZL; Rm y Xm representan las perdidas en el núcleo y los componentes de excitación. El circuito equivalente puede ser

reducido despreciando la rama de magnetización.

Diagrama Fasorial

En el diagrama anterior corresponde a un circuito simplificado, en el cual las caídas de tensión Vcd y

es menor en magnitud debido a la presencia de flujos de flujos de dispersión tanto en el devanado primario como en el segundario, dichos flujos son

representados por las reactancias XH y XL de dispersión que limitan la corriente y por

consiguiente el flujo.

Tensiones Nominales

La tensión primaria de los transformadores de potencial para la conexión entre líneas en un sistema trifásico, debe ser igual a la tensión nominal del sistema el cual se conectan. La

tensión trifásico y tierra o entre el neutro del sistema y tierra debe ser 1/√3 veces el valor

de la tensión nominal del sistema

Para los transformadores que se conectan entre linea o tierra o entre el punto neutro y

tierra en el sistema trifásico, los valores normalizados son:

Potencia nominal

Es el potencial aparente (voltoamperios) que suministra el transformador en el secundario con la tensión nominal, y de conformidad con los requerimientos de la clase de exactitud. En un transformador de potencial con varios devanados , la potencia total es la suma de

las potencias individuales de cada devanado.

Potencia Máxima

Es la potencia que puede suministrar el transformador sin ocasionar aumento

excesivos (por encima de los permitidos) en la temperatura

Error de Tensión

El error de tensión de un transformador de potencial es la desviación porcentual de la

tensión secundaria con respecto al valor primario

K: Relación de transformación Up= Tensión actual del primario Us= Tensión actual secundario

El error se considera positivo si el valor actual de la tensión secundaria excede el valor del

primario.

Error de Angulo

Es la desviación que se presenta en la tensión secundaria con respecto a la tensión

primaria; el error de ángulo introduce perturbaciones en la medida de potencia, de

energía y en la operación de relés de protección.

Limite de capacidad térmica

Es la carga continua secundaria que puede soportar el transformador con los aumentos

de temperatura estipulados en las características. Se da en función de la

corriente nominal In.

Tipos de Transformadores de Potencial

Doble Polo aislado: Los terminales del primario están

aislados de tierra para la máxima tensión de servicio, se utiliza para la conexión entre

líneas; Este tipo de transformadores se utiliza

para tensiones medias y bajas.

Un polo aislado: Uno de los extremos del devanado

primario se conecta directamente a tierra a

través de un terminal con un nivel de aislamiento

bajo. Solo se puede conectar en línea y tierra, en los sistemas de altea tensión de utiliza de un solo polo sumergido en

aceite.

CLASES DE TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

Tipo inductivo: la derivación o relación entre tensiones se hacen con base en la inducción magnética.

Tipo capacitivo: en el cual la reducción básica se hace por división de tensión entre condensadores en serie y solo en la etapa mas bajo se utiliza el principio inductivo para dar la tensión secundaria.

El costo y tamaño de los transformadores del tipo inductivo, se incrementa enormemente a medida que aumenta la tensión de aplicación;

una alternativa as económica son los transformadores capacitivos.

El transformador de potencial capacitivo es básicamente un divisor de tensión capacitiva.

Con un reactor ideal no existiría regulación en el transformación, pero ya que todo reactor

tiene algo de resistencia, siempre existirá una regulación que determinara la exactitud del transformador de potencial. Este diseño esta

encaminado a eliminar la necesidad de realizar ajustes de campo y permite una

operación con completa libertad para cambiar cargas mantenimiento la exactitud

dentro de los valores.

Causas de los errores de la relación

El error aumenta al disminuir la impedancia de la carga secundaria, esta solución tiene

tres limitaciones importantes:

El cambio de capacidad destruye la compensación Los errores de ángulos de fase de corrigen Cambios en la frecuencia de operación afecta

inversamente la corriente de excitación de los transformadores a frecuencias menores de la normal.

La variación en la tensión afecta la relación de transformadores únicamente en cuanto

cambia la corriente de excitación, Las medidas a tensión mas altas que la nominal

producen una corriente de excitación excesiva y conducen a un error inaceptable.

La exactitud del transformador es afectada levemente por cambios en la temperatura de los devanados, debido a que la resistencia de estos también se afecta con la temperatura cambiante. El cabio en la exactitud esta por

debajo del 0.1 % para un cambio en la temperatura de 55°C

Cambios bruscos de tensión en el sistema producen transitorios en el secundario del transformador de tensión por ser este el

sistema serie resonante. Esto es necesario tenerlo en cuenta, especialmente para los relés de protección de muy alta velocidad.

Como el comportamiento del transformador durante los cortocircuitos y transientes de la

red es de interés para la operación de los relees de protección, se necesitan conocer las

demoras de tiempo transitorias de los potenciales y su respuesta en forma y tiempo

a las variaciones de tensión. El limite superior para este tiempo de respuesta de

toso el sistema de protección queda gobernado por esas características.

Aislamiento

Es necesario asegurar la hermeticidad del medio aislante durante la operación del transformador , por lo cual es de sumo

interés conocer la forma en que se garantiza la protección hermética del aislante,

generalmente aceite, permitiendo la libre expansión térmica en servicio. (todo

transformador de potencial, si es de aceite debe llevar una cámara de expación)

Cargabilidad

La cargabilidad de un transformador de potencial se expresa en VA para un factor potencia especifico según norma ANSI 57.13, como se muestra en la

siguiente tabla:

Según IEC: 3.0 y 6.0 % para protección

Según ANSI: 0.3 – 0.6 – 1.2 % para cualquier propósito

Conexiones

La mas común de los transformadores de potencial del tipo polo aislado

Los de un polo aislado, sean inductivos o capacitivos, siempre se conectan en fase-

tierra pudiendo estar sus secundarios conectados en estrella ò en delta rota.