Transformadores de medidas

1Laboratorio De Calidad de Laboratorio De Calidad de Suministro EléctricoSuministro Eléctrico

1Luis Morán T.Luis Morán T.

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Transformadores de Transformadores de medidas.medidas.



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Su clasificación depende de la variable que se esté midiendo:

Transformador de corrienteTransformador de potencial



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Reproducir en el circuito secundario la corriente o tensión primaria.

Mantener una relación entre señales primarias y secundarias lo más exacta posible, conservando fase y mínimo error de transformación.

Proporcionar señales secundarias de amplitudes bajas y normalizadas.

Proveer aislación galvánica entre circuito de potencia y circuito de medida, control o protección.

Objetivos de un transformador de medida.Objetivos de un transformador de medida.



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Transformador de Transformador de Corriente.Corriente.



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Transformador de Corriente



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Transformador de CorrienteToroidal



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Especificaciones técnicas de un T/C:

C37.110 1996

Guía IEEE para seleccionar transformadores de corriente para protecciones (relés).

Corriente nominal.

Factor de sobrecarga.

Corriente térmica de tiempo corto.

Corriente mecánica de tiempo corto (sólo para T/C con bobina primaria).

Tensión de impulso.

Voltaje nominal.



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Precisión.

Burden.

Características de excitación.

Polaridad.

Conexiones.

Operación en vacío.

Saturación.



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Circuito equivalente de un transformador de corriente.Circuito equivalente de un transformador de corriente.

1

2

2

1

2

1

2

1

Re

N

N

I

I

N

N

V

V

sCircuitalelaciones

ZB

Carga

Fuente

N1 : N2

T/Ci1 i2



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Configuraciones de Transformadores de Corriente

N1 : N2

FUENTE

ZB

CARGA

T/Ci1i2

FUENTE

CARGA

N1 : N2

i2

ZB

i1 = ia + ib + ic

(N1 = 1)

T/C

(A) (B)

1

2

2

1

N

N

i

i

Circuital

Relación



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BurdenValor de la impedancia que se debe conectar al secundario, para no exceder el error definido por la clase de precisión, ni tampoco provocar problemas de saturación.

Características de Operación de un T/C.Características de Operación de un T/C.

ESTÁNDAR DE BURDEN PARA TCs DE 5 A DE CORRIENTE ENEL SECUNDARIO (ANSI C57.13)

Designación. Resistencia()

Inductancia(mH)

Impedancia()

VA (a 5A) FP

B-1 0.5 2.3 1.0 25 0.5B-2 1.0 4.6 2.0 50 0.5B-4 2.0 9.2 4.0 100 0.5B-8 4.0 18.4 8.0 200 0.5



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Burden

Valor de la impedancia que se debe conectar al secundario, para no exceder el error definido por la clase de precisión, ni tampoco provocar problemas de saturación.

Saturación

Punto de saturación se define como el punto de operación donde un 10% de aumento de la tensión secundaria producirá un 50% de aumento en la corriente de excitación.

Características de Operación de un T/C:



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Causas que producen saturación en un T/C:

- Alta corriente de excitación.- Impedancia burden superior al valor nominal. del T/C aumenta error de razón, lo que puede comprometer operación de protecciones.



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Procedimiento Analítico para Determinar Saturación:

Vs = 4.44fANBmáx 10-8 [Volts]

f: frecuencia nominal [Hz]A: sección transversal núcleo de fierro [pulg2]N: razón número de vueltasBmáx: densidad de flujo [líneas por pulg. cuadrada]

El transformador está saturado si la densidad de flujo magnético está entre 77500 a 125000 líneas por pulgada cuadrada.



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Clasificación de los T/C según normas europeas:

TPX: T/C con núcleo de fierro sin entre-hierro, con error de razón de 0.5 %, constante de tiempo bobina secundaria mayor a 5 segundos.

TPY: T/C con núcleo de hierro y entre-hierro, constante de tiempo de la bobina secundaria de 10 segundos, error de razón de 1 %, mayor costo que el TPX. Su principal ventaja es que el flujo remanente es significativamente menor comparado a un TPX.

TPZ: T/C con núcleo de aire (característica lineal) constante de tiempo bobina secundaria de 60 ± 6 mili segundos para aplicaciones en 60 Hz, y de 50 ± 5 milisegundos para aplicaciones en 50 Hz. Error de razón de 1 % a corriente nominal.


16Luis Morán T.Luis Morán T. 16

Clase de Precisión:

Los T/C se identifican por una letra P (para protección) o M (para medición). Transformadores con letra P, corresponden a la clase de protección, garantizando un error máximo entre 5 y 10 %, el burden nominal en Volt-Ampere, corriente nominal, y valor límite en la clase de presición.

Ejemplo:

30 VA; 5P105 A y 30 VA 6 Volts en secundario.

Produce un error máximo de 5 % con 10 x 6 V = 60 Volts Máximo Burden a conectar es de 1.2



Característica de Excitación de un T/CCaracterística de Excitación de un T/C



T/C de 100/5 con un ZB = 0.336 , corriente de cortocircuito primario de 4800 A.

Vs= 4800 • (5/100) • 0.336 = 80.64 V

T/C se satura (máxima tensión secundaria que se puede desarrollar es de 30 V y corriente secundaria máxima de 89 A).

No es capaz de generar el voltaje requerido para hacer circular los 240 A secundarios, error de razón = 25.6 %.

EjemploEjemplo



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Riesgo de Operación en vacíoRiesgo de Operación en vacío Circuito Equivalente:

Con burden conectado: I1 • N1 = I2 • N2

Sin burden conectado: I2=0 => I1=0

Toda la corriente primaria se transforma en corriente de Toda la corriente primaria se transforma en corriente de excitación, por lo tanto, el flujo aumenta.excitación, por lo tanto, el flujo aumenta.

N 1 : N 2

F UE N T E

ZB

C A R G A

T /C

im

ip i1 i2

Vp Vs

sVαdt

dφ



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Clase de precisiónA corriente nominal.En condiciones de cortocircuito.

De acuerdo a la norma ANSI, el número de precisión indica el voltaje que debe inducirse en el secundario con el burden nominal o una corriente primaria igual a 1 a 20 veces el valor nominal, sin que se exceda en más de un 10% el error en la razón de transformación.

C200 => 200 V = 20 • 5A • ZB => ZB= 200/(20 • 5) = 2

Máximo burden que se puede conectar al T/C sin exceder 10% en error de razón.



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Transformador de Transformador de potencial.potencial.



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Principio de operación similar al de un transformador

de potencia.

Unidades monofásicas, con 120 V secundarios.

Características de precisión se mantienen para

operación en el rango de 10% Vn.

Clase de precisión entre 0.3 y 1.2.



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