UNIVERSIDAD FERMIN TOROESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRICA

TRANSFORMADORES DE MEDIDA

Alumno: Raúl Alcides Chávez D.25.541.399

Mediciones EléctricasTRANSFORMADORES DE MEDIDA

Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en uncircuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en elcaso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinasreales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, entre otrascaracterísticas.

También se puede decir que los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducciónelectromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre unnúcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primarios ysecundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. Tambiénexisten transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", demenor tensión que el secundario.

Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida parainstalar instrumentos, contadores y relees protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente.Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relees, permitiendo una mayornormalización en la construcción de contadores, instrumentos y relees.Los transformadores de medidapor su parte traducen las intensidades y tensiones de las líneas de Alta Tensión a valores medibles porcontadores y protecciones. Los Transformadores de Medida con aislamiento seco están diseñados parareducir intensidades o tensiones a valores manejables y proporcionales a las primarias originales.

Los instrumentos de medidas eléctricas modernos se producen para corrientes no mayores de algunasdecenas y centenas de amperes y tensiones del orden de cientos de volt. La aislación de la mayoría de losinstrumentos de medida eléctricas se calculan para tensiones de varios de miles de volt. Mientras tanto,con el actual nivel técnico es necesario medir corrientes alternas del orden de miles y decenas de miles deamperes, tensiones de cientos de miles de volt y potencias que alcanzan valores de 500 MVA y más.

Para medir grandes valores de magnitudes eléctricas mediante los habituales instrumentos de corrientealterna es necesario ampliar sus alcances y garantizar la seguridad del trabajo con esos aparatos. Laampliación de los alcances en circuitos de corriente alterna y la garantía de la seguridad de la medición dealtas tensiones se logra con ayuda de los transformadores de medida.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Según la estructura y principio de funcionamiento, los transformadores de medidas son semejantes a los habituales transformadores de potencia, sin embargo, se diferencian de estos últimos por el régimen de trabajo, forma

constructiva, potencia y dimensiones.

La parte fundamental del transformador de medida es el núcleo, compuesto de chapas delgadas (0.35 mm) de acero electrotécnico de alta calidad o

bien de otras aleaciones especiales, sobre el que se colocan dos devanados aislados uno del otro.

TIPOS DE TRANSFORMADORES DE MEDIDA De manera general tenemos dos tipos de transformadores de medida como lo son:

TRANSFORMADORES DE TENSIÓN:Son transformadores en los cuales su relación de transformación viene dada por los

valores de tensión en bornes del arrollamiento con relación a la tensión aparecidaentre los extremos del bobinado secundario. Son empleados para el acoplamiento devoltímetros siendo su tensión primaria la propia de línea. Dependiendo de lasnecesidades surgidas en cada momento, pueden disponer de varios arrollamientossecundarios.

TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD:En estos transformadores, la intensidad primaria y la secundaria guardan una

proporción, siendo ésta igual a la relación de transformación característica del propiotransformador. Se utilizan cuando es necesario conocer la intensidad de línea. En estecaso se intercala entre una de las fases el bobinado primario de tal manera que ésteque conectado en serie a la fase y al secundario se conecta el aparato de medida de lamisma manera que en los transformadores de tensión constructivamente sondiferentes a los de tensión.

CONEXION DEL BOBINADO PRIMARIO EN LOS TRANSFORMADORES DE TENSIÓN

BOBINADO PRIMARIO CONECTADO ENTRE FASES:

en este tipo de conexión, los bornes del bobinado primario se conectan directamente a las fases de la línea. Este conexionado es el utilizado cuando

lo que se quiere es medir la tensión de línea o tensión entre fases.

BOBINADO PRIMARIO CONECTADO A TIERRA:

en ocasiones es necesario medir las tensiones que aparecen entre fases y tierra por razones de seguridad. Dicha medida se consigue conectando uno de los

bornes del bobinado primario a la fase y el otro borne a tierra.

TRANSFORMADORES DE TENSIÓNEs un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un

secundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su únicoobjetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para quese mida con instrumentos incorporados, en estos transformadores el devanadoprimario de alta tensión se compone de un gran número(miles) de espiras de hilode cobre delgado del diámetro de 0,1 a 0,2 mm.

El devanado secundario de baja tensión, está compuesto de un númerorelativamente pequeño de espiras (cientos) de hilo de cobre de diámetro de 0,8 y1 mm.Las construcciones de los transformadores de tensión son de lo másvariadas. Según su destino, se producen de un solo alcance o de múltiplesalcance, portátiles o estacionarios, para instalación interior o exterior,monofásica o trifásica, de aislación seca para tensiones de hasta 3 kV o en aceitepara tensiones mayores de 3 kV. En los transformadores con aislación de aceite,el núcleo con los devanados está ubicado en un tanque de acero lleno de aceitede transformador, las salidas de alta y baja tensión se encuentran en la tapasuperior del tanque.

Circuito equivalente

Los transformadores de potencial se comportan en forma similar a un transformador convencional

de dos bobinas.

Por lo tanto el circuito equivalente referido al secundario es el siguiente.

ERRORES EN LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

En los transformadores de potencial existen 2 tipos de errores que afectan a la precisión de las medidas hechas con transformadores de potencial.

ERROR DE RELACIÓN: Es la diferencia entre la relación verdadera entre la tensión del primario y secundario y la relación indicada en la placa característica.

ERROR DE ÁNGULO:Es la diferencia en la posición de la tensión aplicada a la carga secundaria y la tensión aplicada al devanado primario.

El error de ángulo se representa con el símbolo (g), está expresado en minutos y se define como positivo cuando la tensión aplicada a la carga, desde el terminal

secundario marcado al no marcado, está adelantada respecto a la tensión aplicada al primario desde el terminal marcado al no marcado.

CLASIFICACIÓN DE LOS ERRORES

En el transformador de potencial interesa que los errores en la relación de transformación y los errores de ángulo entre tensión primaria y secundaria

se mantengan dentro de ciertos límites. Esto se obtiene sobredimensionando tanto el núcleo magnético como la sección de los

conductores de los enrollados. La magnitud de los errores depende de la característica de la carga secundaria que se conecta al transformador de

potencial. Para su clasificación desde el punto de vista de la precisión (error máximo en la relación de transformación) las diversas normas sobre

transformador de potencial exigen que los errores se mantengan dentro de ciertos valores para determinadas características de la carga.

TRANSFORMADORES DE TENSION

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros

dispositivos de medida y control.

Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser 600 / 5, 800 / 5, 1000 / 5. Los valores nominales de los transformadores

de corriente son de 5 A y 1 A.

El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga, y la carga de este transformador está constituida solamente por la

impedancia del circuito que se conecta a él.

Tipos De Construcción

TIPO PRIMARIO DEVANADO: Consta de dos devanados primarios y secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético.

TIPO BARRA:Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra.

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.

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.

Circuito equivalente

El circuito equivalente de un transformador de corriente es el siguiente

Dónde: Yo: admitancia de excitación. Z2: Impedancia de carga.

Zeq: Impedancia equivalente referida al secundario.

La inducción normal máxima en el Fe es muy baja, para trabajar linealmente y producir pérdidas magnéticas despreciables (la corriente de excitación "Io" es muy pequeña).

La impedancia equivalente referida al secundario coincide prácticamente, con la impedancia de dispersión del secundario dado que el primario suele ser solo una barra.

DEFINICIONES IMPORTANTES RELACIONADAS CON LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

a)Relación (Ratio). Es la relación de la corriente nominal de servicio del transformador y su corriente nominal en el secundario, el estándar más usado es de 5 Amps en el secundario.

b) Precisión (Accuracy). Es la relación en porciento, de la corrección que se haría para obtener una lectura verdadera. El ANSI C57.13-1968 designa la precisión para protecciones con dos letras C y T. "C" significa que el porciento de error puede ser calculado, y esto se debe a que los devanados están uniformemente distribuidos, reduciendo el error producido por la dispersión del flujo en el núcleo.

"T" significa que debe ser determinado por medio de pruebas, ya que los devanados no están distribuidos uniformemente en el núcleo produciendo errores apreciables.

El número de clasificación indica el voltaje que se tendría en las terminales del secundario del TC para un burden definido, cuando la corriente del secundario sea 20 veces la corriente nominal, sin exceder 10% el error de relación.

c) Burden o Potencia Nominal de un Transformador de Corriente. Es la capacidad de carga que se puede conectar a un transformador, expresada en VA o en Ohms a un factor de potencia dado. El término "Burden" se utiliza para diferenciarlo de la carga de potencia del sistema eléctrico. El factor de

potencia referenciado es el del burden y no el de la carga.

d) Polaridad. Las marcas de polaridad designan la dirección relativa instantánea de la corriente. En el mismo instante de tiempo que la corriente

entra a la terminal de alta tensión con la marca, la corriente secundaria correspondiente está saliendo por la terminal marcada.

e) Capacidad de Corriente Continua. Es la capacidad de corriente que el TC puede manejar constantemente sin producir sobrecalentamiento y errores

apreciables. Si la corriente del secundario de un transformador de corriente esta entre 3 y 4 Amps., cuando la corriente del primario está a plena carga,

se dice que el transformador está bien seleccionado. No se recomienda sobre dimensionar los TC's porque el error es mayor para cargas bajas.

f) Capacidad de Corriente Térmica de Corto Tiempo. Esta es la máxima capacidad de corriente simétrica RMS que el transformador puede soportar por 1 seg., con el secundario en corto, sin sobrepasar la temperatura especificada en sus devanados. En la práctica esta se calcula como:

I Térmica (KA) = Potencia de Corto Circuito (MVA)/ (1.73* Tensión (KV)).

Como la potencia de precisión varía sensiblemente con el cuadrado del número de Ampere-Vueltas del primario, para un circuito magnético dado, la precisión de los TC's hechos para resistir grandes valores de corrientes de corto circuito, disminuye considerablemente

g) Capacidad Mecánica de Tiempo Corto. Esta es la máxima corriente RMS asimétrica en el primario que el TC puede soportar sin sufrir daños, con el secundario en corto. Esta capacidad solo se requiere definir en los TC tipo devanado. En la práctica esta corriente se calcula como:I Dinámica (KA) = 2.54 * I Térmica

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE