Caracteristicas Tecnicas Transformadores de Corriente Areva

Introducción a las Especificaciones de las Características Técnicas de los Transformadores de Corriente de Fabricación AREVA

Tarcisio Almeida Itajubá –Marzo/2010

INTRODUCCIÓN

3

Introducción a las Especificaciones de las Características Técnicas de los Transformadores de Corriente de Fabricación AREVA – Enero/2010

Propósito de un TC 

Son equipos eléctricos diseñados para enviar la información del sistema de alta tensión a los instrumentos eléctricos de medición, control o protección.



Transformar altos valores de corriente para un valor a ser medido fácilmente por los relevadores y instrumentos de





4

medición. Aislamiento del circuito de medición de la alta tensión del sistema. Posibilitan una estandarización de instrumentos y relevadores para algunas corrientes


Aplicación de un TC Transformar las magnitudes estándar y fáciles de manejar, con precisión y seguridad, que trabajan en los servicios de:

5



Medición del consumo de energía y potencia



(“Wattímetros” y medidores de energía) Protección de los sistemas eléctricos (relevadores)


Propósito de un TC de Protección 

Para un TC de protección es importante que la corriente secundaria que llega en los sistemas de protección sea la más fiel posible, principalmente durante los cortocircuitos.



Las corrientes corto-circuito son muy elevadas, o quedepuede llevar el normalmente núcleo magnético del TC a la saturación.

6


Propósito de un TC de Protección

7



Durante la operación normal del sistema, el TC trabaja en la región lineal, de modo que el error del TC sea pequeño;



Durante una perturbación, dónde la corriente de cortocircuito es muy grande, es necesario que la protección opere tan pronto como sea posible, dentro de las limitaciones de operación y de coordinación. Proteger el sistema eléctrico se vuelve más importante que el hacer su medición;



Se admite entonces para la protección, durante el cortocircuito, errores hasta el 10% en la corriente secundaria del TC; Introducción a las Especificaciones de las Características Técnicas de los Transformadores de Corriente de Fabricación AREVA – Enero/2010

Propósito de un TC de Medición

8



Los TC‘s para servicio de medición deben retratar fielmente la corriente a ser medida;



Deben presentar errores de fase y de relación mínimos dentro de sus respectivas clases de exactitud;



Para medición, en caso de corto-circuito, no hay necesidad que la corriente sea transformada con exactitud. Es mejor que en condiciones de cortocircuito, el TC sature, proporcionando así, una autoprotección a los equipos de medición conectados en su secundario;


Introducción a los materiales magnéticos 

9

Flujo Magnético


Introducción a los materiales magnéticos

10



Ley de Lens-Faraday



La variación del Flujo magnético crea una corriente en la dirección opuesta a la bobina.


EOE1

Curva de Saturación Medición X Protección Inducción B [T]

18500 gauss TC de Protección

12000 gauss (NANO) TC de Medición

10

20

Corriente Primaria Ip/In 30

40

Para factores de seguridad de 10 11


Diapositiva 11 EOE1

Hipersil, material para nucleo de protección, Nano material para nucleo de medición Edwin Oria Espinoza; 23/04/2017

Diferencias de un TC de Medición y Protección 



12

Los TC‘s de medición deben mantener su precisión para corrientes nominales, mientras los TC‘s de protección deben tener una precisión hasta el valor del factor de sobre corriente (FS) especificado por el cliente; Los núcleos magnéticos de los TC‘s de medición son de sección más pequeña que los de protección para que saturen durante el corto-circuito cuando la corriente primaria alcanza valores altos;


Objetivo de una especificación correcta X Selección de los equipos

13


Objetivo de una especificación Una especificación correcta proporciona:

14



Producto que satisfaga las necesidades del cliente;



La solución más económica;



Mínimo riesgo para el sistema;


Selección de los Transformadores Para que un TC trabaje correctamente y sin daños, tanto en condiciones normales cuanto en casos de falla, es necesario que: 

Sea dimensionado para soportar todo el tipo de requerimiento (térmica, dinámica o dieléctrica) que el sistema pueda imponer;



Tenga características nominales adecuadas para el uso adecuado;



Y sea diseñado, construido y probado a fin de garantizar por muchos años las características especificadas.

Esto so es posible con transformadores construidos con materiales de primera calidad. 15


Guía de una Especificación

16


Como especificar un TC 

Débese analizar cuidadosamente todos los parámetros necesarios para la especificación un TC.



La conformidad con normas técnicas nacionales o internacionales es uno de los mejores medios para

alcanzar este objetivo.  Especifique solamente el necesario, los excesos se transforman en costos.

17


Guía de una especificación Índice

18



1 - Normas que se aplican



2 - Tensión máxima del equipo y niveles de aislamiento



3 - Frecuencia nominal



4 - Cargas nominales y clase de precisión


Guía de una especificación Índice

19



5 - Corrientes nominales primarias y relaciones nominales



6 - Factor térmico nominal



7 - Corriente térmica y dinámica



8 - Tipo de instalación y condiciones especiales de operación



9 - Cuidados con la operación


1. Normas que se aplican ABNT-Associação Brasileira de Normas Técnicas 

NBR-6856/92 – Especificación del TC



NBR-6821/92 - Método de pruebas en TC‘s

IEC-International Electrotechnical Comission

20



IEC-60044.1 - Especificación y pruebas en TC‘s



IEC-60044.6 - Requerimientos de transformadores de corriente para protección con comportamiento transitorio.


1. Normas aplicadas

ANSI-American National Standards Institute 

21

C 57.13/93 - Especificación y Pruebas en TC‘s y TT‘s


2. Tensión máxima y niveles de aislamiento 

La tensión máxima del equipo debe ser al mínimo la tensión más elevada del sistema dónde el TC será instalado;



Especificada de acuerdo a la norma;



Niveles decon aislamiento valores estándar deben del ser definidos base en lason clase de tensión de yservicio circuito en lo que o TC será instalado y así representados: NI: tensión soportable nominal a la frecuencia industrial/ tensión de choque de rayo/ tensión de impulso de maniobra* * Establecido para tensión arriba de 245kV 22


2. Tensión máxima y niveles de aislamiento Según Norma IEC-60044.1, valores en kV Tensión máxima Tensión soportable a la Tensión soportable del equipo ( U frecuencia industrial 1 min de choque de rayo m)

Tensión de impulso de maniobra

72.5

140

325

-

100

185

450

-

185

450

-

230

550

-

230

550

-

275

650

-

275

650

-

325 395

750 950

-

460

1 05 0

-

395

950

750

460

1 05 0

850

460

1 05 0

850

510

1 17 5

950

570

1 30 0

1050

630

1 42 5

1050

630

1 42 5

1050

680

1 55 0

1175

880

1 95 0

1425

975

2 10 0

1550

123

145

170

245

300

362

420

525

765

23


3. Frecuencia nominal

Los transformadores deben ser utilizados en la frecuencia especificada en su placa de identificación, para que no tenga problemas de precisión, pérdidas internas, etc.  Frecuencias nominales utilizadas: 60 y 50 Hz. 

24


4. Cargas nominales y clase de precisión

25



Las cargas nominales deben ser especificadas de acuerdo a las necesidades del comprador.



Cada norma tiene cargas nominales estándar, de acuerdo al factor de potencia.



Las clases de precisión son definidas de acuerdo a la aplicación: medición o protección.



Las clases requeridas por el comprador deben estar de acuerdo a la norma.


4. Cargas nominales y clase de precisión Para selección de la carga nominal del TC, débese añadir: Las potencias de los dispositivos que serán conectadas en el secundario del TC + Las potencias consumidas por las conexiones y cableado Hecho esto adoptase la carga estándar del valor inmediatamente arriba del valor calculado. 26



27



La utilización de relevadores digitales reduce el costo en la adquisición de TC‘s, una vez que mientras las impedancias de los relevadores electromecánicos pueden llegar a los 25 ohms, las impedancias de los relevadores digitales no superan 0,1 ohm, haciendo con que los núcleos sean más pequeños;



Con esto se puede observar que la impedancia del cableado deberá tener las debidas consideraciones para las especificaciones del TC‘s;


4. Cargas nominales y clase de precisión Servicio de la protección IEC IEC (cos  =0,8) Ejemplo: 5P20, 15VA 

Significa que el TC tiene un error de corriente menor que 5% en 20*In y error menor que 1% en In, con la carga nominal de 15VA conectada en sus terminales.

28


4. Cargas nominales y clase de precisión Servicio de la protección IEEE IEEE (cos  =0,9 ou 0,5) T100 (Tested) C100 (Calculated) Significa que el TC tiene un error de corriente menor que 10%, para la corriente desde In hasta 20In, con la carga nominal de 25VA conectada en sus terminales.( Is=5A, Usat=100V) 29


4. Cargas nominales y clase de precisión Servicio da medición IEEE 

IEEE

0,6B1,0 B1,0 =Impedancia Zc de la carga nominal en P(VA)  Z c *

2

sn

0,6 = Clase de precisión garantizada con carga nominal con 100%In*Ft, y error de 1,2% con 10%In.

30


4. Cargas nominales y clase de precisión Servicio de medición IEC 

IEC

30VA, Cl 0,2 30VA = Potencia de la nominal 0,2 = Clase de precisión garantizada con 100% y 25% de la carga nominal con 100 y 120% de la In.

31


4. Cargas nominales y clase de precisión Servicio de medición IEC CLASE DE Porcentaje del error de corriente en PRECISIÓN porcentaje de la corriente nominal

0.1 0.2 0.5 1.0 CLASE DE PRECISIÓN

0.2S 0.5S

32

5 0.40 0.75 1.50 3.00

20 0.20 0.35 0.75 1.50

100 0.10 0.20 0.50 1.00

120 150.10 30 0.20 90 0.50 180 1.00

Porcentaje del error de corriente en porcentaje de la corriente nominal 1 5 20 100 120 0.75 0.35 0.2 0.2 0.2 1.5 0.75 0.5 0.5 0.5

DESFASE EN PORCENTAJE DE LA CORRIENTE NOMINAL MINUTOS CENTIRADIANOS 5 8 15 45 90

1 30 90

20 5 10 30 60

100 5 10 30 60

120 0.45 0.9 2.7 5.4

5 0.24 0.45 1.35 2.7

20 0.15 0.3 0.9 1.8

100 0.15 0.3 0.9 1.8

DESFASE EN PORCENTAJE DE LA CORRIENTE NOMINAL MINUTOS CENTIRADIANOS 5 20 100 120 1 5 20 100 15 10 10 10 0.9 0.45 0.3 0.3 45 30 30 30 2.7 1.35 0.9 0.9


120

120 0.3 0.9

4. Cargas nominales y clase de precisión Clase 1% IEC

33


4. Cargas nominales y clase de precisión Factor de seguridad (FS) para los núcleos de medición 



34

El FS indica el grado de protección que el TC provee a los instrumentos conectados en lo secundario de medición; El FS será tanto más bajo cuanto más rápidamente ocurrir la saturación del núcleo de medición cuando la ocurrencia del corto-circuito, lo que resulta en diseñar el núcleo de medición trabajando con una inducción más alto posible en el regime nominal;


4. Cargas nominales y clase de precisión Factor de seguridad para núcleos de medición 

Sea un caso real:

TC tipo QDR-245 800-1A 15VA Cl 0,2 FS<10 cosφ = 0,8 Ith=25kA/1s Idin=62.5kA f=60Hz Ft=2*In 35


4. Cargas nominales y clase de precisión Factor de seguridad para núcleos de medición Zc 

Pc 2

I



15 1

Rc  Zc * cos   12

 15

Xc  Zc * sin   9

2

Zt  ( R 2  R c ) 2  ( X c ) 2  16.16

Vsat  FS *

36

2

* Zt  161 .6V



37



Como visto anteriormente, para la correcta selección de la carga a ser atendida por el transformador, el cliente debe añadir la carga de los aparatos de medición/protección con la impedancia total del cableado que conectan los TCs a los paneles.



Es importante observar que, cuanto mayor la carga, mayor será el núcleo para cumplir con la precisión, y mayor será el modelo del TC para acomodar los núcleos. Así, es interesante estudiar la forma de reducir la impedancia total.



Una forma de hacerlo es utilizar como corriente secundaria 1A en lugar de 5A. Introducción a las Especificaciones de las Características Técnicas de los Transformadores de Corriente de Fabricación AREVA – Enero/2010

4. Cargas nominales y clase de precisión 

38

Por ejemplo, sea la comparación de costos de dos TCs de 245 kV, uno con corriente secundaria de 1A y el otro con corriente secundaria de 5A.


4. Cargas nominales y clase de precisión EJEMPLO: 

Suponiendo una distancia de 250m entre el transformador y la sala de control, y un cable 10AWG que conecta los dos, el cliente deberá que solicitar un TC con la carga secundaria que se siegue:

Zcablado(ohm)  (

0,0175 5,261mm 2

) * 500m  1,66(ohm)

2

P (VA)  Z t * I  (1,66  0,1) * 25  44(VA) 39


4. Cargas nominales y clase de precisión 

Es decir, débese especificar una carga de 50VA.



El cálculo para 1A tenemos: 2

P (VA)  Z t * I  (1,66  0,1) *1  1,76(VA) Es decir, débese especificar una carga de 2,5VA.

40


4. Cargas nominales y clase de precisión La comparación un TC de 245kV, uso externo aislado con aceite: 50/75-100/150/5/5A Ft=1,2 f=60Hz 50VA,CL0.2 y 50VA,5P20 (garantizada en todas las relaciones) Con otro de 245kV, uso externo aislado con aceite: 50/75-100/150/1/1A Ft=1,2 f=60Hz 15VA,CL0.2 y 15VA,5P20 (garantizada en todas las relaciones)

El costo con chapa y cobre con 1A es30% más bajo que con 5A, debido que las cargas son mucho más bajas.

41


4. Cargas nominales y clase de precisión Cuando trabajan con: Ip baja + Ith muy alta (arriba de 80*In) + alta precisión (0,3 o 0,2) = Costo muy alto Por ejemplo para reducir el costo del equipo puédese: Reducir la diferencia entre la corriente de corto-circuito y la corriente primaria, establecer la corriente secundaria en 1A reduciendo la carga secundaria.

42


5. Corrientes nominales y relación nominal

43



Corrientes primarias son seleccionadas por su valor estándar arriba de la corriente nominal de instalación;



Corrientes secundarias estándar: 5A o 1A;



Religación primarias ( individuales, doble, triple );



Tomas secundarias;


5. Corrientes nominales y relación nominal Tomas secundarias

 

El cambio de relaciones es hecho a través del cambio en los devanados secundarios.



Ejemplo:



Posibilidad de corrientes primarias son 500, 1000 e 2000A;



La corriente secundaria requerida es 5A



De acuerdo a la norma:

La exactitud es garantizada, como estándar, solamente en la  Relación: 100/200/400:1 mayor relación 500/1000/2000/5A

44


5. Corrientes nominales y relación nominal Religación del primario

 

El cambio de relación es hecho a través de religación en el primario.

Ejemplo: 

Posibilidad de corrientes primarias son 500, 1000 e 2000A;



La corriente secundaria requerida es 5A



De acuerdo a la norma :



500-1000-2000/5A

La precisión es la misma en todas las relaciones  La relación es 100-200-400:1 45


5. Corrientes nominales y relación nominal Algunos ejemplos

46



600/5A



1200/5/5A

 

300-600/1A 100/200/300/5/5/5A



2000MR:1-1A - (2000MR: 400/1200/1500/2000)



200-400-800/5/5A



200/300/500-400/600/1000/5/5/5A


5. Corrientes nominales y relación nominal Múltipla relación 

Valores estándar en Norma:

600MR; 1200MR; 2000MR; 3000MR; 4000MR; 5000MR 

Cuando el cambio de relación es hecho por tomas secundarias, las clases de precisión de cada devanado deberán ser especificadas por separado;

Se no se especifica nada, la clase de precisión será garantizada solamente en la mayor relación. 47


6. Factor térmico nominal



Factor térmico es la corriente máxima que el TC debe soportar en regime permanente, en condiciones estables de operación, sin exceder los límites de aumento de la temperatura correspondientes a clase de aislamiento, impuesto por la norma por la cual fue especificado.



Valores estándar: 1,0 - 1,2 - 1,3 - 1,5 - 2,0

48


7. Corriente térmica y dinámica 

Corriente Soportable nominal de corta duración: Valor eficaz de la mayor corriente primaria que el TC puede soportar por efecto Joule, durante 1 segundo, sin que hayan sufrido daños y pérdida de la vida útil y sin exceder los límites de temperatura especificados para su clase de aislamiento. La temperatura máxima admisible en el TC es de 105ºC para aislamiento clase A. Esta corriente debe ser definida en lo punto de instalación del equipo. Estándar

: Ith= 80 * Inominal

Limite: 40 kA 49


7. Corriente térmica y dinámica 

Corriente Térmica: Se la duración es diferente de 1segundo, se utiliza la fórmula:

Ith( t )  Ith(1seg) *

t

Dónde: 0,5seg ≤ t ≤ 5seg

50


7. Corriente térmica y dinámica



Corriente Dinámica: El valor máximo de primera magnitud de la corriente primaria que el TC puede soportar sin sufrir fallas eléctricas o mecánicas por la influencia de las fuerzas electromagnéticas.

Idy  1, 8 *

51

2 * Ith  2, 5 * Ith


7. Corriente térmica y dinámica IP a ri a m ri P te n e ir r o C

Dinámica

Componente Exponencial

Térmica t

52



Para soportar los efectos térmicos de la Ith, los devanados deben ser diseñados para trabajar durante 1 segundo, con densidad máxima de corriente de 160 A/mm2 en las norma ABNT y IEC, y 143 A/mm2 en la norma ANSI.

Ith 

53

Pcc ( MVA ) V ( kV )* 3

 Ith ( kA )  n * In



IMPORTANTE Valores muy altos de corriente de corto-circuito pueden hacer un proyecto inviable o tener un costo muy alto.

54


8. Tipo de instalación y condiciones especiales



Uso interior o exterior;



Condiciones especiales:

1) Altitud sobre el 1000m; 2) Condiciones ambientales ( nivel de contaminación); 3) Sismicidad;

55


Aisladores

56


Aisladores Línea de fuga 51

Saya 9 2

Perfil X 7 6

Línea de fuga AB = 222 mm 57


Aisladores Contaminación - Línea de Fuga IEC 60044-1/03 IEC 815

Línea de Fuga

Nivel de Línea Fuga Contaminación específica I II III IV

Ligero Medio Pesado Muy pesado

16 mm/kV* 20 25 31

* Valor eficaz de la tensión entre fases 58


Aisladores Línea directa o Distancia de arco Ejemplo: CTH-245 - 28SX LF = 6233mm o 6233[mm]/245[kV]=25,44[mm/kV] CT = 2210mm CF = LF/CT = 2,82 Distancia de arco Nivel de Contaminación

I,II III,IV

59

Línea de Fuga Distancia de arco <=3,5 <=4,0


Influencia de la Altitud en la Distancia de arco del aislador Altitud máx. estándar: 1000 m.s.n.m • Resistencia dieléctrica del aire disminuye cuando la presión atmosférica disminuye. • Riesgo de descarga disruptiva 60

Alta tensión

Altitud Densidad del aire

Tierra


Influencia de la Altitud en la Línea Directa del aislador Para instalaciones sobre 1000msnm, la línea directa del aislador en relación a las condiciones atmosféricas deben determinarse multiplicando la distancia de arco necesaria para el nivel de tensión. Según IEC el factor debe ser calculado de acuerdo abajo:

k e

m*( H 1000 ) / 8150

H= altitud en metros; m = 1 para la freq. Ind. y choque de rayo. m = 0,75 para tensión de maniobra. 61


Norma IEC-60044.1/03 m=1

Factor de corrección para la altitud.

1.4

m=0.75 1.3

1.2

1.1

1.0 1000

62

1500

2000

2500

3000

3500

4000


Influencia en el Costo El costo del equipo será mayor se: 

El nivel de contaminación del local de instalación fuere mayor que 25mm/kV; 

La altitud de instalación sea superior a 1000m.s.n.m; Este aumento se debe exclusivamente al sobre dimensionamiento del aislador.

63


Guía de calculo de un Transformador de Corriente

64


Circuito Equivalente del TC Z’1

X’1

Z2

R’1

X2

R2 U2

I0

I’1

Xo

U’1

Im

I2 R p

Iw

E2

Xc a g r a C

Zc

Rc

65


Circuito Equivalente del TC I1=Corriente primaria referida a la corriente secundaria I2=Corriente secundaria del TC Z‘1=Impedancia del primario referida al secundario. Z2=Impedancia del secundario Zc=Carga conectada en el secundario del TC Io=Corriente de excitación/magnetización del TC Im=Corriente de magnetización del núcleo del TC Iw=Corriente de pérdidas (Histerese y Joule) Rp=Resistencia equivalente a las pérdidas del TC Xo=Reactancia equivalente a la magnetización del núcleo

66


Circuito Equivalente del TC U1=Tensión eficaz primaria U2=Tensión eficaz secundaria E2=Fuerza electromotriz secundaria (valor eficaz) Ø= Flujo magnético útil en el núcleo, producido por mI R‘1=Resistencia óhmica del devanado primario X‘1=Reactancia de dispersión del devanado primario R2=Resistencia óhmica del devanado secundario X2=Reactancia de dispersión del devanado secundario

67


1. Selección del Amperio-vuelta Selección del Amperio-vuelta del equipo: AVmáx 

Cap.Dinámica Ith / In

Calculo del numero de vueltas secundaria y primaria:

N 2  AE I2 A través de la relación de transformación, calculase el numero de vueltas primarias:

I I 68

2 1



n n

1 2


1. Selección del Amperio-vuelta La impedancia total del TC:

Z=

(R + )R(C

2

2

+ )X 2 + X C

2

Para núcleos toroidales y devanados totalmente distribuidos, X es despreciable. 2

La f.e.m inducida (E2) es directamente proporcional a la impedancia total (Z):

E 69

2

Z*

2


2. Impedancia total Para el cálculo del devanado secundario, nosotros utilizamos las siguientes fórmulas: Corriente de corto-circuito:

IS • ( S St =

Regime constante:

70

S S Ft =

I Th

IP )

160

I S • FT 2 .4


2. Impedancia total Dónde:

71



160 es la densidad de corriente en [A/mm²] de acuerdo a a norma IEC y ABNT;



2.4 es la densidad de corriente en [A/mm²] en regime nominal veces el factor térmico


3. Cálculo de la inducción del núcleo

E 2 • 10 6 B= f 2• •N2•S2 50

Fórmula de BOUCHEROT

B = Inducción Magnética (Gauss) E2 = Tensión en la impedancia total (V) f = Frecuencia nominal (Hz) N2 = Numero de vueltas secundarias S2 = Sección del núcleo (cm2)

72


4. Definición del núcleo de protección De la curva de histéresis del núcleo se obtiene el valor de la intensidad del campo magnético Ho. Corriente de magnetización:

 *dm ( cm ) Io  * Ho N2 Error del núcleo de protección del transformador:  %

73

Io *100 20*I 2


4. Definición del núcleo de protección



El Factor de Sobre corriente [FS] es el factor utilizado en los TC‘s para servicio de protección. Es la relación entre la máxima corriente que el transformador mantiene la clase de precisióny la

corriente nominal;  La norma IEC tiene esto valor en la descripción de las características de los núcleos, por ejemplo 5P20, dónde 20 es el factor de sobre corriente.

74


5.1 Definición del núcleo de medición De la curva de histéresis del núcleo, encontrase el valor de la intensidad del campo magnético Hμ y Hω. Error de relación: %  

 * dm * [ Hw * cos c  Hm * sinc] *100 N *I 2

2

Error de fase:  (min) 

75

 * dm * 3438 * [ Hm * cos c  Hw * sinc ] N2 * I2


5.2 Núcleo de protección 

Nuestros transformadores trabajan con chapa M4 que satura a 18500 Gauss en la corriente nominal y consecuentemente a 20*In limitase a 925 Gauss.



Así nuestros transformadores son limitados al error (Io) y la inducción magnética del núcleo (B). Para el cálculo de la tensión de saturación:

Vsat  Fs * I 2 * Zt 76

Zt  ( R2  Rc ) 2  ( X c ) 2


5.2 Núcleo de protección Linear

Saturación

Vsat

Io(A) 77


Ejemplos de influencia de las características en el proyecto

78


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y dinámica TC - 245kV uso externo aislado en aceite. Corriente nominal: 50/75-100/150/5/5A - 60Hz - Ft=1,3 Clase de exactitud: 50VA,CL.0.2 y 50VA,5P20 Garantizada en todas las relaciones: El TC con Ith=31,5kA tiene uncosto 20% mayor que el TC con Ith=25kA. Esto se debe a lo AV ser menor para las corrientes térmicas más altas, aumentando así la cantidad de chapas del núcleo.

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Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y dinámica Con el cálculo de los AV posibles que el TC puede trabajar:

AVmáx 

Cap.Dinámica Ith( In)

Para Ith=31,5kA (420In)

AVmáx 

240 kA 420

 571,4

AVmáx  450 80

Para Ith=25kA (333,3In)

AVmáx 

240kA 333,3

 720

AVmáx  600


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y dinámica Cálculo del número de vueltas secundarias N2: Para Ith=31,5kA (420In)

N2 

AV 450   90 I2 5

Para Ith=25kA (333,3In)

N2 

AV 600   120 I2 5

B=Inducción Magnética (Gauss) E2=Tensión sobre la impedancia total (V) E 2 * 10 6 B f=Frecuencia nominal (Hz) f 2* * N 2*S2 N2=Número de vueltas secundarias 50 S2=Sección del núcleo (cm2) 81


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y la relación nominal



Estudio del caso:



Cual la diferencia de costo de un TC con precisión todas lasenrelaciones precisión garantizada garantizada en solamente la mayor x relación?

82


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y la relación nominal

Ejemplo TC 245kV - uso externo aislado con aceite Corrientes nominales: 50/75-100/150/5/5A 50VA,CL0.2 - 50VA,5P20, garantizado en todas las relaciones

AVmáx  Cap.Dinámica Ith( In)

AVmáx 

240kAE 31,5kA / 75 A

 571

AVmáx 

240kAE 31,5kA / 50 A

 381

Así tenemos 450AV p/ 75-150 y 300AV p/ 50-100A 83


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y la relación nominal N2 

AV I2

N2=90 vueltas p/ 75-150 N2=60 vueltas p/ 50-100

B

Medición (NANO): S1=54cm2 84

E 2 * 10 6 f 2* * N 2*S2 50

Protección (Hipersil-M4): S2=74cm2


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y la relación nominal Errores de los núcleos: Io 

 *dm ( cm ) * Ho N2

%  

 %

Io *100 20* I 2

 * dm * [ Hw * cos c  Hm * sinc ] *100 N2 * I2

En la menor relación el número de vueltas secundarias es menor causando un aumento de la inducción magnética y del error. Logo se debe aumentar la sección del núcleo. 85


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y la relación nominal Corrientes nominales: 50/75-100/150/5/5A 50VA,CL0.2 – 50VA,5P20 garantizado solamente en la mayor relación AV=450 Medición: Sección del núcleo=21cm2

Protección: S2=50cm2

Cuando garantizamos solamente en la mayor relación la sección del núcleo disminuye, una vez que el número de vueltas secundarias aumenta. El costo que se paga con chapa, para garantizar en todas las relaciones, es de aproximadamente 36% mayor que para garantizar solamente en la mayor relación. 86


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y la relación nominal Ejemplo 1: Sea un TC de protección con corriente térmica de 40 kA, factor térmico de 120% e corriente nominal primaria de 500 A y secundaria de 5 A.

S St =

5 • ( 40000 500) 160

=

5

= 2.5 mm ²

2

O por la siguiente fórmula:

S S Ft =

87

5 • 1.2 2 .4

=

5 2

= 2.5 mm ²


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y la relación nominal Ejemplo 2: Sea un TC de protección con corriente térmica de 40 kA, factor térmico de 120% y corriente nominal primaria de 100 A y secundaria de 5 A.

S St =

5 • ( 40000100)

= 5 • 2.5 = 12.5 mm ²

160

O por la siguiente fórmula:

S S Ft =

88

5 • 1.2 2 .4

=

5 2

= 2.5 mm ²


Ejemplo del efecto de la Corriente térmica y la relación nominal Conclusión: 

Logo, es muy importante observar que la corriente térmica no debe ser más grande que la corriente nominal. En esto caso, la sección del devanado puede ser muy grande, y como resultado costos muy altos.



89

Se la corriente térmica es realmente más grande que la corriente nominal, se puede hacer una falsa relación para los TCs de protección.


Ejemplo del Factor de seguridad para núcleos de medición 

Dificultades en la obtención del FS:

1- Cuando la carga y la precisión requeridas fueren altas. Esto implica en grandes secciones de núcleo y, así, bajas inducciones nominales; 2- Garantía da misma precisión y carga en tomas más bajas. Como en esta toma el regime de AV es más bajo, la sección necesaria para obtener el requerido será mayor, y el núcleo será de gran tamaño en relación al núcleo de la toma más alta, implicando en baja inducción nominal;

90



Dificultades para la obtención del FS:

3- Garantía del FS con una carga mas baja que la nominal (5% de la carga). El núcleo estará también de gran tamaño y el FS tendrá un alto valor, y por lo tanto baja protección para los instrumentos; 4- Factor térmico muy alto. Cuanto mayor el Ft, más elevadas serán las secciones de los hilos secundarios y, por lo tanto, menores las resistencias secundarias, lo que implica en un aumento del cosφ total y dificultando la obtención del FS requerido.

91


Ejemplo del Factor de seguridad para núcleos de medición Soluciones: 1- Cuando se utiliza chapa Hipersil para confección del núcleo, cuyo ponto de saturación es en torno de 18500 Gauss, el objetivo es hacer un núcleo de diámetro promedio más pequeño posible, una vez que el error es directamente proporcional a elle. Esta sería la solución de más bajo costo, pero a veces las características requeridas por los clientes nos hacen cambiar para una segunda solución: 

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Soluciones: 2- Utilización de núcleos con chapa de NANO, la cual tiene una gran ventaja de tener un ponto de saturación en torno de 12000 Gauss y tener bajo error de precisión; Pero esta chapa tiene alto costo, está disponible por pocos fabricantes, y tiene plazo de entrega muy alto, una vez que se trata de un producto importado.

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TC por TOMAS SECUNDARIAS x RECONEXIÓN DEL PRIMARIO Un ejemplo: 

94

Hemos considerado un transformador con 4 núcleos de protección 50VA,5P20. Se el diseño es con simples reconexión primaria, solamente con tomas secundarias, las dimensiones de los núcleos serán: Ip = 600/800/1000/1200/1600/2000/5/5/5/5 A


TC por TOMAS SECUNDARIAS x RECONEXIÓN DEL PRIMARIO 

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Pero, se el diseño es con reconexión primaria, nosotros obtenemos algunas relaciones con devanado secundaria y otras con reconexión primaria: Ip = 600/800/1000-1200/1600/2000/5/5/5/5 A


TC por TOMAS SECUNDARIAS x RECONEXIÓN DEL PRIMARIO CONCLUSIÓN: 



96

La utilización de la reconexión en lo primario causa la disminución del tamaño de los núcleos, por lo tanto habrá más espacio dentro de la virola en caso de necesidad de otros núcleos; La diferencia es que el AV para reconexión no es cambiado, y el cambio de relación es hecho en el primario – serie (utiliza los bornes de retorno) y paralelo (utiliza solamente los bornes de reconexión).


Cuidados en la operación Devanado secundario en abierto

El equilibrio de operación del TC es dado pela ecuación:

n1 * I 1  n 2 * I 2  n1 * Io

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Cuidados en la operación Devanado secundario en abierto 

La ecuación anterior muestra que, se por cualquier razón, el devanado secundario ficar en abierto, la corriente secundaria será cero y logo, toda f.m.m. producida por I1 Esto irá secausará cambiará en f.m.m. de magnetización. la saturación del núcleo, aumentando las perdidas a un valor muy elevado, debido a el alto valor de la inducción. Esto provocará un calefacción muy grande y también causará una tensión inducida muy alta en lo circuito secundario, poniendo en riesgo los instrumentos y, sobre todo, la vida humana.

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Cuidados en la operación Solución 1: bornes secundarios en corto 

Los TC‘s deben siempre tener su secundario fechado. Los devanados que no se utilizan deben estar en corto, puesto que no pertenecen al mismo núcleo. Cuando el TC tiene devanados con derivación secundaria y sólo una de estas está en uso, las demás deben permanecer abiertas, una vez que el devanado fechado ya equilibra el TC.

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Cuidados en la operación Solución 2: utilización de cuerno de arqueo (centellador) en los bornes secundarios 

Para proteger los devanados secundarios de picos de sobretensión, pueden ser instalados cuernos de arqueo entre los bornes secundarios de los devanados. Estos cuernos de arqueo son calibrados de forma a fechar el arco en una dada tensión disruptiva de acuerdo con la norma utilizada. Para a ABNT, esta tensión es 3,5 kV, y su necesidad es prevista en el momento del diseño. Atención : Los cuernos de arqueo soportan la tensión por 1 minuto!!!

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Orden de fabricación: 09.5123

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Orden de fabricación: 09.5124

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CONTACTO Ing. Tarcisio Almeida Ingeniero de Ventas - Exportación. Tel. 55 35 3629-7026 Fax:(35) 3629-7007 [email protected]

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Muchas Gracias!

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Caracteristicas Tecnicas Transformadores de Corriente Areva

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