Universidad del Norte – Subestaciones Subestaciones Electricas – Ing. Ing. Electrica Mar-2012
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Transformadores de potencial y Transformadores de corriente Luis Eduardo Manotas ,Juan Manuel Bolivar Miembros IEEE
The purpose of this paper is to show and epxplain Abstract — The the characteristics of a current and potential transformer, also to represent the various types of test and present the main factors for choosing a instrument transformer. voltage transformer, current transformer, Index Terms — voltage instrument transformer, winding, voltage error, angle error, measurement, protection
I. I NTRODUCTION
L
os Transformadores de instrumentacion están diseñados para reducir las intensidades y voltajes a valores manejables y proporcionales a las primarias originales. Separa del circuito de alta tensión los instrumentos de medida, contadores, relés, etc. Los principales objetivos instrumentación son:
de
los
transformadores
El enrollado primario de un transformador de potencial se conecta en paralelo con el circuito de potencia y en el secundario se conectan los instrumentos o aparatos de protección. Estos transformadores se construyen para todas las tensiones de circuitos normalizados. Normalmente son de tipo seco o moldeado para tensiones inferiores a 23 KV y en baño de líquido para tensiones superiores. Además, puesto que el objetivo principal es el muestreo de voltaje deberá ser particularmente preciso como para no distorsionar los valores verdaderos. Se pueden conseguir transformadores de potencial de varios niveles de precisión, dependiendo de qué tan precisas deban ser sus lecturas, para cada aplicación especial. La fig.1 corresponde al transformador de potencial.
circuito
equivalente
de
un
de
- Transformar las corrientes o voltajes de un valor por lo general de alto a un valor fácil de manejar para los enlaces y los instrumentos. -Aislar el circuito de medición del sistema de alto voltaje primario. - Proporcionar una estandarización para los instrumentos y/o relés. II. TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
Fi .1 Circu Circuito ito E uivalent uivalente e Transf Transformad ormador or De Potenci Potencial. al.
En esta imagen se aprecia la similitud al circuito equivalente de un transformador de potencia, con a diferencia que la carga en un TP es el “burden” el cual es baja comparado con un transformador de potencia. B. Diagrama Esquemático de un Transformador de potencial
A. Definicion
Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único objetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con instrumentos incorporados. Además, puesto que el objetivo principal es el muestreo de voltaje deberá ser particularmente preciso como para no distorsionar los valores verdaderos. Se pueden conseguir transformadores de potencial de varios niveles de precisión, dependiendo de qué tan precisas deban ser sus lecturas, para cada aplicación especial. En la figura 2 se observa el interior en el que se destaca el enrollamiento de los devanados y estos a su vez sumergidos
Universidad del Norte – Subestaciones Electricas – Ing. Electrica Mar-2012 en aceite de aislamiento, para evitar que la carcasa se energice y también exista cortocircuito interno. El modo de conexión de estos equipos puede ser de dos maneras: Conexión Línea-Línea: Como se observa en la figura 3, se conecta el primario en paralelo a la carga y el secundario se conecta el equipo de medición de tensión y preferiblemente conectado a tierra. Conexión Línea Neutro Tierra : Esta forma se emplea para monitorear sistemas que contengan neutro, de esta manera se conectan en configuración estrella, con cada TP conectado en paralelo a una fase y tierra, de esta manera se conectan a tierra tanto el primario como el secundario de los TP para disminuir el error en la medición.
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permanente y una alternativa económica también para tensiones <100 KV
La CVT se compone de dos partes, el divisor de tensión capacitivo - ECV - con las dos capacidades C1 y C2 y la unidad electromagnética - UEM. El tamaño de los C1 y C2 capacitancias determina la relación de tensión de la ECV. La UEM tiene un transformador de tensión inductivo, una reactancia de ajuste y la protección de un en contra de ferroresonancia.
Fig.4 Diagrama de un T V tipo capacitivo
Fig.2 Modo De Conexión.
C-II. Transformador Inductivo Un Polo Aislado:
C. Tipos de transformadores de potencial
Existen dos maneras principales de hacer un transformador de potencial:
Es un transformador monofásico en el cual uno de los extremos del devanado primario se conecta directamente a tierra a través de un terminal con un nivel de aislamiento bajo. Únicamente se pueden conectar entre línea y tierra. Doble Polo Aislado:
C-I. Transformador Capacitivo
Para evitar los problemas de aislamiento que se presentan en alta tensión, los transformadores capacitivos se construyen utilizando varias bobinas en cascada, lo cual permite que cada bobina soporte una parte de la tensión. La aplicacion de transformadores de voltaje condensador CVT - es el mismo que para transformadores de tensión inductivos. Además de aquellos, la CVT también se puede utilizar como un condensador de acoplamiento en combinación con el portador de alimentación de línea - PLC equipos de telecomunicación, control remoto, etc La doble función - transformador de voltaje y el condensador de acoplamiento - hace que la formación profesional
Es un transformador monofásico cuyo devanado y terminales primarios están aislados de tierra para la máxima tensión de servicio. Son utilizados en tensiones medias y bajas para conexiones entre líneas, aunque también se pueden conectar entre línea y tierra (disminución en la potencia nominal del transformador ya que ésta varía con el cuadrado en la relación entre el voltaje actual y el voltaje nominal, permaneciendo inalterable la precisión). D. Especificaciones Técnicas: Temperatura:
El reglamento IEC 60085 regula la temperatura máxima permisible para los distintos tipos de métodos de disipación:
Universidad del Norte – Subestaciones Electricas – Ing. Electrica Mar-2012 Clase de Aislamiento
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Limite de calentamiento [k]
IEC 60085
Todas las clases de devanados sumergidos en aceite
60
Todas las clases de devanados sumergidos en aceite
65
y sellados hermeticamente
50
Precisión para Protección: para esta precisión el error se va a dar en porcentaje según el reglamento.
Clases no inmersos en aceite o compuesto Y
45
A
60
E
75
B
85
F
110
H
135
Fig.5 Limite calentamiento IEC 60085.
Fig.8 tabla IEC6044-2 precisión de transf. De voltaje(protección)
Potencial:
Para este caso tomamos la norma IEC 60186, es de notar q esta es corresponde a la tensión asignada del sistema.
Tensión Primaria:
Tensión Secundaria:
Deben realizarse sobre la misma unidad una vez realizadas las pruebas dieléctricas tipo.
IEC: 100V-110V-200V ANSI: 120V–
Se somete uno o pocos transformadores de cada tipo, considerándose entre estas las siguientes:
115V – 230V
Potencia:
Es la máxima potencia que puede ser suministrada por el transformador de tensión sin superar los límites de temperatura.
Potencia máxima:
Potencia
Es la potencia aparente suministrada por el transformador de tensión en el secundario con la tensión nominal, conforme a la clase de precisión IEC Ansi
nominal:
10
15
25
30
50
75
12.5
25
35
75 200 400
100
150
200
300
400 500
Fig.6 Potencias estandarizadas.
E. Pru ebas de ti po:
Precisión para Medición:
El reglamento que controla la precisión es el IEC60044-2
Prueba de incremento de temperatura. Tensión soportada al impulso tipo rayo. Tensión soportada al impulso de maniobra. Pruebas bajo lluvia para transformadores tipo exterior. Determinación del error. Prueba de soporte al cortocircuito. III. TRANSFORMADORES DE CORRIENTE A. Definicion
Cuando la corriente en un circuito es demasiado alta para aplicar directamente a los instrumentos de medición, un transformador de corriente produce una corriente reducida precisión proporcional a la corriente en el circuito, que puede ser convenientemente conectada a los instrumentos de medición y registro. Un transformador de corriente también aísla los instrumentos de medida de lo que puede ser muy alto voltaje en el circuito de seguimiento. Los transformadores de corriente se utilizan comúnmente en los relés de medición y de protección en la industria de la energía eléctrica. Simplemente tienen la misma funcionalidad que un transformador de potencia, pero el devanado del primario va en serie con la línea.
Fig.7 tabla IEC6044-2 precisión de transf. De voltaje.
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50 – 60 – 75 A y sus múltiplos. IEEE C57.13: Según la siguiente tabla:
Con varias relaciones de transformación:
Fig.9 Representación transformador de corriente con su burden.
Existen múltiples reglamentos que regula el valor de las multiples relaciones es la IEEE C57.13- 2008:
Uno de los problemas principales en los tc’s , es en el tiempo transitorio y subtransitorio cuando ocurre una falla , ya que el cambio muy rápido en el valor de la corriente que produce una falla tiene como consecuencia una posible saturación del nucleo del tc, en estos casos es posible optar por transformadores con núcleos especiales o sobredimensionar el núcleo. B. Diagrama esquemático de un transformador de corriente
Fig.10 Representacion transformador de corriente real.
El transformador de corriente idealmente representa en el lado secundario una onda proporcional a la que pasa por el lado primario, pero debido a la corriente de excitación o corriente de núcleo , en el lado de secundaria se va a presentar un error tanto en magnitud como en ángulo.
Fig.12 Tabla C57.13 IEEE tensiones estandarizadas.
Corriente Secundaria:
Normalmente se usan valores de 1, 2 y 5 Amperios en el lado secundario. Factor de corrección por altitud:
Para el calculo de la coordinación de los aislamientos , es necesario tener en cuenta el factor de corrección según la altitud, la siguiente tabla nos muestra distintos factores para multiples alturas: Fig.11 Diagrama vectorial de las corrientes del trafo.
C. Especificaciones tecnicas
Corriente:
Corresponde a la corriente nominal en el primario del transformador.
Corriente Primaria:
Fig.13 Factor de corrección vs altitud.
Con una sola relación de transformación:
Corriente dinámica asignada (Idyn):
IEC 60044-1:
10 – 12,5 – 15 – 20 – 25 – 30 – 40 –
Este valor corresponde al valor pico que se presenta cuando
Universidad del Norte – Subestaciones Electricas – Ing. Electrica Mar-2012 ocurre una falla trifásica, esta corriente es muy importante ya que para los transformadores de protección tienen que despejar la falla por medio del relé en el instante donde aparece esta corriente.
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Límite superior del error compuesto para la corriente límite de precisión asignada y la carga de precisión.
Idyn = 2.5* Ith Corriente de Cortocircuito Térmica (Ith):
Valor eficaz de la corriente primaria que el transformador puede soportar durante 1 s, con el secundario cortocircuitado. Precisión Error de corriente: Representa el porcentaje de error que incluye el transformador en la medida.
Fig.15 Precisión transformadores de proteccion(IEC 600865)
D. Pruebas transformador de corriente
Ensayo de corriente de corto tiempo. Ensayo de elevación de temperatura. Impulso tipo rayo en el devanado primario. Impulso de maniobra en el devanado primario. Aislamiento en húmedo. Determinación de errores de acuerdo con los requerimientos de la clase de precisión.
Transformadores de Medida:
IV. R EFERENCES Clase de Precisión: Límite superior del error de corriente [%], para la corriente primaria asignada y la carga de precisión asignada.
Según la norma IEC 600865 se muestran a continuación:
[1] w05.abb.com/global/scot/scot245.nsf/veritydisplay/e40a2 365f1328203c125785600427f41/$file/primary%20meteri ng%20instruments%20and%20applications_9akk105408 a0052.pdf [2] Protecciones Electricas- Dr.John Candelo [3] http://www.made-inchina.com/showroom/exporter003/productdetailnqdEtMUPOuWl/China-JDCF-110-132-VoltageTransformer-PT-1-.html [4] http://www.electricaribe.com/LinkClick.aspx?fileticket= m6c%2BuWIw1XY%3D [5] http://bjnobbel.en.made-inchina.com/product/uoFQeyxJCqRs/China-132kvCapacitive-Voltage-Transformer-TYD-.html
Fig.14 Precisión transformadores de medición (IEC 600865)
Transformadores de Protección:
Corriente límite de precisión: es el mayor valor para el cual la corriente primaria para el cual el transformador debe cumplir los requerimientos de la precisión. Error Compuesto: Es un porcentaje del valor RMS de la corriente primaria.
Clases o tipos de precisión:
[6] http://www.metersusa.com/Transformers/Pricing/Potentia l.htm [7] http://es.scribd.com/doc/52327807/12/TRANSFORMAD OR-DE-POTENCIAL [8] Subestaciones Eléctricas De Alta y Extra Alta,Tensión., Ramírez, Mejía Villegas S.A Ingenieros
Consultores.
