UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA .
TRANSFORMADORES OPTICOS. José Andrés Galiano e-mail:
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[email protected] .edu.ec Pablo Vicente Quezada Suuisupa p
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2. Trans ransfo form rmad adore ores s de de ns!r"men!os no #on$en#ona%es
RESUMEN: En el siguiente trabajo trataremos acerca de unos de los elementos muy importantes dentro de una subestación eléctrica, estos son los transformadores de corriente y voltaje, de los cuales se tocara el tema de su funcionamiento y características.
/l aume aument nto o de tens tensi" i"n n en el tran transp spor orte te de energ, energ,a a +ace +ace ue los ni$ele ni$eles s de aislam aislamien iento to seguri seguridad dad & caracte caracter,s r,stic ticas as mecni mecnicas cas sean sean cada cada $ez $ez ms ms e0ig e0igen ente tes# s# todo todo esto sto +a conducido a la b1sueda de nue$os modelos de trans!ormadores de instrumentaci"n ue den una una resp respue uest sta a adecu adecuad ada a a los los prob proble lema mas s planteados. A di!erencia de los trans!ormadores con$ con$en enci cion onal ales es## esto estos s apar aparat atos os se basa basan n principalmente en e!ectos "pticos o electromagnéticos de mu& baja potencia para medir la corriente & la tensi"n. Poseen circuitos ele electr" ctr"ni nico cos s ue est estn enca encarg rgad ados os de trans!ormar trans!ormar esas medidas medidas en datos digitales digitales o en seales anal"gicas de baja potencia# gracias al a$ance de la tecnolog,a en la actualidad la ma& ma&or,a r,a de los los eui euipo pos s de medic edici" i"n n & protec protecci" ci"n n son sistem sistemas as digita digitales les## pudien pudiendo do en$iar los datos de las medidas de una red eléctrica eléctrica tanto en corriente & tensi"n tensi"n mediante mediante un protocolo de comunicaci"n 234. /stos nue$os trans!ormadores tienen la $entaja principal del aislamiento entre la Alta 5ensi"n & tierra tierra## pues pues tan solo es necesa necesario rio una !ibra !ibra "ptica por el interior de un aislador 6normalmen 6normalmente te se usan aisladores aisladores sintéticos7 sintéticos7## por por dond donde e $iaj $iaja a la in!o in!orm rmac aci" i"n n de la sea seall medi medida da en la Alta lta 5ensi" nsi"n. n. *esp *espué ués# s# una una elec electr tr"n "nic ica a situ situad ada a en la case caseta ta de relé relés s prepara toda la in!ormaci"n para en$iarla a los euipos de medida & protecci"n. 5ambién en algunos casos. /0iste una electr"nica en la Alta 5ensi"n nsi"n ue trans! trans!orm orma a la seal seal medida medida en datos digitales digitales para ue sean transmitidos transmitidos por la !ibra "ptica +asta la electr"nica situada en la case casetta de relé relés. s. 8os 8os tran trans! s!or orma mado dore res s electr"nico electr"nicos s tienen tienen un tamao tamao muc+o menor ue los con$encionales. A continuaci"n se e0ponen las principales alte altern rnat ati$ i$as as tecn tecnol ol"g "gic icas as ue ue se est estn n utilizando utilizando en los nue$os trans!orma trans!ormadores dores de instrumentos no con$encionales234.
trans!ormador or de corriente corriente "ptico# "ptico# PALABRAS CLAVE : trans!ormad trans!orma trans!ormador dor de $oltaje $oltaje "ptico# "ptico# e!ecto e!ecto %arada&# %arada&# anillos de 'ogo(s)&.
1. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON *esde los inicios de la generaci"n eléctrica los sistemas con$ con$en enci cion onal ales es +an +an esta estado do regi regido dos s a los los mism mismos os mecanismos como por ejemplo# generadores propios de las centrales eléctricas# l,neas de transmisi"n tanto en alta como en baja tensi"n# trans!ormadores de $oltaje & corr corrie ient nte# e# los los sist sistem emas as con$ con$en enci cion onal ales es se +an +an mantenido con el paso del tiempo un gran porcentaje de e!ecti$idad# debemos tener en cuenta en el caso de las subestaciones eléctricas ue sus componentes internos +an e$olucionad e$olucionado o tecnol"gic tecnol"gicament amente e pero manteniend manteniendo o los mismos parmetros con$encionales# con el a$ance de la tecnolog,a se +an creado nue$os elementos ue +an bene!i bene!icia ciado do al aument aumento o de con!ia con!iabil bilida idad d en un sistema eléctrico# dentro de esto podemos citar un caso particular ue es la medici"n de parmetros dentro de una subestaci"n regidos al trabajo de trans!ormadores de corriente & $oltaje $oltaje con sus caracter,s caracter,sticas ticas bsicas dentro dentro del rango rango de $oltaj $oltaje e ue maneja manejan# n# llamad llamados os también elementos de medici"n# pero debemos tener en cuen cuenta ta ue ue tien tienen en des$e des$ent ntaj ajas as como como el rang rango o de precisi"n. Apro$ec+ando los a$ances cient,!icos ue se +an desarrollado en aos anteriores# se +an creado métodos de medi medici ci"n "n indi indire rect cta a bas basnd ndos ose e en los los mism mismos os parmetros como son los trans!ormadores de corriente & $oltaje pero de la mano con los a$ances tecnol"gicos# bajo bajo los los méto método dos s trad tradic icio iona nale les s &a cono conoci cido dos s pero pero aplicando aplicando sistemas electr"nicos electr"nicos & "pticos "pticos para ma&or precisi"n de lectura. /n una una sube subest stac aci" i"n n de Alta lta tens tensi" i"n n es de gran gran importancia la precisi"n de la medici"n es por esto ue el a$ance de los instrumentos de medici"n tienen una alta alta gama gama de $en $entaj tajas en com compara paraci ci"n "n a los los con$encionales.
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&. Transformadores '(!#os "!%*an e% efe#!o Farada+.
Si el elemento sensor se corresponde con un cristal "ptico de constante de Verdet ele$ada 6$idrio %8=>5# etc.7 el captador se denomina extrínsec o. /n el caso de utilizar !ibra "ptica como elemento sensor# el captador recibe el nombre de intrínsec o. ?no de los aspectos ms cr,ticos de los sistemas de medida basados en el e!ecto %arada& es el control preciso de los ngulos de polarizaci"n de la luz incidente & la transmitida. tro es la in!luencia en el estado de polarizaci"n de la luz de !actores como la temperatura# re!le0iones en las caras del cristal# in!luencia de las otras !ases# & en el caso de la !ibra "ptica# de imper!ecciones en la secci"n.
)"e
/l e!ecto %arada& consiste en la rotaci"n del plano de polarizaci"n de la luz por la acci"n de un campo magnético. /l ngulo de rotaci"n depender de la intensidad del campo magnético & de la longitud ue recorra la luz polarizada:
Siendo: ,F 9 ngulo de rotaci"n. V 9 constante de Verdet caracter,stica propia del material "ptico & dependiente de la temperatura & de la !recuencia de la s eal luminosa. 9 intensidad del campo magnético. l 9 longitud recorrida por la seal luminosa bajo la acci"n de la inducci"n magnética.
-. Transformadores #on$en#ona%es #on sa%da '(!#a.
%igura;. *onde: A: 8uz polarizada incidente. B: 'otaci"n del plano del polarizaci"n. C:
%igura .
Se emplea una electr"nica ue produce una salida "ptica digital# compuesta bsicamente por un circuito CMOS de baja potencia & un diodo "ptico. /l diodo "ptico realiza dos !unciones: por una parte transmite los pulsos luminosos en ue se codi!ica la medida e!ectuada# & por otra act1a como receptor de la energ,a luminosa ue es en$iada desde la
%igura 3.- /suema de un captador "ptico por e!ecto %arada&.
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA . parte de Baja 5ensi"n# trans!ormndola en energ,a eléctrica utilizada para alimentar al resto de la electr"nica situada en la parte de alta tensi"n. *ebido a ue se utiliza una codi!icaci"n digital para la transmisi"n de la seal la !ibra "ptica no tiene por ué ser de mu& alta calidad. Cientras se pueda detectar las seales procedentes de la !ibra la transmisi"n no degradar la precisi"n de la medida. /l error est por lo tanto completamente determinado por el transductor. S"lo el transductor necesita ser calibrado. Si tiene lugar una a$er,a# es posible sustituir cualuiera de los componentes del sistema 6transductor# !ibra & unidad de inter!ace7 sin recalibraci"n.
. Transformadores )"e an%%os de Ro/o0s+.
. Transformadores de !ens'n. 8os trans!ormadores de medida de tensi"n no con$encionales desarrollados en los 1ltimos aos estn basados en dos !iloso!,as de diseo:
3. Transformadores )"e "!%*an e% efe#!o Po#e%s. /l e!ecto Poc)els consiste en la rotaci"n del plano de polarizaci"n de la luz por la acci"n de un campo eléctrico. /l ngulo de rotaci"n $iene representado por la siguiente e0presi"n:
"!%*an
/l anillo de 'ogo(s)& es un arrollamiento +elicoidal !le0ible con +ilo de retorno a0ial. Su !uncionamiento es eui$alente al de un trans!ormador con$encional pero con n1cleo no magnético. Su sensibilidad a la inducci"n magnética es# por lo tanto# muc+o menor. /sto se soluciona ele$ando el n1mero de espiras utilizado en el secundario.
%igura F. A : 8uz polarizada incidente. B : 'otaci"n del plano del polarizaci"n. C : 5ensi"n de control. D :
%igura D. 8a tensi"n en bornes del anillo de 'ogo(s)& es proporcional a la $ariaci"n de la intensidad en el conductor:
4. Transformadores )"e "!%*an "n d$sor #a(a#!$o + sa%da '(!#a.
*onde: S 9 sensibilidad del anillo. Vr 9 tensi"n inducida en bornes del anillo.
/sta metodolog,a es la ms sencilla & utilizada. Su principio se basa en el empleo de una serie de condensadores para di$idir la tensi"n. /l captador se sit1a en una zona de baja tensi"n proporcional a la de la l,nea.
Aunue este método es conocido desde principios del siglo EE no +a tenido aplicaci"n en sistemas eléctricos de medida debido principalmente a su alta impedancia de salida lo ue lo +ace susceptible al ruido# proporcionando una escasa potencia de salida.
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*onde: A :
CONCLUSIONES 8os trans!ormadores de instrumento no con$encionales son utilizados en las subestaciones eléctricas para tener un menor tiempo de respuesta para el en$i" de los datos de corriente & $oltaje en el momento de la !alla ganando con ellos una con!iabilidad & seguridad del sistema. /n la ma&or,a de las subestaciones eléctricas se usan trans!ormadores del tipo con$encional estos euipos tienen una des$entaja la cual es el momento ue ocurre una !alla estos trans!ormadores dan medidas imprecisas de los $alores de corriente & $oltaje debido a la alta corriente ue se produce in!lu&e en el n1cleo del trans!ormador llegando a saturar el n1cleo !erro magnético.
B5%o/raf6a [ http://www.mayecen.com/catalogos/arteche/T 1 RANSFORMADORES!"DE!"MED#DA ] !"A$TA!"TENS#ON !"E%TER#OR.p&'. [ http://www.'rlp.(tn.e&(.ar/mater)as/ty&ee/mo ! &(lo)).p&'. ] [ http://es.scr)+&.com/&oc/1!,!*1!11/-ompara * c)on&e(nTrans'orma&or&e-orr)ente ] Opt)co. 4
