Transformadres de instrumentos - Exposición

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TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO
Figura 1. Transformadores de corriente exterior figura 2. Transformadores de potencia exterior 
 17.5 – 36Kv 13.200/120 – 34.500/120
Se realiza la transformación de la corriente o voltaje de una magnitud a otra generalmente menor, debido principalmente a las siguientes razones: 
1.- Para reducir en forma precisa a través de la transformación, la magnitud de corriente primario o del voltaje del circuito a valores que sean más fáciles de manipular por razones de seguridad del personal. 
2.- Para aislar el equipo secundario (instrumentos de medición y protección) de los voltajes primarios que son peligrosos. 
3. Para dar a los usuarios mayor flexibilidad en la utilización del equipo, en aplicaciones tales como: medición y protección. Para revisar lo conveniencia y posibilidad de aplicar el mismo tipo de transformador de instrumento para aplicaciones simultáneos en medición y protección.
Las personas familiarizadas con el uso de transformadores de instrumento saben que se usan principalmente en aplicaciones de protección medición, pero también en boquillas de: interruptores, transformadores de potencia, generadores. Desde luego se usan también en: 
Subestaciones…. para protección medición.
Generadores…….para protección medición.
Figura 3. TC, corriente secundario 5A de una línea de subtrasmicion 
Figura 4. Transformador de potencia
INFORMACIÓN BÁSICA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO 
La relación de transformación 
La relación de transformación se expresó como el cociente de lo cantidad primaria o la cantidad secundaria. 
Para los transformadores de potencial. 
 
Para los transformadores de corriente.
RTC=Ip/Is 
b) La precisión. 
Para que un transformador de instrumento sea una parte útil de la medición en un sistema, éste debe cambiar lo magnitud del voltaje o de lo corriente que se va a medir, sin introducir ningún error desconocido de la medición al sistema
c) La carga o burden. 
La carga o burden en el secundario para un transformador de instrumento es aquello que está propiamente conectada al devanado secundario que determina las potencias activa y reactiva en los terminales del secundario
LAS CARACTERÍSTICAS GENERALES. 
Los transformadores de instrumento, como se mencionó, pueden ser de dos tipos: 
a) Transformadores de potencial: y b) Transformadores de corriente: 
Figura 5. Conexión de los transformadores para instrumentos
El devanado primario del TC se conecta en serie con el circuito de potencia de alta tensión, puesto que la impedancia del devanado es despreciable con respecto a la del sistema de potencia donde está instalado y aun teniendo en cuenta la carga que se conecta al secundario. Los TC usados para medida son diferentes a los TC usados para protección, tanto en su clase de precisión, como en la carga del secundario. 
Los TC de medida debe trabajar lo más exactamente posible bajo condiciones normales de operación. 
Los TC de protección debe operar correctamente entre márgenes muy amplios de carga, desde corrientes mínimas hasta valores varias veces mayores que la corriente nominal.
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (TC).
Características principales de los TC.
a) En un margen muy amplio de variación de la carga secundaria (Burden), la corriente secundaria no sufre cambios apreciables.
b) El circuito secundario de un TC no debe ser abierto si el primario se halla energizado, puesto que los voltajes desarrollados serían limitados únicamente por la impedancia de la rama de magnetización y pueden ser demasiado altos.
c) Los errores de relación y ángulo de fase pueden calcularse fácilmente si la característica de magnetización y la impedancia de carga son conocidas. (Castaño, 2003)
TIPOS DE TC .
Los principales tipos de TC son los siguientes:
1. TC tipo estación o autosoportado.
Es el tipo más común en Alta Tensión y Extra Alta Tensión, existen de dos formas:
• Primario en U: El conductor primario tiene forma de U, el cual va completamente aislado, hasta un tanque con aceite aislante en donde se encuentra el núcleo y los devanados secundarios. Se usa hasta corrientes nominales de 1.6 kA y de Cortocircuito hasta 30 kA (véase figura 4.4).
• Primario pasante o tipo invertido:
 El núcleo y los secundarios se localizan en la parte superior en donde el primario es sólo una barra pasante. 
Se usa para altas corrientes nominales y de corto circuito. (véase figura 4.5). (Castaño, 2003)
2. TC tipo devanado (o de arrollamiento primario).
De construcción muy similar a la de un transformador común. Sólo difieren en que el conductor primario es de una gran sección (para conducir corrientes de cortocircuito) 
3. TC tipo ventana.
TC sin primario propio, construido con una abertura a través del núcleo por donde pasa un conductor que forma el circuito primario.
4. Transformador tipo buje o barra.
Al igual que el tipo ventana no tiene arrollamiento primario, puesto que el conductor o barra primaria cumple esta función. El secundario es arrollado sobre un núcleo toroidal con los suficientes espacios para aislamiento. 
Tipos de construcción desde el punto de vista eléctrico.
Se distinguen los siguientes tipos:
1. TC con varios núcleos.
En un TC con varios devanados secundarios aislados separadamente y montados cada uno en su propio núcleo, formando un conjunto con un único devanado primario cuyas espiras (o espira) enlazan todos los secundarios.
2. Primario de relación serie-paralelo.
Tienen en su primario dos secciones idénticas cuya conexión serie o paralelo, pueden cambiarse fácilmente. Se puede duplicar la capacidad corriente sin que ello implique una variación en los amperios-vuelta para el secundario y en la precisión.
3. Secundario de relación múltiple o multirelación.
La relación de transformación puede variar por medio de derivaciones (Taps) en las vueltas del secundario, presentan el inconveniente de la disminución de la capacidad en las relaciones más bajas.
Valores nominales.
1. Corrientes primarias nominales
• De relación sencilla: 10, 12.5, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75 A y sus múltiplos decimales y fraccionarios. (se resaltan los valores comerciales).
• De relación múltiple: Los valores normalizados anteriores rigen para el valor más bajo de la corriente nominal primaria.
2. Corrientes nominales secundarias.
Los valores nominales son 1, 2 y 5 A, pero el valor más usado es 5 A. Pero en Extra Alta Tensión se prefiere usar 1 A en grandes longitudes de cable, uso de equipos de control y protección basados en microelectrónica. (Castaño, 2003)
CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TC 
SATURACIÓN AC.
Los errores de los TC resultan de la corriente de excitación. Con el fin de comprobar si un TC funciona correctamente, es esencial medir o calcular la curva de excitación. 
Los TC pueden llegar a saturarse por las altas corrientes causadas por las fallas cercanas; para evitar esto, debe ponerse cuidado para asegurar que bajo condiciones de falla críticas los TC operen en la porción lineal de la curva de magnetización (véase figura 4.3).
La figura 4.3 muestra la relación típica entre el voltaje secundario y la corriente de excitación determinada en esta forma. en las normas europeas el punto de inflexión es llamado punto de saturación y se define como el punto en el cual un incremento del 10% en el voltaje de excitación produce un incremento del 50% en la corriente de excitación.
Transformadores de potencial TP
Son transformadores de alta precisión en los que la relación de voltaje primario a voltaje secundario es una constante conocida
, la cual cambia muy poco con la carga. 
El voltaje secundario nominal casi siempre es de 115 V, independientemente de cuál sea el voltaje primario nominal.
Esto permite utilizar instrumentos estándar y relevadores del lado del secundario. Los transformadores de voltaje se utilizan para medir o monitorear el voltaje en líneas de transmisión y para aislar el equipo demedición de éstas.
La construcción de transformadores de voltaje es similar a la de los transformadores convencionales. 
Sin embargo, el aislamiento entre los devanados primario y secundario debe ser particularmente grande para soportar el voltaje de línea completo en lado de AV.
Por razones constructivas y de aislamiento, los TP se fabrican normalmente con núcleo rectangular y los secundarios (si hay más de uno) se bobinan sobre el mismo núcleo. 
Por lo general, la capacidad nominal de los transformadores de voltaje es de menos de 500 VA. Por consiguiente, a menudo el volumen de aislante es mucho mayor que el volumen de cobre o acero
No existe por lo tanto independencia entre ellos
a diferencia de lo que ocurre en los TC y la carga de un secundario influye en la precisión del otro. 
Transformador de potencial instalado en una línea de 69 KV. Observe la capacitancia distribuida en los devanados. Aun cuando el secundario parece estar aislado del primario, la capacitancia distribuida entre los dos devanados establece una conexión invisible, la cual puede producir un voltaje muy alto entre el devanado secundario y la tierra. Conectando a tierra una de las terminales secundarias, el voltaje más alto entre las líneas secundarias y la tierra se limita a 115 V. 
Transformador de tensión con dos secundarios y toma en cada uno de ellos.
Los TP pueden estar destinados a medir la tensión entre fases o entre fase y tierra. En este caso, uno de los terminales primarios está conectado a tierra, interna o externamente al transformador. A partir de cierta tensión (unos 72,5 KV.) todos los TP son del tipo fase-tierra.
Una terminal del devanado secundario siempre está conectada a tierra para eliminar el peligro de un choque fatal si se toca uno de los conductores secundarios. 
Debido a que ese valor es un número complejo, se observa que existe un error de magnitud y un error de fase.
Circuito Equivalente del TP
CAUSA DE ERRORES
De Relación o De Tensión.- 𝐸_𝑣=(𝑉_2−𝑉_1)/𝑉_1 ∗100
De Fase o De Ángulo.- Es la diferencia de fase existente entre los vectores V1 y V2 y se mide en minutos. Este error tiene importancia cuando se trata de medir energía. 
CAUSA DE ERRORES
 
De Fase o De Ángulo.- Es la diferencia de fase existente entre los vectores V1 y V2 y se mide en minutos. Este error tiene importancia cuando se trata de medir energía. 
RÉGIMEN DE FUNCIONAMIENTO
En redes con tensiones mayores a 220 KV un incremento del 30% por encima del nominal puede comprometer seriamente las aislaciones del sistema. También, tensiones muy por debajo del valor nominal, deben ser evitadas para proteger a las cargas conectadas. Es por ello que, además de los sistemas de medición y registro, existen sistemas de regulación y protección que mantienen el nivel de tensión dentro de los límites establecidos y, si esto no se cumple por condiciones anormales de funcionamiento, efectúan la desconexión del alimentador de la red.
LOS TP PARA PROTECCION
- Destinados a alimentar relés de protección. 
-Normalmente no es necesario que existan dos arrollamientos separados como en los transformadores de intensidad, salvo que se desee una separación galvánica.
-La clase de precisión, como transformador de potencial para protección, está caracterizada por un número que indica el error máximo.
-Expresado en tanto por ciento al 5% de la tensión nominal. Este número va seguido de la letra “P”
-Las clases de precisión normales son: 3P y 6P. 
-La norma CEI, a los transformadores de potencial para protección se les exige también que cumplan una clase de precisión como transformador de potencial para medida. 
Se llama “arrollamiento de tensión residual”, al destinado a formar un triángulo abierto (junto con los correspondientes arrollamientos de otros dos transformadores monofásicos), para suministrar una tensión residual en el caso de falta a tierra.
CARGA
La siguiente tabla indica los consumos normales de las bobinas voltimétricas de los aparatos alimentados por los transformadores de tensión:
Para fines de aplicación, existen dos tipos de transformadores de potencial, uno es de tipo inductivo y el otro es de tipo capacitivo:
El transformador de potencial de tipo inductivo, es un transformador convencional, que tiene un devanado primario que se puede conectar con un sistema, ya sea entre fases o de fase a tierra.
El llamado dispositivo de potencial, es un divisor de voltaje de tipo capacitivo, con una unidad electromagnética y sólo se conecta de fase a tierra.
Las ventajas que ofrece un transformador de potencial, en su aplicación son los mismos que el transformador de corriente, es decir:
1.- Aíslan eléctricamente los instrumentos del circuito primario.
2.- Dan mayor seguridad al personal.
3.- Ofrecen la posibilidad de normalizar las características de los instrumentos de medición.
En el caso de los transformadores de potencial tipo inductivo, su aplicación se encuentra principalmente en mediana y baja tensión, y por consecuencia, conduce a mediciones erróneas.
Clasificación
El factor que influye principalmente en el tipo constructivo de un transformador de potencial, es principalmente el nivel de tensión.
Aislamiento En Aire Para Transformadores De Baja Tensión
Aislamiento En Aceite o Resina Sintética Para Media Tensión
Aislamiento En Aceite Para Alta Tensión
USO DE LOS TRANSFORMADORES DE MEDIDAS EN LAS PROTECCIONES.
OBJETIVOS DE LAS PROTECCIONES. 
Los objetivos generales de un sistema de protección se resumen así: 
Proteger efectivamente a las personas y los equipos. 
Reducir la influencia de las fallas sobre las líneas y los equipos.
Cubrir de manera ininterrumpida el Sistema de Potencia (SP), estableciendo vigilancia el 100% del tiempo. 
Detectar condiciones de falla monitoreando continuamente las variables del SP 
BIBLIOGRAFÍA
Arboleda Espinoza , A., Mina Klinger , J., Reyes Montaño, R., & Rosado Quiñonez, J. (Diciembre de 2014). Academia edu. Obtenido de https://www.academia.edu/11558675/Transformadores_de_medida
Castaño, S. R. (2003). Protección de Sistemas Eléctricos (Primera edicion ed.). Manizales, Colombia. Recuperado el 28 de Octubre de 2019, de http://www.bdigital.unal.edu.co/3392/1/samuelramirezcastano.2003.pdf
Rosas, R. M. (2014). Protección de sistemas eléctricos de potencia. Barcelona, España. Recuperado el 25 de Octubre de 2019, de https://books.google.com.ec/books?id=KgNqBQAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=cortocircuitos&hl=es-419&sa=X&ved=0ahUKEwjnga3iwrflAhUkwlkKHb9CDF0Q6AEIJzAA#v=onepage&q=cortocircuitos&f=false
Segura., J. E. (Marzo de 2010). Universidad Politecnica Selesiana sede Guayaquil. Recuperado el 28 de Octubre de 2019, de https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/2093/13/UPS-GT000155.pdf
GRACIAS
 Relés de protección 
 Trasformadores de medida 
 Disyuntores de poder 
 Circuitos de control