• Author / Uploaded
• Edwin Oria Espinoza

• Categories
• Transformador
• Corriente eléctrica
• Electromagnetismo
• Electricidad
• Fuerza

Citation preview

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Definición Transformador en el cual la corriente secundaria es prácticamente proporcional a la corriente primaria y está desfasada de ella un ángulo cercano a cero grados

Tipos según su construcción física  Primario pasante  Primario en “U”  Tipo ventana  Tipo buje

Tipos Primario pasante:

Primario en “U”:

Núcleos en la parte superior del TC

Núcleos en la parte inferior del TC

Tipos Tipo ventana: Transformador sin primario propio, construido con una abertura a través del núcleo por donde pasa un conductor que forma el circuito primario

Tipo buje: Transformador tipo ventana para ser instalado en un buje de un equipo eléctrico

Marcación de terminales TERMINALES PRIMARIOS

P2

TERMINALES SECUNDARIOS TRANSFORMADOR DE RELACIÓN SIMPLE

P1

P2

MULTIRELACIÓN CON DERIVACIÓN EN EL DEVANADO SECUNDARIO

P1

TERMINALES PRIMARIOS

TERMINALES SECUNDARIOS

P2

1S1 CONEXIÓN PRIMARIO EN SERIE O EN PARALELO DOBLE RELACIÓN

1S2 2S1

2S2

TRANSFORMADOR CON DOS DEVANADOS SECUNDARIOS CADA UNO CON SU PROPIO NÚCLEO MAGNÉTICO

Esquemas de conexión

Esquemas de conexión

Conexión para detección de corriente residual

Características técnicas Corriente primaria asignada  Para relación sencilla  Para relación múltiple Gama extendida de corriente  Porcentaje de la corriente primaria asignada que el equipo debe soportar continuamente  120%, 150% y 200% Corriente secundaria asignada  1, 2 y 5 amperios Clase de precisión  0,1 - 0,2 - 0,5 - 1 - 3 - 5 para TC de medida  5P - 10P para TC de protección

Características técnicas Factor límite de precisión  Relación entre la corriente térmica de cortocircuito asignada y la corriente primaria asignada, para la cual el transformador de corriente debe cumplir con el límite de error  5 - 10 - 15 - 20 - 30  10P20 (Precisión del 10% a 20 veces la corriente nominal) Carga de precisión  Es la impedancia del circuito secundario en ohmios a un factor de potencia determinado para la cual se especifican las condiciones de precisión. Se expresa como potencia  Valores normalizados: 2,5 - 5 - 10 - 15 y 30 VA

Funcionamiento de los TC

Esquema equivalente de un TC.

Particularidades del TC: • El arrollamiento primario está conectado en serie con la red  su corriente no depende de la carga secundaria. • No está sometido a una tensión constante, ésta varía permanentemente con las variaciones de la I primaria  para grandes magnitudes de corriente, y según la impedancia secundaria, el núcleo puede saturarse.

Funcionamiento de los TC Las expresiones que describen el comportamiento electromagnético de un transformador de corriente son las mismas que las de cualquier transformador:

Np  Ipc  Ns  Is  0



Np Is  Ns Ipc

e

Imag 

  Rel Np

Las expresiones anteriores significan que los amperios vuelta primario y secundarios son iguales pero en sentido opuesto, por lo que se cancelan  sólo la corriente de magnetización produce flujo magnético en el núcleo

d V N dt



Vp  Np     Vs  Ns    



Np Vp  Ns Vs

Las expresiones anteriores significan que el flujo y la tensión en bornes del TC son proporcionales, por lo que cuando la tensión es muy alta el núcleo se puede saturar

Funcionamiento de los TC A mayor corriente primaria  mayor corriente secundaria.

Np Is  Ip  Ns

A mayor corriente secundaria  mayor tensión secundaria.

Vs  Is  Rct  Rcond.  RL 

A mayor tensión secundaria  mayor flujo en el núcleo.



Vs Ns  

A mayor flujo en el núcleo  mayor corriente de magnetización.

Imag 

  Rel Np

A mayor corriente de magnetización  menor porción de la corriente primaria es reflejada al secundario.

Ipc  Ip  Imag

Funcionamiento de los TC Fig 1: Ip pequeña  TC trabaja en la parte baja de la curva de magnetización. Fig 2: Ip aumenta  TC trabaja en la parte intermedia de la curva de magnetización. Figura 1

Figura 2

Fig 3: Ip continúa aumentando  TC puede llegar a punto de saturación. Fig 4: Ip continúa aumentando  TC trabaja en la región de saturación  Alta corriente de magnetización

Figura 3

Figura 4

Funcionamiento de los TC Una de las verificaciones iniciales para evaluar el comportamiento de un TC, consiste en calcular la tensión secundaria, bajo las condiciones reales de operación, y compararla con la tensión que puede desarrollar manteniendo la precisión dada por la especificación. Ejemplo: Un TC 1200/1 A, clase 5P20, 15 VA, Rct: 5 ohm Instalado en un sistema con Icc: 31,5 kA y carga secundaria real conectada: 3 VA.

Tensión permitida en el secundario del TC según la clase de precisión

VA1    15  Vs1  FLP  Is   Rct  2   20 1  5    400V Is  1  

Tensión desarrollada en el secundario del TC, de Vs 2  I CC   Rct  VA2   31500   5  3   210V    2  acuerdo con el sistema real RTC  Is  1200  1  al cual está conectado EL TC ES ADECUADO PARA MANTENER LA PRECISIÓN DURANTE EL ESTADO ESTABLE DE LA FALLA

Funcionamiento de los TC

!Los picos de los primeros ciclos de la corriente de cortocircuito generalmente causan la saturación del núcleo  La protección podría no operar!

Funcionamiento de los TC De acuerdo con lo anterior resulta muy importante evaluar el flujo en el núcleo durante los primeros ciclos de la falla, ya que éste es el causante de la saturación Con la siguiente expresión se puede calcular el crecimiento del flujo en el núcleo del TC, asumiendo que no se presenta saturación.

Iˆ1  R 2    t  e  t / T P  sen  t N 2  2 





Caso 1: Relación 600:1 A, Icc=30 kA Ek=400 V Rct=1,8 ohm Rcond.+RL=1,5 ohm

Caso 2: Relación 1000:1 A, Icc=15 kA Ek=600 V Rct=3,0 ohm Rcond.+RL=1,5 ohm

Funcionamiento de los TC El núcleo debe ser diseñado con base en los siguientes factores: Kssc: Factor para considerar el flujo AC correspondiente al estado estable de la falla Ktd: Factor para considerar el flujo DC correspondiente al estado transitorio de la falla Por lo tanto la tensión límite secundaria (Eal), que corresponde al valor rms de la tensión secundaria, a la frecuencia industrial, que debe soportar el TC sin saturarse, para garantizar la operación de la protección, se determina por:

Eal  Ktd  Kssc  Isn  ( Rct  Rb)

Funcionamiento de los TC La siguiente expresión permite calcular la tensión que debe soportar el núcleo para que la corriente primaria sea transformada correctamente hasta un tiempo t, después de la aparición de la falla, y que dé el tiempo suficiente para la correcta operación de la protección.

Iˆ1  R 2 Vx  N2

   TP  TS t  e  TS  TP



TS

e

t TP



  1  

La introducción de “gaps” o entrehierros en el núcleo tiene el efecto de disminuir el valor de la constante de tiempo del circuito secundario (Ts) y por tanto aumentar el tiempo antes de que el TC se sature después de la ocurrencia de la falla.

Funcionamiento de los TC TC CON RESPUESTA TRANSITORIA TPX: TC de sección suficiente para responder correctamente durante el período transitorio. Refleja bien la componente aperiódica. Constante de tiempo del circuito secundario, Ts, grande, entre 5 s y 20 s. TPY: TC con pequeños entrehierros en el núcleo para reducir el flujo remanente. Refleja bastante bien la componente aperiódica. El valor de Ts depende de los requerimientos de precisión y puede oscilar entre 0,3 s y 2 s. TPZ: TC con entrehierros superiores a los del TPY. Refleja bien la componente alterna pero no la aperiódica. El valor de Ts es del orden de 60 ms a 70 ms. Debido a los entrehierros no es posible obtener mucha precisión a In. La utilización de entrehierros disminuye la constante de tiempo secundaria, lo que retarda el crecimiento del flujo y por lo tanto la saturación del TC. TPX con Ts = 10 s  Ktd= 26,4, TPY con Ts = 0,5 s  Ktd = 14,7 TPZ con Ts = 0,07 s  Ktd = 7,6

Relación 1200:1 A, Icc=10 kA Ek=650 V Rct=3,6 ohm Rcond.+RL=1,5 ohm

Funcionamiento de los TC Verificación de las características del TC para asegurar correcta operación de la protección Estado estable de la falla: Se debe verificar que la tensión secundaria real no supere la tensión secundaria definida por la clase del TC

VAN  I CC  VAR   VsN  FLPN  Is   Rct  2     Rct  2  Is  RTC  Is   Ejemplo: TC 800/1 A, clase 10P20, 10 VA , Rct: 4 ohm, Icc sistema: 22 kA, burden real conectado al secundario del TC: 0,5 VA

10  22000  0,5   Vs N  20  1   4    280V  4    123,75V 1 800  1   El TC mantiene la precisión durante el estado estable de la falla

Funcionamiento de los TC Verificación de las características del TC para asegurar correcta operación de la protección Estado transitorio de la falla (primeros ciclos): Se debe verificar que el TC cumpla con el requerimiento establecido por el fabricante de la protección, con el fin de garantizar que ésta opere antes de la saturación del núcleo. Ejemplo: Para el caso de la protección anterior el fabricante define el siguiente requerimiento del TC:

22000 Icc  FLP  4   110 800 Ipn Rct  RbN 4  10 FLPR  FLPN   20   62,2 Rct  RbR 4  0,5

FLP  4 

El TC no cumple. Debe cambiarse la especificación del TC: clase 10P30, 15 VA

4  15 FLPR  30   126,6  110 4  0,5

El TC cumple

Funcionamiento de los TC Para los TC´s fabricados bajo norma IEEE/ANSI es muy común encontrar el siguiente requerimiento:

X Icc Vs  1   Rb R RTC

o

X Icc RbR 20  1   R Ipn RbN

X/R: Relación del equivalente de falla del circuito primario

Ejemplo: Un TC relación 1500 A/5 A, C600 está sobre una línea cuyo ángulo de impedancia es 740 y el nivel de cortocircuito es de 19349 A:

600V  3,48  1 

19349 A  Rb (1500 A / 5 A)

600V  289  Rb

Rb  2,076ohm Esto indica que el “burden” que efectivamente se puede conectar al TC debe ser igual o inferior a 2,076 ohm

Funcionamiento de los TC Disminuir la velocidad de crecimiento del flujo en el núcleo tiene un efecto positivo, ya que disminuye la tensión requerida por el TC para que la protección opere.

Funcionamiento de los TC Disminuir el tiempo de operación de la protección tiene un efecto positivo ya que disminuye la tensión requerida por el TC para que la protección opere

Funcionamiento de los TC Una protección con mayor tiempo de operación (t. operac. 2) podría no operar debido a la saturación del núcleo.