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• Francisco Guzman

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Instituto Tecnológico de Puebla

Ing. Alfonso Zerecero Ordaz

Materia de Protección de sistemas eléctricos de potencia

Tarea no 1 Equipo Schneider Electric

Alumnos Luis Daniel Escobar Rojas José Francisco Guzmán Alonso Cesar Javier Pala Nájera Adrián Huerta Zepeda

Transformadores de instrumento Los transformadores para instrumentos sirven para facilitar las mediciones de corrientes y de voltajes elevados en un SEP con amperímetros y voltímetros de estándar de rango bajo, pero muy precisos. Proveen de seguridad para hacer las mediciones pues los devanados primarios y secundarios están aislados eléctricamente. Son de dos clases transformadores de corriente (TC) y transformadores de potencial (TP). Transformadores de corriente (TC) Están diseñados para medir corrientes altas de un SP. El devanado primario tiene pocas vueltas de alambre grueso, mientras que el secundario tiene muchas vueltas de alambre muy fino. El devanado primario se encuentra en serie con el circuito el cual se desea medir la corriente sobre el devanado secundario se conecta en serie con los instrumentos relativos como un amperímetro, deben tener un valor de impedancia muy baja para mantener el transformador en condiciones cercanas al cortocircuito. Para que el TC pueda indicar exactamente el valor de la corriente circulante en el primario la relación entre la corriente del primario y del secundario se debe mantener si es posible al valor de la carga, por lo cual se trata de reducir al mínimo la corriente magnetizante (La corriente magnetizante iM, que es la requerida para producir el flujo en el núcleo del transformador). La relación entre la corriente del primario y el secundario se la llama relación de transformación del transformador de corriente (RTC). 𝑅𝑇𝐶 =

𝐼𝑃 𝐼𝑆

𝐼𝑃 = 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑣𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 𝐼𝑆 = 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑣𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑜

El instrumento conectado en el secundario de un TC, no se debe desconectar sin antes poner en corto circuito el secundario y poner a tierra este devanado. Circuito equivalente del TC

P1, P2 son las terminales del primario. S1, S2 son las terminales del secundario ɑ relación de numero de espiras en el primario al número de espiras ene el secundario Ip corriente del primario Is corriente del secundario Ie corriente de excitación Ih+e corrientes de perdidas en el hierro Im corriente de magnetización Zs impedancia del devanado del secundario Vs voltaje del secundario

€s voltaje de excitación en el secundario Zb impedancia de la carga conectada al secundario (burden) Los valores de las corrientes nominales deben ser datos de placa y se expresan generalmente como 500/5 A 200/5 A 100/5 A etc.

Representación de transformadores de corriente

Fotografía Cortesía planta TERNIUM® Puebla

Los tipos de transformadores de corriente son:

a. Tipo primario devanado: Consta de dos devanados primarios y secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético. b. Tipo barra: Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra. c. Tipo toroidal(ventana): Tiene un devanado secundario totalmente aislado y montado permanentemente sobre el circuito magnético y una ventana a través de la cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario. d. Tipo para bornes: Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado primario.

Los transformadores de corriente se clasifican de acuerdo con el aislamiento principal usado, como de tipo seco, rellenos de compuestos, moldeados o en baño de líquido.

Tipos de transformadores según su aplicación. Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección, mixtos o combinados. a. Transformador de medición: son los transformadores cuya función es medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente, su precisión debe garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal del orden del 10% hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal. b. Transformador de protección: son los transformadores cuya función es proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir 30 veces la corriente nominal. c. Transformadores mixtos: en este caso, los transformadores se diseñan para una combinación de los dos casos anteriores, un circuito con el núcleo de alta precisión para los circuitos de medición, y uno o dos circuitos más, con sus núcleos adecuados para los circuitos de protección. d. Transformadores combinados: son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensión, mayormente usados en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

Partes de un TC

Transformador de corriente de aceite

Conexiones de los transformadores de corriente (TC). La mayoría de las aplicaciones prácticas de los TC se encuentran en los sistemas trifásicos. De acuerdo a las conexiones utilizadas en los circuitos trifásicos, los TC pueden ser conectados en estrella o delta. Las conexiones estrella son las más comunes.

Conexión estrella de los TC

Es practica universal utilizar un transformador de corriente por fase, tres transformadores de corriente para un sistema trifásico, en este caso los secundarios se conectan en estrella con el nutro sólidamente a tierra y el secundario va hacia los instrumentos

En las corrientes de estrella, para el secundario las corrientes de línea se encuentran en fase. 𝐼𝑠 =

𝐼𝑝 𝑅𝑇𝐶

Conexión típica de relevadores de sobrecorriente a los TC.

Conexión delta del TC.

En la conexión delta se modifica la relación y el angulo en el lado secundario donde se alimentan los instrumentos por un factor √3 𝐼𝑠 = √3

𝐼𝑝 𝑅𝑇𝐶

Conexión en delta abierta. Esta conexión es básicamente la misma que la conexión en delta pero con una pierna faltante, usando solo dos TC's. Con esta conexión se puede lograr una protección contra falla entre fases, en las tres fases, pero solo ofrece protección de fallas a tierra para las fases en que se tiene TC y si el ajuste del relevador esta por debajo de la magnitud de la falla. En esta conexión las corrientes del secundario están en fase con las del primario. Ya que, con esta conexión no es posible detectar las fallas de secuencia cero, rara vez se usa como única protección del circuito. Frecuentemente se acompaña con un TC de secuencia cero tipo dona. Este TC de secuencia cero se puede aplicar en sistemas aterrizados o flotados, y como estos transformadores y sus relevadores asociados no son sensibles a las corrientes de fase, estos pueden ser de relativa baja capacidad, por lo mismo pueden ser muy sensibles a fallas a tierra. Polaridad La polaridad de un transformador de instrumento es la dirección instantánea relativo entre las corrientes que circulan por las terminales primaria y secundaria, esta polaridad debe ser marcada por marcas permanentes debiendo tener las terminales impares la misma polaridad esto quiere decir que la corriente para un instante dado entre la polaridad marcada de un devanado, la primaria, y al mismo tiempo salga por la terminal secundaria marcada, de manera que permanezca que las dos terminales constituyen un circuito continuo .

El punto representa la polaridad que debe estar en correspondencia con la del interruptor por alimentar o bien el instrumento de medición.

Si se tiene un error de polaridad esto provoca una operación incorrecta de los instrumentos de medición.

La carga o burden La carga o burden en el secundario para un transformador de instrumento es aquella que esta propiamente conectada al devanado secundario y que determina la potencia activa y reactiva en los terminales del secundario Se puede expresar en forma de la impedancia total de la carga expresada en ohms, con la resistencia efectiva y las componentes reactivas, o bien, como los volt-amperes totales [VA] y factor de potencia a un valor de corriente especificado o de voltaje y una frecuencia dada. El burden sobre un circuito secundario de un transformador de instrumento afecta la precisión del dispositivo. De acuerdo con esto, se deben conocer las cargas o burdens de los conductores (cables de control) de los instrumentos de medición y de otros instrumentos en el secundario. Por lo general, la información se obtiene de datos del fabricante de los instrumentos, los burdens estándar para transformadores de corriente de corrientes son: Burden(carga) estándar para transformadores de corriente con 5 A en el secundario. Designació n del burden

Resistenci a (ohms)

Inductanci Impedanci Volts a a (ohms) amperes (milihenry) (VA) (Burden estándar para medición) 0.116 0.1 2.5 0.232 0.2 5 0.580 0.5 12.5 1.04’ 0.9 22.5 2.080 1.8 45 (Burden estándar para medición) 2.3 1 25 4.6 2 50 9.2 4 100 18.4 8 200

Factor de potencia

B-0.1 B-0.2 B-0.5 B-0.9 B-1.8

0.09 0.18 0.45 0.81 1.61

0.9 0.9 0.9 0.9 0.9

B-1.1 B-2.0 B-4.0 B-8.0

0.5 1 2 4

0.5 0.5 0.5 0.5

Bibliografías

http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/transformadores_de_medida.htm (11 de febrero del 2014)

Enríquez Harper Elementos de diseño de subestaciones eléctricas Editorial Limusa Segunda edición Capítulos 9 Páginas 626 Balderas 95, México D.F. C.P. 06040

Enríquez Harper Elementos de diseño de subestaciones eléctricas Editorial Limusa Segunda edición Capítulos 8 Páginas 597 Balderas 95, México D.F. C.P. 06040

Enríquez Harper Protección de instalaciones eléctricas industriales y comerciales Editorial Limusa Segunda edición Capítulos 7 Páginas 520 Balderas 95, México D.F. C.P. 06040

Bhag S. Guru, Hüseyin R.Hiziroğlu Maquinas eléctricas y transformadores Editorial Alfaomega Tercera edición Capítulos 9 Páginas 699 Pitágoras 1139 Col. Del Valle 03100, México D.F.