SECRETARIA DE EDUCACIÓN PÚBLICATECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ Alumno: Pérez Wreden Luis Enrique Materia: Protecciones Eléctricas Clave del Grupo: 9Y2-B Trabajo: Transformadores de corriente (Protección) Periodo Escolar: Enero - Junio 2018 M.C. Romero Castro José de Jesús Profesor Titular H. Veracruz, Ver. Lunes 05 de Febrero del 2018 ÍNDICE Introducción ............................................................................................................. 1 1. Transformador de corriente (TC) ......................................................................... 2 Tipo de fabricación de los TC´S. ............................................................................. 3 Características de la tensión de aislamiento. .......................................................... 4 1.1 Componentes básicos de un TC ................................................................... 4 1.2 Características para la especificación de un transformador de corriente .......... 7 1.3 Tipos de TC´s .................................................................................................... 8 1.4 Transformador de corriente de protección......................................................... 9 1.4.1 Condiciones de servicio ................................................................................ 10 1.4.2 Requerimientos de aislación ........................................................................ 11 1.4.3 Corrientes nominales.................................................................................... 12 1.4.4 Exactitud en medición .................................................................................. 15 1.5 Conclusión....................................................................................................... 16 1.6 Bibliografía ...................................................................................................... 17 ...................... Curvas de imantación................ 5 Figura 4. Componentes de un TC ........................................... 3 Figura 3................... 6 ....... 3 Figura 2..................... Transformador de corriente tipo toroidal .......... Transformador de corriente tipo toroidal (Comercial) ..................................................ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1................................................... .............. Corrientes nominales de los transformadores de múltiples bushings ......................13)......... ................................ 12 Tabla 6........................... ....................... 15 ..................................................................... 14 Tabla 7... 7 Tabla 2.................. Corrientes nominales para transformadores con una o dos relaciones de transformación................................... 11 Tabla 5.............................................. Clases de precisión para TC de protección ............... 10 Tabla 4......... IEC 60185/95...... ....... Valores nominales para lado primario de un transformador de corriente según normas (EC 185 y ANSI C51.........ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1................................13)................................................ Saturaciones estándar para transformadores con corriente nominal de secundario 5amp......................... ................. 8 Tabla 3............... Valores nominales para lado secundario de un transformador de corriente según normas (EC 185 y ANSI C51.... Introducción Los transformadores de corriente (TC) reducen corrientes de altos voltajes a corrientes de valor muy bajo y proporcionar una forma conveniente de monitorear de forma segura el flujo de corriente eléctrica. Estos tipos de dispositivos de transformación. cada uno cumple con una función importante dentro de una subestación. se pueden emplear de 2 maneras diferentes. se verá lo que son los TC de una manera más específica y detalla. En este tema. ya sea de medida y de protección. de acuerdo a su empleo. 1 . tipos de TC y las normalizaciones de sus corrientes de acuerdo a las normas IEC/ANSI. cada uno sobre su circuito magnético. Desarrollan dos tipos de función: Transformar la corriente. Si el aparato tiene varios circuitos magnéticos. cuya forma suele ser cerrada tipo toroidal o puede tener un cierto entrehierro. aunque ligeramente desfasada. Aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión. Las espiras del arrollamiento primario suelen ser una o varias. Transformador de corriente (TC) Convierten una intensidad de corriente alterna elevada en una proporcional más pequeña. es prácticamente proporcional a la corriente primaria. Se puede dar también la existencia de varios arrollamientos secundarios en un mismo transformador. la relación es inversa con el número de vueltas de las bobinas: 𝐼2 𝑁1 = 𝐼1 𝑁2 Son aparatos en que la corriente secundaria.1. De esta forma no existe influencia de un secundario sobre otro. El primario del transformador. Este arrollamiento es el que se encarga de alimentar los circuitos de intensidad de uno o varios aparatos de medida conectados en serie. dentro de las condiciones normales de operación. que consta de muy pocas espiras. sobre el cual se arrollan las espiras del secundario de una forma uniforme. se comporta como si fueran varios 2 . y atraviesan el núcleo magnético. se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados. uno para medida y otro para protección. las cuales se pueden a su vez dividir en dos partes iguales y conectarse en serie o paralelo para cambiar la relación. consiguiendo así reducir al mínimo el flujo de dispersión. su tipo de conexionado es en serie con la carga. y con aislamiento en resina sintética. Transformador de corriente tipo toroidal (Comercial) Tipo de fabricación de los TC´S.transformadores diferentes. conviene que las protecciones diferenciales de cables o transformadores de potencia y de distancia se conecten a transformadores de corriente independientes. Transformador de corriente tipo toroidal Figura 2. 3 . y los demás se pueden utilizar para protección. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieren mayor precisión. Figura 1. Por otro lado. Los transformadores de corriente se pueden fabricar para servicio: Interior: Los de servicio interior son más económicos y se fabrican para tensiones de servicio de hasta 36 kV. Aislamiento interno: puede variar según sus características constructivas. Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con relés digitales se requieren núcleos que provoquen menores saturaciones que en el caso de los relés de tipo electromagnético. 1. polvo. Actualmente se utilizan resinas dentro de un aislador de porcelana. ya que las velocidades de respuesta de las protecciones electrónicas son mayores. con aisladores pasatapas de porcelana. existiendo una cámara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de resina.1 Componentes básicos de un TC Los componentes básicos son: Aislamiento externo: el aislamiento externo consta de una envolvente cerámica con una línea de fuga lo suficientemente larga como para que ningún arco pueda contornear bajo condiciones de contaminación. Características de la tensión de aislamiento. La tensión del aislamiento de un transformador de corriente debe ser. niebla. Esta cámara se sella 4 . Un caso es aquél en que las partes activas se moldean en resina de epoxy que las fija. Exterior: Los de servicio exterior y para tensiones medias se fabrican con aislamiento de porcelana y aceite. como lluvia. igual a la tensión más elevada del sistema al que va a estar conectado. Para altas tensiones se continúan utilizando aislamientos a base de papel y aceite dentro de un recipiente metálico. las separa y las aísla. cuando menos. etc. o con aislamientos a base de resinas que soportan las condiciones climatológicas. o gas SF6 y cubierta de porcelana. 2. Cabe diferenciar que cuando un núcleo va destinado para un transformador de medida se utiliza una chapa de rápida saturación. mientras que. la chapa a utilizar será de saturación débil o lenta. Por otra parte. Chapa con alto porcentaje de silicio. se construyen con núcleos de chapa magnética de gran permeabilidad. Núcleo: los transformadores de intensidad. con lo que en el secundario se pueden obtener valores proporcionales a las corrientes de sobrecarga y cortocircuito aptos para poder accionar los dispositivos de protección. Las chapas de las curvas 2 y 3 se llaman comercialmente Mu – Metal o Permalloy. Curvas de imantación 1. se garantiza el mantenimiento de la relación de transformación para valores de intensidad primaria varias veces superior a la nominal. Chapa de aleación ferromagnética a base de níquel (30% al 70%) de gran permeabilidad magnética y débil poder de saturación. Ídem anterior. Veamos las siguientes curvas de imantación: Figura 3. 3. tanto de medida como de protección. herméticamente con juntas de caucho nitrílico y se la rellena con aceite aislante o gas SF6. cuando se elige una chapa de gran permeabilidad y saturación débil para transformadores de protección. si va destinado para protección. 5 . pero con gran poder de saturación. están ampliamente dimensionados y son de forma cilíndrica. Bornes terminales primarios: pueden ser de latón. Bornes terminales secundarios: son de latón y se hallan alojados en una caja de bornes de baja tensión estanca. y relés. Existe la posibilidad de construir el arrollamiento partido con acceso a los extremos de cada parte para que. Arrollamiento secundario: es de hilo de cobre electrolítico puro. Es el arrollamiento que alimenta los circuitos de intensidad de los instrumentos de medida. esmaltado. planos o con tornillos. a base de realizar conexiones en serie o paralelo de las partes del arrollamiento. en barra pasante o formando varias espiras distribuidas por igual alrededor del núcleo. se puedan obtener diferentes relaciones de transformación. uniformemente distribuido alrededor del núcleo. Componentes de un TC 6 . bronce o aluminio. Arrollamiento primario: es de pletina de cobre electrolítico puro. contadores. Existe la posibilidad de cambio de relación de transformación por tomas secundarias. Figura 4. (Tabla 1) Corriente secundaria asignada.2 Características para la especificación de un transformador de corriente Corriente primaria asignada.13). (Tabla 2) Corrientes de cortocircuito asignadas. 7 .1. Valores nominales para lado primario de un transformador de corriente según normas (EC 185 y ANSI C51. Corriente de cortocircuito térmica asignada. Valor nominal de la corriente dinámica asignada. Potencia de precisión Límites de calentamiento Tensión máxima del equipo y niveles de aislamiento Frecuencia asignada Clase de precisión Número de devanados secundarios Tipo de instalación (interior o exterior) Tabla 1. Su precisión debe garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal del orden del 10%. 1. 8 . requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal. En el caso de los relés de sobrecorriente. de protección. Transformadores de protección. Los transformadores cuya función es medir. Valores nominales para lado secundario de un transformador de corriente según normas (EC 185 y ANSI C51. pero en otro tipo de relés. mixtos o combinados. hasta un exceso de corriente del orden del 20%. requieren reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente. Tabla 2. sobre el valor nominal. cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir treinta veces la corriente nominal. Transformador de medición. sólo importa la relación de transformación. se requiere además de la relación de transformación. mantener el error del ángulo de fase dentro de valores predeterminados. como pueden ser los de impedancia.13).3 Tipos de TC´s Los transformadores de corriente pueden ser de medición. Los transformadores cuya función es proteger un circuito. Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensión. los transformadores se diseñan para una combinación de los dos casos anteriores. Transformadores combinados. para los circuitos de protección. por lo que deben garantizar una precisión suficiente para corrientes primarias que sean varias veces superiores a la corriente primaria nominal. En este caso. Este valor se expresa en tanto por ciento y viene expresado por: 𝑇 100 1 ∑ = √ ∫(𝐾𝑛 . Se utilizan en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.4 Transformador de corriente de protección Los transformadores de corriente para protección son los destinados a alimentar relés de protección. con sus núcleos adecuados. 9 . 𝐼𝑆 − 𝐼𝑃 )2 𝑑𝑡 𝐶 𝐼𝑃 𝑇 0 Dónde: 𝐼𝑃 es la corriente nominal primaria 𝐼𝑆 es la corriente secundaria real 𝐾𝑛 es la relación de transformación nominal T es el periodo de integración. sino que se considera el error compuesto. Para estos transformadores ya no se considera el mismo error que representa la clase de precisión en los transformadores de medida. el cual se define como el valor eficaz de la diferencia integrada en un periodo entre los valores nominal por los valores instantáneos de la corriente secundaria real. Transformadores mixtos. 1. un circuito con el núcleo de alta precisión para los circuitos de medición y uno o dos circuitos más. el error compuesto es la suma vectorial del error de relación y del error de fase quedando la fórmula: ∑ = √𝜀𝐼2 − 𝛿𝐼2 𝐶 Definiéndose como corriente límite de precisión nominal aquella corriente primaria más elevada para la cual. 10 P 30 significa que el transformador de protección presenta un error total compuesto del 10 por 100. Tabla 3.Si las intensidades 𝐼𝑃 e 𝐼𝑆 son senoidales. según IEC 60185. las clases de precisión para los transformadores de corriente para protección son las de la siguiente tabla. Clases de precisión para TC de protección Por ejemplo. A partir de este concepto de error compuesto. estando el transformador con la carga de precisión.1 Condiciones de servicio Los transformadores son apropiados para su empleo bajo las siguientes condiciones de servicio.4. a una corriente 30 veces mayor que la nominal. 10 . se asegura que no se sobrepasará el error compuesto. 1. pero menores de 300 kV.2 Requerimientos de aislación El nivel de aislación nominal del bobinado primario de un transformador de corriente está en relación con la máxima tensión permanente admisible de servicio del sistema (Um). Para bobinados comprendidos entre 3.6 kV o superiores. 11 . Tabla 4.4. el nivel de aislación nominal es determinado por las tensiones nominales resistidas a frecuencia industrial e impulso de rayo y deben ser elegidas según la tabla 2 A de la IEC 60185/95.1. IEC 60185/95. Corrientes nominales de los transformadores de múltiples bushings 12 .3 Corrientes nominales Según la norma ANSI/IEEE C57.13 las relaciones de transformación estandarizadas son como se indican en la tabla 5 y 6.1. Tabla 5.4. 13 . Corrientes nominales para transformadores con una o dos relaciones de transformación.Tabla 6. 14 . La saturación da como resultado un incremento en el error presente en la relación de transformación. 15 .4 Exactitud en medición El funcionamiento de los relés de protección depende de la exactitud con la que se realice la transformación por parte de los transformadores de corriente. y la T significa que este ha sido determinado mediante pruebas. mayor deberá de ser el flujo magnético que se debe establecer para entrar en saturación. Tabla 7. Saturaciones estándar para transformadores con corriente nominal de secundario 5amp. menor deberá de ser el flujo magnético requerido para establecer corrientes en el secundario y así mismo en el relé. de las corrientes de falla. Según la norma ANSI/IEEE C57. (Ver tabla 7). Los números de clasificación indican el voltaje presente en los bornes del secundario del transformador en condiciones de saturación estándar a 20 veces la corriente nominal del secundario sin exceder en 10% la corrección de la relación de transformador. La exactitud para las altas sobrecorrientes depende de la sección transversal del núcleo de hierro y el número de vueltas en el devanado secundario.4. y el número de clasificación.13 las clases de exactitud puede designarse por letras bien sea C o T. La letra C significa que el porcentaje de corrección de la relación de transformador puede calcularse. A medida que la sección transversal sea mayor. no solamente de las corrientes nominales sino también. Mientras mayor sea el número de vueltas del devanado secundario.1. 16 . ya sea de medición o de protección.1. aparatos de medida y de protección. en su saturación. Estos tienen normatividad por la IEC/ANSI en sus corrientes nominales. en su aislación entre otros.5 Conclusión El uso de los transformadores de corriente sirve para tomar muestras de la corriente de línea y reducirla a un nivel seguro y medible para que asi se adapten a las gamas normalizadas de instrumentos. Básicamente los transformadores de corriente sirven de 2 maneras diferentes. Los TC de protección se encargan de proteger los circuitos y su fidelidad debe andar por 20 veces la corriente nominal. celsaspain.mx/~omeza/pro/SE/5.fime.6 Bibliografía http://gama.pdf http://www.pdf 17 .com/fileadmin/dateien/zaiger/Transformadores/Protec cion/IB-50_proteccion.uanl.com/ecommerce/site/content/Technical%20I nformation/Fundamentos%20del%20transformador%20de%20corriente.com/file/view/trafos+de+corriente.wikispaces.pdf http://ecommerce.pdf https://montanux.altechmexico.1.