Transformadores de Corriente y Clculo de Saturacin TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.Los transformadores de corriente son utilizados para transformar como su nombre lo expresa las corrientes del sistema de potencia en valores estandarizados y proporcionales para ser entregados a los rels para que estos puedan medir efectuar las mediciones de corriente en sistemas elctricos. Tienen su devanado primario conectado en serie con el circuito de alta tensin. La impedancia del transformador de corriente, vista desde el lado del devanado primario, es despreciable comparada con la del sistema en el cual estar instalado, an si se tiene en cuenta la carga que se conecta en su secundario. En esta forma, la corriente que circular en el primario de los transformadores de corriente est determinada por el circuito de potencia. En la figura 2.12 se muestra el interior de un transformador de corriente, especificando sus partes.

Corte de un transformador de corrienteFuente: www.wikipedia.com

Caractersticas para la Especificacin de un Transformador de Corriente

Corriente primaria asignada. (Ver valores tpicos en tabla 2.1) Corriente secundaria asignada. (Ver valores tpicos en tabla 2.2) Corrientes de cortocircuito asignadas. Corriente de cortocircuito trmica asignada. Valor nominal de la corriente dinmica asignada. Potencia de precisin Lmites de calentamiento Tensin mxima del equipo y niveles de aislamiento Frecuencia asignada Clase de precisin Nmero de devanados secundarios Tipo de instalacin (interior o exterior)

Tabla 2.1. Valores nominales para lado primario de un transformador de corriente segn normas.

Fuente: Normas IEC 185 y ANSI C51.13 Tabla 2.2. Valores nominales para lado secundario de un transformador de corriente segn normas.

Fuente: Normas IEC 185 y ANSI C51.13

1.1.1.1. TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE. De Medicin: Requieren reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente. Su precisin debe garantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal del orden del 10%, y de un exceso de 20% sobre el mismo valor nominal. DE Proteccin: Requieren conservar su fidelidad hasta un valor de 20 veces la magnitud de la corriente nominal. Mixtos: Se disean para una combinacin de los dos casos anteriores, un circuito con un ncleo de alta precisin para los circuitos de medicin y uno o dos circuitos mas, con ncleos adecuados, para los circuitos de proteccin.ASPECTOS BASICOS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.Corrientes NominalesSegn la norma ANSI/IEEE C57.13-1978 las relaciones de transformacin estandarizadas son como se indican en la tabla 2.3. y 2.4Tabla 2.3 Corrientes nominales de los transformadores de mltiples bushings

Fuente: ANSI/IEEE Std. 242-1986Tabla 2.4 Corrientes nominales para transformadores con una o dos relaciones de transformacin.

Fuente: ANSI/IEEE Std. 242-1986

Accuracy Exactitud en MedicinEl funcionamiento de los rels de proteccin depende de la exactitud con la que se realice la transformacin por parte de los transformadores de corriente, no solamente de las corrientes nominales sino tambin, de las corrientes de falla. La exactitud para las altas sobrecorrientes depende de la seccin transversal del ncleo de hierro y el nmero de vueltas en el devanado secundario. A medida que la seccin transversal sea mayor, mayor deber de ser el flujo magntico que se debe establecer para entrar en saturacin. La saturacin da como resultado un incremento en el error presente en la relacin de transformacin. Mientras mayor sea el nmero de vueltas del devanado secundario, menor deber de ser el flujo magntico requerido para establecer corrientes en el secundario y as mismo en el rel.

Segn la norma ANSI/IEEE C57.13-1978 las clases de exactitud puede designarse por letras bien sea C o T, y el nmero de clasificacin. La letra C significa que el porcentaje de correccin de la relacin de transformador puede calcularse, y la T significa que este ha sido determinado mediante pruebas. Los nmeros de clasificacin indican el voltaje presente en los bornes del secundario del transformador en condiciones de saturacin estndar a 20 veces la corriente nominal del secundario sin exceder en 10% la correccin de la relacin de transformador. (Ver tabla 2.5).Tabla 2.5 Saturaciones estndar para transformadores con corriente nominal de secundario 5amp.

Fuente: ANSI/IEEE Std. 242-1986

BurdenEn cuanto a transformadores de corriente se refiere, el burden indica la carga conectada a los terminales del secundario y es expresada en voltio-amperios (VA) y factor de potencia a un nivel de corriente especificado, o como un valor de impedancia con los correspondientes valores de resistencia y reactancia. El termino burden se usa para diferenciar la corriente de carga, de la corriente de carga del primario. El factor de potencia es referido al de la carga y no al circuito primario. ANSI a designado valores estndar para los burden que pueden ser vistos en la tabla 2.4.

Caracterstica de Excitacin del Secundario y Curvas de Relacin de Transformacin frente Sobrecorrientes La forma caracterstica de la excitacin del secundario, como es mostrada por los fabricantes es la forma como se comporta la corriente con respecto al voltaje presente en el secundario (figura 2.13). Los valores son obtenidos bien sea mediante el clculos realizados basados en las curvas de perdidas en el ncleo o por el promedio de los resultados de pruebas realizadas en un transformador muestra de un lote de produccin.

Para los transformadores de clase T, se trazan curvas de relacin de transformacin frente en presencia de sobrecorrientes en el rango de 1-22 veces para una corriente normal en el primario y todos los valores de burden estndar. (Figura 2.14)

Curvas de excitacin en Secundario para Diferentes Valores de Voltaje en secundarioFuente: ANSI/IEEE Std. 242-1986

Relaciones de Transformacin de Sobrecorrientes para Transformadores Clase T para Burdens entre 0.1 y 0.8 (Exceptuando B0.9 y B1.8)Fuente: ANSI/IEEE Std. 242-1986

4.4. VERIFICACIN DE LA SATURACIN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE DE LA SUBESTACIN La determinacin de la saturacin de los CT es muy importante dentro de lo que engloba una coordinacin de protecciones, puesto que si estos elementos no entregan la correcta informacin a los rels estos no podrn actuar correctamente o que dada la relacin de transformacin en los casos donde se usan rels electromecnicos sus curvas de operacin no abarquen el nivel de cortocircuito visto. La forma exacta de determinar la saturacin de un CT es mediante la suma de la carga que representan los equipos que este alimenta y comparar con los datos nominales del transformador.

No se conocen ninguno de los datos tcnicos de los CT puesto que no hay una base de datos con dicha informacin, al mismo tiempo que los equipos no estn provistos de una placa caracterstica que permita conocer cualquier tipo de informacin tcnica respecto a ellos, la nica informacin que se tiene es la RT. Puesto que no se posee la informacin tcnica necesaria para realizar correctamente la verificacin de la saturacin de los CT se tomar de referencia lo establecido en la IEEE Std. 242-2001. Se asumir que todos los CT son de clase 200 y la carga asociada es de 2 ohmios; sta ser la peor condicin posible. De acuerdo con la IEEE Std. 242-2001, en el escenario planteado, si se presenta un nivel de cortocircuito que reflejado en el secundario del transformador exceda las 20 veces la corriente nominal del equipo, este se encontrar saturado. En la tabla 4.4 se presentan los resultados de este estudio.

Tabla 4.4 Verificacin de la saturacin de los CT Nmero de CTCorriente del Primario(A)Corriente del Secundario(A)RT del CTMxima Corriente de Cortocircuito(kA)Mx. Corrienteen veces la nominal del secundarioEstatus del CT

1600512034.84058.07SATURADO

2600512034.84058.07SATURADO

3600512034.84058.07SATURADO

410052034.840348.40SATURADO

51200524034.84029.03SATURADO

61000520034.84034.84SATURADO

71200524034.84029.03SATURADO

8500510034.84069.68SATURADO

9600512034.84058.07SATURADO

10500510034.84069.68SATURADO

111000520034.84034.84SATURADO

12500510034.84069.68SATURADO

De acuerdo con este criterio, 49 de los CTs de la subestacin se encuentran saturados y corresponden con el 100% de los instalados en las barras principales a nivel de 4.160V. Es importante resaltar que ste no es el criterio ms exacto, razn por la cual se procedi a ubicar posibles soluciones como se indica seguidamente:

Se observa fcilmente que para que los transformadores no se saturen al momento de presentarse una falla, deben tener una relacin de transformacin muy alta si se consideran que todos son de clase 200. El establecer una RT alta para los CTs no es conveniente ya que las corrientes nominales de los equipos que se desean proteger se encuentrn en el promedio de los 150 amperios y son muy bajas en comparacin al rango del transformador, esto trae como consecuencia cierto nivel de imprecisin en la informacin que podrn estar recibiendo los rels en condiciones normales dado que la mejor condicin de trabajo para los CTs en los alrededores de la mitad de su rango y las corrientes nominales de los equipos se encontraran en los alrededores del 10% de este.

Consideracin de la Carga de los CTs y Estimacin de la clase requeridaDado que la solucin planteada con la revisin y las premisas presentadas en primer lugar no son tcnicamente viables, se procedi a determinar la clase que debera de ser cada transformador de manera que no se sature en el nivel de cortocircuito mximo visto por l. Entre las premisas del estudio se estimaron 8 metros de cable nmero 12AWG para la conexin entre rels y CTs y cable de neutro, las impedancias de los CTs fueron tomadas de los manuales del fabricante. El estudio fue llevado a cabo de acuerdo con el estndar ANSI/ IEEE 242 2001, se calcul el voltaje de saturacin de los CTs para el nivel de cortocircuito actual y la carga en el secundario presente y se present la clase requerida para el CT segn las clases normalizadas C100, C200, C400, C600, C800. Los resultados se presentan en la tabla 4.6.

Consideracin de la Carga de los CTs, Incremento de la RT y Estimacin de la clase requeridaComo resultado de los clculos realizados se observ que en varios casos que para que los CTs no se saturen al nivel de cortocircuito evidenciado, su clase debe ser alta o en algunos casos no corresponde con valores comerciales, por lo tanto se debi modificar la relacin de transformacin con el fin de disminuir el voltaje de saturacin y as la clase requerida para que los CTs fuese una opcin viable. Estos cambios efectuados se encuentran mostrados en la tabla 4.7. Los nuevos CTs calculados sern modelados al momento de realizar la nueva coordinacin no sern tomados en cuenta para la revisin del estado actual. Se utiliz un asterisco junto a la RT de los CT para indicar que las mismas fueron modificadas.

Tabla 4.6. Determinacin de la Clase de los CTsNmero de CTCorriente del Primario (A)RT del CTMxima Corriente de Cortocircuito (kA)Mxima Corriente de Cortocircuito Referida al SecundarioImpedanciade Cables (ohm)Impedancia de Rels (ohm)Impedancia Total (ohm)VoltajedeSaturacin (V)Clase del CT

160012034.8402900,052,72,75799,641000

260012034.8402900,052,72,75799,641000

360012034.8402900,051,61,65480,28600

41002034.8401.7420,050,030,08146,72200

5120024034.8401450,052,72,75399,82600

6100020034.8401740,050,10,1526,87200

7120024034.8401450,052,72,75399,82600

850010034.8403480,050,750,80280,19400

960012034.8402900,052,72,75799,641000

1050010034.8403480,050,10,1553,73200

11100020034.8401740,050,10,1526,87200

1250010034.8403480,050,10,1553,73200

1350010034.8403480,050,10,1553,73200

1450010034.8403480,050,750,80280,19400

1550010034.8403480,050,10,1553,73200

1660012034.8402900,052,72,75799,641000

1750010034.8403480,050,750,80280,19400

1850010034.8403480,050,750,80280,19400

1950010034.8403480,050,10,1553,73200

2050010034.8403480,050,10,1553,73200