capitulo 2 (transformadores de medida)
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7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
1/19
1Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Ildefonso Harnisch Veloso
Arica-Chile
Protecciones Elctricas
Transformadores de medida
UNIVERSIDAD DE TARAPACEscuela Universitaria de
Ingeniera Elctrica-Electrnica
2Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de medida
Reproducir proporcionalmente en el
circuito secundario la magnitud del circuito
primario
Disponer decorrientes y tensiones
normalizadas
Aislar al personal,rels y circuitos de
control
Alimentar equipos demedida y proteccin
Objetivo de un TT/MM
3Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de medida
Conviene definir mrgenes de error aceptables para una reproduccin
correcta.
Clase de precisin es el error mximo que puede incorporar la informacinproporcionada por el TT/MM cuando funciona dentro de las condiciones para
las que se le define.
A menor clase de precisin, menor ser el error mximo y mayor la exactitudde los datos proporcionados.
Clase de precisin de un TT/MM
4Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de medida
Las variables elctricas de corriente (I) yvoltaje (V) se obtienen de la red
empleando los siguientes dispositivos :
Transformadoresde corriente
Transformadoresde potencial
Dispositivoscapacitivos de
potencial
Tipos de TT/MM
Sensores depotencia
I V V V I
Los TC y los TP pueden ser dispositivos independientes o estar incorporados
dentro del bushing de algn dispositivo de poder (T/F o 52).
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7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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5Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de corriente (TC)
TT/CC
de medida
Diferencias entre ambos
TT/CC
de proteccin
Error pequeo en condiciones normalesde operacin (I0, pequea)
En condiciones de falla (20 a 30 veces
IN) se satura para proteger losinstrumentos.
Se saturan para 1.2 IN
El secundario de un TC no se daara
en condiciones de falla, ya que puedesoportar una corriente nominal de corta
duracin de 100 a 150 A.
Error significativo en condiciones defalla (I0 grande).
Error pequeo en condiciones de falla.
No tan precisos en condicionesnormales.
No deben saturarse en condiciones defalla; 20 a 30 veces la IN (ncleo de
mayor seccin).
0 ,M b pc,maxE Z I
0,P b FE Z I
0,P 0,ME ( 20 a 30) E
0E 4. 44fN
P M
(20a 30) (N.mayor seccin)
6Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de corriente (TC)
Entregar una corriente secundaria
proporcional a la que circula por su
enrollado primario.
TT/CC
de medida
Objetivo
TT/CC
de proteccin
0E
0I
TC medida
TC proteccin
7Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de corriente (TC)
Equipo de
med ida y/o
proteccin
(burden)
1I
2I
1V
2V
T C
1 : n
1I : Corriente pr imaria
2I : Corriente secundaria
: Razn de l TC
1A, 5A , no rma l izada
5 A: S/E pequeas; distancia no muy grande entre patio de la S/E y
sala de control.
1 A: S/E grandes; distancia grande entre patio de la S/E y sala de
control.
8Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de corriente (TC)
Aspecto fsico
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7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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9Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
TT/CC tipo toroidal (anillo, ventana),
instalado alrededor de unos bushings
Type: KOKU 072 G4
Ratio: 600/1 A
Burden/Class 30 VA / 10 P 30 Standards IEC 185
Transformadores de corriente (TC)
30 VA / 10 P 30
VA continuos/ clase precisin/ para
proteccin/ factor lmite de precisin
Este TC con 5 A , 30/5 = 6 V; no tendr ms que
10% de error hasta 630 = 180 V sec.
10Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de corriente (TC)
11Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Ubicacin de TC en la SS/EE
Circuitbreaker
Disconnect Disconnect
Current CT
Bus bar
Circuitbreaker
Disconnect Disconnect
Current CT
Bus bar
Circuitbreaker
Disconnect Disconnect
Current CT
Bus bar
Transformadores de corriente (TC)
12Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de corriente (TC)
Tipo de construccin (ejemplo)
Tipo ventana o anillo: Dispone de un espacio en el centro paraacomodar un conductor primario (barra o cable) a travs de l.
Tipo barra: El devanado primario es una barra que forma parte integraldel TC
Tipo devanado: El enrollado primario tiene ms de una espiradispuesto en el ncleo.
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7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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13Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Transformadores de corriente (TC)
Tipo de secundario (ejemplo)
14Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Es la mxima carga que puede conectarseal TC para que el error de medida estcomprendido dentro de los mrgenesindicados por el fabricante.
Se especifica en ohm o VAa una determinada
corriente
Incluye impedanciade rels, medidores y
alambrado
BURDEN
Transformadores de corriente (TC)
15Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Burden normalizado
Transformadores de corriente (TC)
0.5
0.5
0.5
0.5
cos
TC para
protecciones
8002008.0B-8
4001004.0B-4
200502.0B-2
100251.0B-1
Vn (V)VA a 5AZ (!)Designacin
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
cos
9022.50.9B-0.9
TC para medidas
180451.8B-1.8
5012.50.5B-0.8
2050.2B-0.2
102.50.1B-0.1
Vn(V)VA a 5AZ (!)DesignacinCargas
definidas por la
norma IEEE
57.13 para TC
de 5 A sec.
16Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Circuito equivalente T/C
Enrollado primario del TT/CC seconecta en serie con la red de potencia
I1 acta como fuente decorriente (impuesta por elsistema).
Z1 se puede omitir
Transformadores de corriente (TC)
1N 2 Nn I I=
2Z
2I
2V
bZ
+
+
0
Z 0E
0I
1I
b)
'
1 1I = I
Equivalente simplificado
referido al secundario
Razn nominal Razn vedaderaV 1 2I / I=
1: n
(a)
1Z
1I
'
0Z
2Z
2I
0E
2V
bZ
+
+
n='2 2
I I
Equivalente exacto
-
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17Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Circuito equivalente TC
Donde :
I1: corriente primaria
I2: corriente secundaria
I0: corriente de excitacin
Z0: Impedancia de excitacin
E0: Voltaje de excitacin
V2: Voltaje secundario
Z2: Impedancia de dispersin secundaria
Zb: Impedancia de carga (BURDEN)
Modelo del TT/CC
TT/CC
Transformadores de corriente (TC)
1I
2I
2Z
2I
2V
bZ
+
+
0
Z 0E
0I
1I
n'1 1
I = I
Equivalente simplificado
referido al secundario
18Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Circuito equivalente TC
= +0 2 2 2
E V Z I
Transformadores de corriente (TC)
= +'1 0 2
I I I
Zona lineal curva de excitacin
00
0
EI
Z=
Zona no lineal curva de excitacin: la corriente I0 se obtiene de la
curva de excitacin.
19Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
TC en circuito abierto (vaco)
El TC se satura y en el secundario aparecen sobre voltajes que
pueden daar la aislacin o a las personas que lo manipulan; adems,
el ncleo se calienta demasiado por las altas prdidas en el fierro.
Si se desea sacar la carga es preciso cortocircuitar los bornes
secundarios
Transformadores de corriente (TC)
(impuesta por el sistema)= '0 1
I I
20Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Sobre tensiones en circuito abierto
Transformadores de corriente (TC)
m
P FI I= SI 0=
+
mde Ndt
=
wt
p pN I
wt
m
wt
e
0 10 kV
-
7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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21Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Saturacin
En un TC real la corriente primaria no se reproduce exactamente enmagnitud y fase debido a la corriente de excitacin I0 (I2 = I1/n I0).
Z0 no es constante (no lineal); por lo que para calcular I0 se debe recurrira las caractersticas de saturacin (curva de excitacin).
La corriente de excitacin depende de la seccin transversal del ncleo, dela longitud del circuito magntico, del nmero de vueltas del enrollado yde las caractersticas magnticas del fierro.
Transformadores de corriente (TC)
Mientras mayor sea la seccin del ncleo mayor es el flujo magntico que
se puede desarrollar antes de alcanzar el punto de saturacin.
Un gran nmero de espiras en el enrollado secundario requiere un menor
flujo magntico para inducir la corriente secundaria que debe circular.
2 0N IH ; B H; BL S
= = =
22Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Saturacin
Operacin en zona lineal de la curva de magnetizacin
Z0 aproximadamente constante
A medida que I1 aumenta I2 aumenta proporcionalmente E0 aumenta proporcionalmente a I2
I0 aumenta ms o menos linealmente de acuerdo a la curvacaracterstica.
Transformadores de corriente (TC)
Si I1 continua creciendo
El TC se saturar y E0 ya no aumentar con el incremento de I1
I2 tampoco aumentar debido a que es proporcional a E0
Por lo tanto, I0 aumentar a valores muy altos (I1/n = I0 + I2)
Se producir un error de razn excesivo y la impedancia Z0
virtualmente cae a cero.
23Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Saturacin
Transformadores de corriente (TC)
2I
2V
bZ
+
+
0
Z 0E
0I
/ n1
I
1Z 2Z
No saturado
1I
2V
bZ
+
/ n1
I
1Z
2Z
saturado
2 0=I
0I
1I
0Z :grande
0I : pequea; error pequeo
12 0
II I=
0Z cero=
10
II :grande; error grande=
12 0
II I 0= =
24Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Saturacin: Caracterstica de excitacin
Transformadores de corriente (TC)
-
7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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25Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Saturacin
Cuando se investiga el comportamiento de un TC, es conveniente obtener
experimentalmente su curva de excitacin. Para ello, se aplica un voltaje
variable al enrollado secundario dejando el enrollado primario en circuito
abierto.
Transformadores de corriente (TC)
Para saber si un TC esta saturado o no, resulta necesario definir su punto
de saturacin (knee point).
A
V
+ 0 0V E
0I
1I 0=
26Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Punto de Saturacin
Criterio de la EEC :
La English Electric Corporation define el punto de saturacin,
como aquel punto en el cual un incremento del 10 % del voltaje
de excitacin produce un 50 % de aumento de la corriente de
excitacin.
kV
k10%V
k50%I
kI
pK
0E
0ICorriente excitacin secundaria
Voltajeexcitacinsecundario
a)
Transformadores de corriente (TC)
27Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Punto de saturacin
Criterio de la IEC :
La International Electrotechnical Commission define el punto desaturacin como la interseccin de las rectas trazadas
extendiendo las partes saturada y no saturada de la curva deexcitacin.
Criterio ANSI/IEEE:
El American National Standard Institute y el IEEE definen elpunto de saturacin como aquel punto en que la curva deexcitacin es tangente a la lnea trazada a 45 de la horizontal.
Transformadores de corriente (TC)
28Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Punto de Saturacin
Criterio ANSI/IEEE:
Transformadores de corriente (TC)
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7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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29Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Error de razn
La corriente es la causante del error de razn de lareduccin de la corriente primaria a la secundaria.
Error de razn es la desviacin porcentual de la raznverdadera, con respecto a la que debera existir si latransformacin fuera ideal (razn nominal).
Transformadores de corriente (TC)
0I
1 2
2
I / n I100
I
=
V 1 2n I / I=
1N 2Nn I / I=
Error de fase
= 2 1
I - IDiferencia angular entre I2 e I1. Se
mide en minutos.
Vn n100n
=
30Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Errores
Transformadores de corriente (TC)
1 2 rI / n I I +
0r
2 2
II
I I
0I
m
0E
1I / n
2I
0I rI
qI
2V 2 2
R I2 2X I
q
1
Itan
I / n
r 1 2I I / n I
2 2
q 0 rI I I=
31Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Ejemplo
Considrese un transformador de corriente con una razn devueltas 500:5, una impedancia de fuga secundaria de
0.01+j0.1 ohms, y una impedancia de excitacin 4.0+j15ohms. Determinar el error de razn para los siguientes burden:1, 2, j2,
Transformadores de corriente (TC)
b 2
0
+ =
Z Z
Z
32Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Resultados Ejemplo
En general, es posible sumar directamente los mdulos de las
impedancias sin alterar mayormente los resultados.
Transformadores de corriente (TC)
13.5313.52j2
13.5312.962
7.096.541
! %! %
Zi = MiZi = a + jbZb
-
7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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33Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Factor de sobrecorriente de un TC
Es la relacin que existe entre la mxima corriente de cortocircuito quepuede pasar por el primario del TC y su corriente primaria nominal, paraque su clase de precisin sea mantenida.
Transformadores de corriente (TC)
Las Normas ANSI definen FS = 20.
P maxcoci
P nom TC
IFS
I=
Por lo tanto P coci P no min al TCI FS I
Esta limitacin garantiza que el TC no sobrepase el error de razn
definido por su clase de precisin.
34Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Clase de precisin por la norma ANSI/IEEE
Estas normas clasifican a los TC para proteccin en dos clases deprecisin:
La clase T : Alta reactancia de fuga; Z2 >>Zbnom
La clase C : Baja reactancia de fuga; Z2
-
7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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37Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
La clasificacin de un TC del grupo C se puede determinar a partir de sucircuito equivalente y su caracterstica de excitacin.
Procedimiento:
Determinar desde el circuito equivalente la tensin secundaria en
bornes V2, considerando la corriente secundaria I2 20 veces su
corriente nominal (100 A) con un mximo error de razn del 10 %.
La tensin E0 se obtiene desde la caracterstica de excitacin.
La clasificacin se hace por la tensin estndar inmediatamenteinferior a la tensin V2 calculada.
Transformadores de corriente (TC)
Clasificacin de un TC: Usando las normas ANSI/IEEE
Usualmente todos los clculos se realizan considerando slo las
magnitudes de impedancias, corrientes y tensiones.
38Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Ejemplo Normas ANSI/IEEE
Se tiene un TC de razn 1200/5, clase 10C400, burden de 2.0 y cuya curva
de excitacin se muestra en la figura. Determinar cual es la mxima corriente
simtrica de falla que puede medir sin que se exceda el 10% de error.
Transformadores de corriente (TC)
39Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Ejemplo Normas ANSI/IEEE
Basndose en el criterio que la corriente secundaria puede ser de hasta 20Incon un error no superior al 10%, entonces:
In=5 A 20In=20*5 = 100 A que corresponden a 100*(1200/5) = 24000 Aprimarios.
Zb= 2 => VB = ZB*IB=2*(5*20)= 200 V
Vsec
400
20In=100 Isec
200
Zona de Error < 10%
Por lo tanto si la corriente defalla simtrica es de 24000 A yel TC 1200/5 clase C400,burden de 2 entonces elerror de razn es inferior al10%
Transformadores de corriente (TC)
40Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Ejemplo Normas ANSI/IEEE
Un TC multi razn 1200/5, 10C400 se conecta al TAP 1000/5, cul es elmximo burden que se puede usar para mantener la exactitud de la medida ?
Sol.:
Transformadores de corriente (TC)
1nom 2 nomI n I= 1200 N 5=
P1000 N 5=
PN 0.8333N
=
( )p Cbmx
N / N V 0.8333 400Z 3.33 [ ]
100 100
= = =
-
7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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41Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Clase T
Veces la corriente primaria nominal
2 4 6 8 10 12 14 1 6 18 20 220
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Veceslacorrientesec
undarianominal
B-4.0
B-2.0
B-1.0
B-8.0
Transformadores de corriente (TC)
El comportamiento de un TC clase T se determina mediantecurvas de sobre corriente proporcionadas por el fabricante.
Clasificacin de un TC: Usando las normas ANSI/IEEE
42Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Factor trmico de un TC
Es la relacin entre la mxima corriente primaria admisible en
rgimen permanente y su corriente nominal.
Transformadores de corriente (TC)
P mx
P nom
IFT ; (En rgimen permanente )
I=
Los valores ms usuales son: 1.0; 1.2; 1.3; 1.5 y 2.0.
Un TC puede operar continuamente hasta el factor trmico; sin
afectar su desempeo, vida til y nivel de aislacin.
Lo anterior sirve para considerar futuros crecimientos de la carga
y situaciones de emergencia.
43Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Lmite trmico de un TC
Es la mxima corriente simtrica de cortocircuito que el TC puede
soportar durante 1 segundo, con el secundario en cortocircuito (LT).
Transformadores de corriente (TC)
Esta limitacin esta dada por la mxima temperatura dada por la
clase de aislacin del TC.
Para un tiempo t superior a 1 segundo la corriente lmite
admisible que el TC puede soportar satisface la ecuacin sgte:
2
coci adm fallaI t cte= =
fallat t desp 52=coci admfalla
LTI
t=
Por lo tanto, la corriente mxima de cortocircuito que puede
circular por un TC debe satisfacer:
coci
falla
LTI
t
44Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Carga de los TC
El burden de un TC est compuesto por la impedancia del
alambrado, rels y equipos de medida. Los rels representan una
contribucin importante.
Transformadores de corriente (TC)
Rels de carga fija; su impedancia se mantiene constante.
q Rels electromecnicos: el ajuste no se realiza a travs de tomas
de su bobina de operacin. Por ejemplo, rels de embolo o
armadura atrada (ajustar tensin del resorte, ajustar entrehierro).
q Rels digitales: se alimentan mediante una fuente de alimentacin
externa, por lo que el rel digital representa una carga mnima para
el TC.
-
7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
12/19
45Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Carga de los TC
Transformadores de corriente (TC)
Rels de carga variable; su impedancia varia con su ajuste.
q Rels electromecnicos: el ajuste se realiza a travs de tomas desu bobina de operacin. La impedancia del rel depende del tap
elegido. Por ejemplo, rel de induccin.
v El fabricante suministra la impedancia del rel para el tap
mnimo, que es la de mayor valor.
2
Tap Tap m m
Tap mnZ Z
Tap
=
46Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Rels de carga variable
Transformadores de corriente (TC)
16.40.5 - 2ICM2
0.254 -16ICM2
0.054 -12C011
0.182 - 6C011
1.262 - 6C02
19.20.5 - 2C02
0.201.5 - 6IAC77A2A
1.600.5 - 2IAC77A3A
0.384 -16IAC51B101A
22.00.5 - 2IAC51A3A
2.401.5 - 6IAC51A2A
0.354 -16IAC51A101A
Z ["] Tap menorRango Taps [A]Modelo Rel
47Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Lmites de los TC
Transformadores de corriente (TC)
En general los lmites que se deben respetar en un TC son:
S S nom TCI FS I 100 A =
b S m x ANSIZ I V
coci falla
falla
LTI ; t 1s
t >
coci fallaI LT ; t 1s
P P nomI FT I ( rgimen permanente)
P coci P no m TCI FS I
48Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Polaridades del TC
En la mayora de los esquemas de protecciones, tiene una gran importancia
las polaridades de los transformadores de corriente en el momento de hacer
las conexiones de sus secundarios. Por ello, los extremos de los devanados
primario y secundario de la misma polaridad vienen marcados de una formavisible.
Marcas de polaridad del TC
Transformadores de corriente (TC)
-
7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
13/19
49Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
TC conectados como TC auxiliares
Se utilizan para:
Proveer una separacin galvnica entre el secundario de un TC principal y
algn otro circuito.
Ajustar la razn total de transformacin cuando no se dispone de la razn
requerida de entre las razones estandarizadas. Existen con mltiples
tomas para suministrar una razn de transformacin ajustable.
Transformadores de corriente (TC)
50Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
TC conectados como TC auxiliares (ejemplo)
En el circuito de la figura se desea que la corriente en el burden sea nula
cuando una corriente primaria de 600A fluye a travs de las dos lneas.
Transformadores de corriente (TC)
bZ
TC1
TC2
1200/5
1000/5
2.5 A
3.0 A
3.0 Ab
I
3.0: 2.5600 A
51Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
TC conectados en estrella o deltaEn aplicaciones de rels usualmente se requiere conectar los secundarios de
TC en estrella o en delta para obtener un cierto desplazamiento angular y,
para cambiar las magnitudes de las corrientes de sus secundarios para
satisfacer los requerimientos de los rels asociados.
Transformadores de corriente (TC)
fZ
'
aI
'
bI
'
cI
aI
bI
cI
b) TC en D
nZ
fZ
'
aI
'
bI
'
cI
aI
bI
cI 3
0I
a) TC en Y
Un punto del secundario se conecta a tierra para prevenir el peligro decontacto accidental entre los enrollados primario y secundario.
52Protecciones Elctricas Escuela Universitaria de Ingeniera Elctrica-Electrnica UTA
Acopladores lineales
Son TC con ncleo de aire (no se saturan).
Su reactancia de magnetizacin es lineal y muy pequea comparada con TCcon ncleo de fierro.
La mayor parte de la corriente primaria se usa en establecer el flujo mutuo y lacorriente que puede suministrar el enrollado secundario es limitada.
Opera como un conversor corriente voltaje. El voltaje en los bornes delsecundario es proporcional a la corriente primaria.
Transformadores de corriente (TC)
_ _
12V jwM I / n=
Un valor estndar :
M 1 3.26 H=
Son compatibles con dispositivos actuados por voltaje
1: n 02
I
2V
+
1I
/ n1
I RV
1wL 2jwL
jwM
-
7/25/2019 Capitulo 2 (Transformadores de Medida)
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TC pticos
Se basan en el hecho que al pasar un plano de polarizacin de una luzpolarizada a travs de un bloque de fibra ptica, que se ubicaalrededor de un conductor que transporta una corriente elctrica, elplano de polarizacin de la luz rota un cierto ngulo debido a lainteraccin de la luz con el campo magntico creado por la corriente.
El desplazamiento angular se detecta en el extremo receptor de la luza travs de un detector de rotacin y es convertido electrnicamenteen un voltaje que es proporcional al valor instantneo de la fuerza demagnetizacin alrededor del conductor que transporta la corriente.
Este voltaje puede ser amplificado y filtrado para proveer una replicade la corriente primaria.
Se utilizan en rels electrnicos y digitales.
Son lineales y tienen un rango dinmico de funcionamiento bastanteamplio.
Transformadores de corriente (TC)
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TC pticos : Principio operacin
En vez de TC suelen denominarse sensores
Transformadores de corriente (TC)
I
Detector derotacin
fuente de luz
polarizada
trayectoria luz
salida
bloque ptico
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TC pticos Ej.: Equipo comercial
NXCT optical current sensor
Rango corrientes : 1 A a 63 kA
Rango de tensiones: 138 kV a 500 kV
Principio: Honeywell fiber optic Gyro system
www.nxtphase.com
Transformadores de corriente (TC)
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TC Respuesta transitoria
Transformadores de corriente (TC)
El error de los TC no slo depende de la corriente de excitacin y lacorriente de carga, sino que tambin puede ser afectado por laaparicin de corrientes transitorias en la red.
De especial inters es el caso de lo TC de proteccin, dado que encondiciones de fallas el transitorio de la corriente puede alterar suprecisin.
Entre otras variables, en el transitorio del TC influye: La histresis, El flujo remanente, La asimetra de la corriente de falla (componente dc), La saturacin
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Respuesta transitoria (ejemplo)
Transformadores de corriente (TC)
Corriente de excitacin del TCdurante el transitorio de la
corriente primaria
Distorsin de la corrientesecundaria debido a la
saturacin
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Reducir las tensiones primarias del Sep atensiones secundarias normalizadas con elmenor error posible.
TT/PP
Transformador depotencial inductivo
Objetivo
DCP
Dispositivo capacitivode potencial
Vp < 145 kV Vp >145 kV
Transformadores de potencial (TP)
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Transformadores de potencial
TP
Equipo demedida y/oproteccin
(burden)
V1 V2
V1 : Voltaje primario
V2 : Voltaje secundario
a : Razn del TP
V1V2
a : 1
Conexin
Idealmente interesa que V2 sea
siempre proporcional a V1.
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Potencia no superior a 100 VA
Tensiones normalizadas de lnea 110 V, 120 V
(secundarios)
Alimentan aparatos de medida, control y proteccin Los TP son unidades monofsicas. Se agrupan para
formar conexiones
Precisin
Caractersticas
Diseo
Transformadores de potencial
Transformacin aprox proporcional(error mnimo)
Cadas de tensin pequeas.
B muy por debajo del valor de saturacin asla I0 es muy pequea.
As se logra un Z0 prcticamente constanteen el rango de tensiones requerido.
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Aspecto fsico
Transformadores de potencial
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Aspecto fsico
Transformadores de potencial
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Circuito equivalente
Transformadores de potencial
a :1
0Z
2Z
2I
2V
bZ
+
+
'
1V
1N 2Na V V= V 1 2a V V=
1V
+
1I 1
Z
Debido a la alta impedancia de la carga conectada, el TP funciona
casi en vaco.
( ) = + +'1 2 1 0 2 2 2
V V Z I I Z ICada de tensin:
Idealmente conviene: '2 1
V = V
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Circuito equivalente
Transformadores de potencial
Las impedancias de fuga deben ser pequeas
Flujo de fuga pequeo y conductores de mayor seccin.
Corriente de excitacin pequea
Sobre dimensionar el ncleo
Trabajar con corrientes de carga reducidas
Las cadas de tensin internas son fuente de error que debe
ser minimizado a travs de un buen diseo
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Error de razn
En funcin de los parmetros
1 2
2
V / a V100
V
=
2e 2 2e 2
2
R I cos X I sen100
V
+ =
Aproximacin en diagrama fasorial
Transformadores de potencial
Va a
100a
=
100+
= 2e b bb
Z Z Z
Z
Usando circuito equivalente aproximado
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Error de ngulo
Transformadores de potencial
El error de ngulo tiene importancia cuando se trata de medir la
energa
= 2 1
V - V
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Clases de precisin en TP
Transformadores de potencial
La clase de precisin indica el error de razn mximo permitidocuando el transformador se carga desde funcionamiento en vaco
hasta plena carga (normalizada) para cualquier voltaje
comprendido entre 90 y 110 % de la tensin nominal, a la
frecuencia nominal.
En la prctica tambin se indica el error de ngulo.
El error de los TP, en su rango de operacin, es despreciable.
Se pueden considerar sin error cuando se trabaja con protecciones.
601.21.2
300.60.6
150.30.3
Error de ngulo minError de razn %Clase de precisin
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Transformadores de potencial
Burden normalizado de un TP
Los TP se especifican de acuerdo a su carga normalizada en VA
Es la mxima carga que se puede conectar a su secundario paraque no sobrepase el error de razn de acuerdo a su clase de
precisin.
La suma de los VA de los elementos
conectados al secundario no deben
sobrepasar la carga nominal de placa
del TP, para no exceder el error
admisible de su clase de precisin.
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Burden estndar utilizado para TP de acuerdo aNorma ANSI C57.13
Transformadores de potencial
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Polaridades y conexiones
Transformadores de potencial
+ 3 0
V
V / VObtencin tensin secuencia cero
Bornes deigual
polaridad
relativa:
H1 y X1;
H2 y X2
Un punto del secundario se conecta a tierra para prevenir el peligro de contacto
accidental entre los enrollados primario y secundario.
Y / Y /
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Reducir las tensiones primarias sobre 145
kV a tensiones secundarias normalizadas
Objetivo
Ms econmico en AT
Transformadores de potencial capacitivos
Los Transformadores de Potencial Capacitivos se llaman Dispositivos
Capaciticos de Potencial
E2: de 1 kV a 4 kV
E3: 63.5 V
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DCP con condensador de acoplamiento
Transformadores de potencial capacitivos
condensador de
acoplamiento, C1
conductor de alta tensin
aislador
condensadorauxiliar, C
2
salida, Vsec
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DCP tipo bushing
Transformadores de potencial capacitivos
salida, Vsec1
C
2C
conductor
(b)
conductor de alta tensin
bushing (pasamuros)
salida, Vsec
(a)
Bushing (boquilla, pasamuros) de un interruptor o de un transformador de poder
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Circuito equivalente
Zf: Impedancia para evitar ferro resonancia
Zb : Impedancia de la carga (burden)
L : Inductancia de compensacin
Transformadores de potencial capacitivos
bZ
fZ
L 1H
2H
1x
2x
thC
1I
2I
+
2
V
+
2
E
(b)
thE
bZ
fZ
L 1H
2H
1x
2x
1C
2C 1I
2I
+
2
V
(a)
1V
a :1
Diagrama esquemtico Circuito equivalente
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Circuito equivalente
Equivalente de Thvenin:
1
1 2
C
C C=
+th 1E V
voltaje en el lado secundario del divisor capacitivo:1 2
1[ j L ]
j (C C )= +
+2 th 1E E I
Para evitar el error de fase se introduce una
inductancia L que este en resonancia con C1 + C2a la frecuencia w. Usualmente L es igual a la
inductancia de fuga del transformador auxiliar.
2
1 2
1L
(C C )=
+
2
1
Ca(1 )
C= +1
2
V
VPor lo tanto,
Transformadores de potencial capacitivos
th 1 2C C C= +
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Aplicacin: Transmisor y receptor carrier
Transformadores de potencial capacitivos
1C
2C
LTP
burden
Bobina de
bloqueo carrier
Generador y
receptor carrier
10 kHZ a 20 kHZ
g
Lnea detransmisin
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