funcionamiento, operaciÓn y pruebas de

7/16/2019 FUNCIONAMIENTO, OPERACIN Y PRUEBAS DE

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INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

FUNCIONAMIENTO, PRUEBAS Y OPERACIN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

FUNCIONAMIENTO, OPERACIN Y PRUEBAS DE

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

ALUMNO:EDGAR ANDRADE HERNNDEZ


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NDICE

OBJETIVO 1

INTRODUCCIN 2

CAPITULO 1

GENERALIDADES

1.1.- TRANSFORMADORES DE CORRIENTE 8

1.2.- PARTES QUE INTEGRAN UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE 9

1.3.- POLARIDAD 13

1.4.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES

DE CORRIENTE 15

1.5.- CLASIFICACIN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE 17

1.6.- TIPOS DE CONEXIN 22

1.7.- ESPECIFICACIONES Y CARACTERSTICAS TCNICAS DE LOS

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE 27


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CAPITULO 2

OPERACIN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

2.1.- CLASES DE PRECISIN PARA MEDICIN 28

2.2.- PRECISIN PARA PROTECCIN 29

2.3.-CAPACIDAD DE RESISTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES DE

CORRIENTE A LOS CORTOCIRCUITOS 33

2.4.-TIPO DE AISLAMIENTO 362.5.-CORRIENTES NORMALIZADAS PARA TRANSFORMADORES

DE CORRIENTE 37

2.6.-POTENCIA NOMINAL 40

2.7.- DESMAGNETIZACIN. 41

CAPITULO 3

PRUEBAS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

3.1.- TIPOS DE PRUEBAS 46

3.2.- PRUEBAS DE CAMPO 50

3.3.- PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO 52

3.4.- PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A LOS AISLAMIENTOS 60

3.5- PRUEBA DE RELACIN DE TRANSFORMACIN Y POLARIDAD 783.6.- PRUEBA DE SATURACIN 83


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CAPITULO 4

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 88

BIBLIOGRAFA 91

AGRADECIMIENTOS

A MI MADREPor haberme dado la vida, sus consejos, sus

Enseanzas, pero lo mas significativo es su

Capacidad para luchar da a da, sacndome

Adelante, hacindome un hombre de provecho,

Por eso y otras cosas le doy gracias.

A MIS SINODALES

Les doy gracias, por el apoyo y tiempo

Que me han dedicado, para que pueda

Seguir avanzando en mi carrera profesional.

Atentamente:

Edgar Andrade Hernndez


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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL 1ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

FUNCIONAMIENTO, OPERACIN Y PRUEBAS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

OBJETIVO:

CONOCER EL PRINCIPIO BSICO DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE AS COMO LAS DIFERENTES PRUEBAS A

LAS QUE DEBEN SER SOMETIDOS PARA SU PUESTA EN SERVICIO, A FIN DE QUE

CUMPLAN SU FUNCIN CON CALIDAD Y EFICIENCIA, APLICANDO LANORMATIVIDAD VIGENTE.


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INTRODUCCIN.

En los sistemas elctricos de potencia, las subestaciones de distribucin son las

instalaciones que interconectan las lneas de alta tensin a las redes de media tensin

para el suministro de energa elctrica a usuarios en media y baja tensin.

El equipo primario de las Subestaciones debe mantenerse en las mejores condiciones

operativas, para reducir las probabilidades de falla; garantizando as, la continuidad del

servicio.

Analizando lo anterior, es necesario que los trabajos de preparacin del equipo primario

para su puesta en servicio y las actividades de mantenimiento sean de calidad, para evitar

la salida prematura del equipo en operacin.

El presente trabajo es de utilidad para el personal encargado del mantenimiento al equipo

elctrico primario, en especial para el Ingeniero de subestaciones y tcnicos de

mantenimiento, con la finalidad de proporcionar los elementos fundamentales de

informacin y apoyo en la manera de efectuar y evaluar las pruebas.

Los resultados obtenidos en las pruebas, deben cumplir con los valores que se

mencionan en el presente procedimiento que sern la base para decidir si el equipo que

se encuentra en operacin requiere de mantenimiento o la puesta en servicio de un nuevo

equipo es apropiado.

Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la lneay reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos y

otros dispositivos de medida y control.

Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de

corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones tpicas de un transformador de


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corriente podran ser: 600:5, 800:5, 1000:5. Los valores nominales de los transformadores

de corriente son de 5 A y 1 A.

El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga, y la carga de este

transformador est constituida solamente por la impedancia del circuito que se conecta a

l.

En los sistemas de proteccin elctrica los transformadores para instrumento

desempean un papel importante; estos transformadores suministran aislamiento de las

altas tensiones del sistema de potencia, con lo que se protege al personal operativo y a

los aparatos, adems alimentan a los relevadores para proteccin elctrica con

cantidades proporcionales a las del circuito de potencia, estas magnitudes se reducen lo

suficiente de tal manera que se pueden utilizar relevadores relativamente pequeos,

normalizados y baratos.

En la aplicacin adecuada de los transformadores de corriente para proteccin se deben

considerar varios requerimientos tales como: relacin de transformacin, clase de

precisin, condiciones de servicio, clase y nivel de aislamiento, capacidad trmicacontinua, corriente trmica de corto circuito, corriente dinmica de corto circuito y

construccin mecnica.

En nuestro pas las normas nacionales "NMX-J-1O9 TRANSFORMADORES DE

CORRIENTE" , suministran la informacin de los requisitos mnimos que deben cumplir

los fabricantes para los conceptos anteriores.

En todos los transformadores de corriente hay un estado de equilibrio entre la intensidad

de corriente, el flujo magntico y la tensin, parte de la intensidad de corriente primaria

produce el flujo magntico, el cual a su vez genera la tensin en el devanado secundario

y parte es para balancear los amperes-espiras secundarios.


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Los transformadores de corriente se conectan con su devanado primario en serie con el

circuito que se quiere proteger y puesto que las corrientes primarias son relativamente

grandes, este tiene muy pocas espiras; generalmente el devanado primario est formadopor un slo conductor el cul pasa a travs de un ncleo en forma de anillo alrededor del

cual se devana el secundario como un toroide uniforme, como se muestra en la

figura numero 1.

FIGURA No. 1 DIAGRAMA DE CONEXIONES DE UN TRANSFORMADOR DE

CORRIENTE


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FIGURA No. 2 CIRCUITO EQUIVALENTE Y DIAGRAMA FASORIAL DE UN DE

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE CON PRIMARIO REFERIDO AL SECUNDARIO


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En la figura nmero 2 se muestra el circuito equivalente de un transformador de corriente

con su primario referido al secundario, y su diagrama fasorial correspondiente.

En la figura nmero 3, se muestran las caractersticas magnticas de los materiales de

las laminaciones de hierro que comnmente se usan en los ncleos de los

transformadores de corriente. En ella se puede observar que el acero con una baja

corriente de excitacin tiende a saturarse con bajas densidades de flujo.

Para mejorar esta condicin algunos transformadores de corriente principales y la mayora

de los transformadores de corriente auxiliares que se usan como parte de los relevadores

estticos tienen ncleos compuestos de laminaciones de dos o ms de esos materiales

con el objeto de obtener los resultados adecuados, tales como permeabilidad ms

uniforme sobre un campo amplio del flujo y por consiguiente en el campo de la corriente

primaria.

Es necesario mantener siempre el secundario de un transformador de corriente en corto

circuito a travs de una impedancia relativamente baja, debido a que en circuito abiertotoda la corriente primaria acta como corriente de magnetizacin, y por consiguiente la

tensin secundaria viene a ser peligrosa; la saturacin magntica del ncleo de hierro no

limita la tensin de circuito abierto, puesto que esta es proporcional a la relacin de

cambio mximo de flujo, lo que ocurre cuando el flujo pasa a travs de cero.


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FIGURA No. 3 CURVAS DE EXCITACIN DE NCLEOS DE TRANSFORMADORES

DE CORRIENTE

Los transformadores de corriente para proteccin a diferencia de los que se utilizan

exclusivamente para medicin, en la mayor parte de sus aplicaciones deben de dar una

respuesta adecuada en condiciones de falla del circuito principal, de aqu que sus

requerimientos de exactitud se refieran a esas condiciones.

Los transformadores de corriente son los encargados de alimentar a los relevadores, porlo que es importante analizar su funcionamiento.

Es importante sealar que la normatividad vigente a nivel nacional corresponde a la

NOM-J-109-1977, sin embargo, de acuerdo a la globalizacin los transformadores de

corriente deben ser fabricados de acuerdo a la norma internacional

IEC 60044-1-1996.


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CAPITULO 1

GENERALIDADES

1.1 TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.

Un transformador de Corriente es un aparato que transforma la corriente de un valor a

otro, usualmente a uno menor, o que transforma una corriente la cual est en un voltaje

superior a una corriente proporcional a un voltaje menor.

Los transformadores de corriente tienen por finalidad transformar la corriente que se

desea medir a valores cmodos para registrarla.

El Transformador de Corriente es un aparato en donde la corriente secundaria es dentro

de las condiciones normales de operacin, prcticamente proporcional a la corriente

primaria y sta desfasada de esta en un ngulo cercano a cero grados, para un sentido

apropiado a las conexiones.

El devanado primario de este transformador est conectado en serie con el circuito que

se desea medir, en tanto el devanado secundario est conectado en serie a los circuitos

de corriente de uno o varios aparatos de medicin, o relevadores.

Los transformadores de corriente, presenta errores de relacin y ngulo de fase, debido a

la corriente requerida para magnetizar el ncleo y la corriente correspondiente a las

prdidas en el mismo.

En la prctica se adopt una cierta razn de corriente secundaria normal, siendo 5A y 1A

las ms comnmente usadas, que permite emplear tambin relevadores normales e

instrumentos de corriente racionalizados.


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Esta racionalizacin tiene considerables ventajas tcnicas y comerciales para todos los

componentes concernientes (relevadores, instrumentos y transformadores de corriente).

El aislamiento elctrico necesario de estos relevadores e instrumentos en el circuito

secundario del transformador de corriente, de la posible alta tensin del circuito primario,

se obtiene con un mayor aislamiento entre los devanados primario y secundario y entre

estos devanados y tierra.

Los problemas del diseo del aislamiento se presentan en el diseo y manufactura de los

TC`s y son, en general, iguales a los que se presentan en otros equipos elctricos. Sin

embargo, ocurren casos en la prctica donde la corriente primaria es de tal magnitud que

uno podra fcilmente usar un instrumento directamente conectado, pero por el alto

potencial del circuito primario, se utiliza un transformador de corriente nicamente por su

funcin de aislamiento.

1.2 PARTES QUE INTEGRAN UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

Los transformadores de corriente utilizados en sistemas de potencia estn constituidos

por las siguientes partes, cuyas caractersticas se describen a continuacin:

ARROLLAMIENTOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS

Son de cobre electroltico, estn uniformemente repartidos sobre el circuito magntico. La

forma como se sujetan dichos devanados al ncleo se disea de tal manera, que

proporciona muy alta resistencia a las corrientes de corto circuito, pero en especial, eldevanado primario, el cual est conectado en serie con el circuito y sujeto a los mismos

esfuerzos dinmicos y trmicos que el resto del sistema, es decir que los esfuerzos son

ms crticos en este devanado que en el secundario.


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El devanado secundario recibe energa elctrica del circuito primario por induccin

electromagntica y sus terminales se conectan a los relevadores o a los instrumentos de

medicin.

CIRCUITO MAGNTICO

Los TC`s que se emplean en alta tensin tienen su circuito magntico generalmente de

chapa magntica de grano orientado o de aleacin de nquel.

AISLAMIENTO

Para aislar el devanado primario del secundario y tierra y as proteger los instrumentos de

medicin y al personal, se emplea papel aislante impregnado en aceite.

AISLADOR

Es porcelana y constituye el recipiente del TC, y se fija en sus extremos a las bridas

metlicas mediante de un resorte de acero inoxidable que ofrece una presin uniforme en

todo el contorno del aislador.

Las partes principales y los accesorios de un TC se muestran en la figura 1.1:

1. Diafragma.

2. Domo metlico.

3. Indicador de nivel de aceite.

4. Bornes terminales primarios.

5. Arrollamiento primario.

6. Arrollamiento secundario. 7. Aislamiento de papel aceite.

8. Aceite aislante.

9. Bushing interno.

10. Soportes aislantes.

11. Aislador de porcelana.


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12. Conexiones secundarias.

13. Grampas sujecin aislador.

14. Caja de terminales secundarios. 15. Base metlica de fijacin.

Figura 1.1. Transformadores de corriente


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PUNTOS A REVISAR EN UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

1.- NIVEL DE ACEITE.2.- FUGAS DE ACEITE.

3.- EXPLOSORES.

4.- SILICA.

5.- BARRAS DE CONEXIN DEL PRIMARIO.

NIVEL DE ACEITE.- El dielctrico utilizado entre devanados es el aceite el cual debe

tener un nivel determinado por lo que es importante verificarlo.

FUGAS DE ACEITE.- Si hay manchas de aceite en la porcelana o en la base del

transformador, puede ser indicio de que existe una fisura en la porcelana o el empaque

esta defectuoso.

EXPLOSORES.- Se encuentran en la parte superior del TC y cuya funcin es limitar los

efectos de las sobretensiones entre espiras del devanado primario los explosores se

deben calibrar a 4 mm.

SILICA.- Cuando el transformador contiene silica y esta ha absorbido demasiada

humedad, se procede a regenerarla. La silica seca es de color azul y cuando se

humedece se torna de color azul.

BARRAS DE CONEXIN.- Se deber tener cuidado que estas barras no estn daadas y

que el par de apriete de sus tornillos de sujecin sea el adecuado, el par de aprieterecomendado es de 29.32 pies-libra.


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1.3 POLARIDAD

Solo una de las terminales del devanado primario y secundario debe estar marcada para

indicar, la relativa direccin instantnea de la corriente primaria y secundaria.

Una terminal primaria y secundaria tiene la misma polaridad, cuando en un instante dado,

la corriente fluye entrando a la terminal. La polaridad de estos transformadores est

indicada por las marcas en el primario (Hi) y secundaria (Xi) como polaridad.

Si un par de terminales adyacentes de los devanados son conectados entre s y se aplica

potencial a uno de los devanados; sucede lo siguiente:

a) La terminal de polaridad es ADITIVA si el potencial entre las otras dos terminales de

ambos devanados es mayor que el potencial aplicado al devanado.

b) La terminal de polaridad es SUBSTRACTIVA si el voltaje entre las otras dos terminales

de ambos devanados es menor que el potencial aplicado.

La comprobacin de la polaridad es de verdadera importancia ya que una conexin

incorrecta de un medidor a un transformador de potencial y de corriente causa giro

negativo del disco y por lo tanto lecturas negativas.

La relacin real de un transformador de corriente est dada por:


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Donde: Relacin real = Relacin de Transformacin.

Relacin real = Ip / Is Ip = Corriente primaria en Amperes.

Is = Corriente secundaria en Amperes.

Este valor no es constante y depende fundamentalmente de la carga secundaria,

corriente primaria y las caractersticas propias de cada transformador.

Al dividir la relacin real del transformador entre la relacin marcada en la placa,

obtendremos el factor de correccin de la relacin para el TC.

FCR = relacin real / relacin de placa

El devanado primario se representa por medio de una lnea recta, el devanado secundario

se representa de forma parecida a una M.

Marcas de polaridad: indican los sentidos relativos de las corrientes primaria y

secundaria durante un medio ciclo y se muestran en la figura 1.2.

marcas de polaridad

devanado primario

devanado secundario

NotacinEuropea

Figura 1.2. Marcas de polaridad


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Interpretacin de las marcas de polaridad

Si la corriente primaria entra por marca de polaridad, la corriente inducida en el

secundario sale por marca de polaridad. Si la corriente primaria sale por marca de

polaridad, la corriente inducida en el secundario entra por marca de polaridad. Como se

muestra en la figura 1.3.

Ip

Is

Is

Ip

Figura 1.3. Interpretacin de las marcas de polaridad.

1.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES

DE CORRIENTE

En los sistemas elctricos de corriente alterna, se manejan normalmente diferencias de

intensidades de corriente, considerablemente altas, por ello para proteger al personal y

aislar elctricamente de los equipos primarios, los equipos de proteccin y medicin,

estos ltimos son alimentados por magnitudes proporcionalmente menores, copiadasfielmente del sistema, a travs de dispositivos especiales llamados transformadores de

corriente.

La relacin de las magnitudes de corriente, logra tambin una disminucin de los niveles

de aislamiento y capacidad y por lo mismo del tamao y costo del equipo.


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El comportamiento y la seleccin de los transformadores de corriente es crtico para la

proteccin y medicin, ya que esta ser solo tan eficientemente exacta como lo sean lostransformadores de corriente.

Un transformador de corriente TC es el dispositivo que nos alimenta una corriente

proporcionalmente menor a la del circuito, su principio de funcionamiento puede ser

obtenido a travs del modelo del transformador ideal; haciendo algunas consideraciones

derivadas de su diseo y conexin dentro del sistema.

Funcin: Reducir la magnitud de la corriente en funcin de su relacin de transformacin

sin alterar la frecuencia, la forma de onda ni el ngulo de fase. Y aislar de la alta tensin

para poder alimentar a los relevadores en baja tensin y con baja corriente.

El aislamiento del TC depende de la tensin a la que se conecta.

Los bornes de los TC se representan como P1 P2 para el devanado primario, y como S1

S2 para el devanado secundario. Como se muestra en la figura 1.4.


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* P 1 P2

* S 1 S2

Figura 1.4. Bornes de la primarios y secundarios de un transformador de corriente

1.5 CLASIFICACIN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Los TC por su utilizacin, se clasifican:

T. C. PARA MEDICIN: Se saturan con 2 veces su corriente nominal.

T. C. PARA PROTECCIN: Se saturan con 20 veces su corriente nominal.

Cuando hay fallas la IN se incrementa a varias veces por eso los TC de proteccin se

saturan con 20 veces la IN y pueda actuar la proteccin. Los TC de medicin se deben

saturara con baja corriente para que en caso de falla la corriente de cortocircuito no llegue


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a los instrumentos de medicin. La caracterstica de saturacin depende del material del

ncleo.

Los TC por su construccin, se clasifican:

1.- TIPO DEVANADO: Es una unidad independiente. Su error es de 5% menor. Se

muestra en la figura 1.5.

S2* S1

* P1 P2

devanado primario

devanado secundario

pedestal de concreto

porcelana (dependede la tensin deoperacin)

Figura 1.5. Transformador de corriente tipo devanado.

En un diagrama elctrico se representa en la figura 1.6.

P2 P2 P1P1

52

S1 S2 S3 S4 S6 S5 S4 S3 S1S2

la polaridad va alejada del interruptor

Figura 1.6. Diagrama elctrico de conexin de los TC`s.


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2.- TIPO BOQUILLA (BUSHING): En este caso los devanados primarios de estos T. C

son las mismas terminales del transformador de potencia o del interruptor de potencia. Se

acepta un error de hasta 10% en este tipo de T. C. y se muestra en la figura 1.7.

Bushing(porcelana)

Interruptor de potencia Transformador de

potencia

2x12x2

2x32x42x54x14x24x34x44x56x16x26x36x46x5

Tablilla de conexiones

(se encuentra en elgabinete)

5x45x5

3x13x23x33x4

5x15x25x3

3x5

1x1

1x31x41x5

1x2

Tablilla de conexiones

(se encuentra en elgabinete)

Detalle no. 1

el primario es la terminal de AT que equivale a una vuelta que atraviesa el ncleo

Figura 1.7. Transformador de corriente tipo bushing


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Se est considerando un TC con relacin mltiple (5 relaciones)., como se muestra en la

figura 1.8.

X1 X2

X3

X5

X4

Ncleo del TC.Detalle no. 1

Figura 1.8. Transformador de corriente de relacin de corriente.

En un diagrama elctrico se representa en la figura 1,9:

la polaridad va alejada del interruptor

52

Figura 1.9. Diagrama Elctrico de conexin del transformador de corriente.

Ejemplo de anlisis de un TC de relacin mltiple, de acuerdo a la figura 1.10 :


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Figura 1.10. Transformador de corriente de relacin mltiple

En el devanado de Baja Tensin, la terminal de ndice menor ser el de polaridad.

Relacin de vueltas: 240

1

Ns

Np=

Se sabe que:

Para un TP: Para un TC:

Np

Ns

is

Ip

Ns

Np

Vs

Vp

NsisNpIpNs

Vs

Np

Vp

==

==

Por lo tanto, para el T. C. de relacin mltiple mostrado en la figura anterior y

considerando el devanado secundario completo (terminales X1 y X5):

A5:12001

240

Np

Ns

s

IpKTC ====

i

Ahora, si se toman las terminales X4 y X5 se tiene:


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Ip = is kTC = (5) (80) = 400 A

kTC (X4 X5) = 400:5 A

Ahora, si se toman las terminales X3 y X4 se tiene:

Ip = is kTC = (5) (100) = 500 A

kTC (X3 X4) = 500:5 A

1.6 TIPOS DE CONEXIONES

La forma de conexin de un transformador de corriente depende del uso que se le dar a

las corrientes secundarias que este proporcionara.

En los sistemas de potencia trifsicos se conectan los primarios de los TC en serie con el

circuito de AT y los devanados secundarios se conectan generalmente en estrella (Y) para

poder suministrar a los relevadores las corrientes de fase ia, ib, ic y 3i0. En algunos casos

es necesario conectarles en delta () como en el caso de protecciones diferenciales de

transformador, si el devanado del transformador de potencia esta en los TC se conectan

en (Y) y si el devanado del transformador est conectado en (Y) los TC se conectan en

() con el fin de compensar el defasamiento angular.


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Figura 1.11. Conexin de transformadores de corriente en Estrella


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Figura 1.12. Conexin de transformadores de corriente en Delta 30 Adelantado

En una falla monofsica la i0es una sola en el secundarioy circula dentro de la delta.Por regularidad se aterriza laconexin de los relevadorespara estar al mismopotencial.


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51-1 51-2

ia - icib - ia

ic - ib

51-3

ia

Ic

Ib

Ia

ic

ia ib

ib ic

Figura 1.13. Conexin de transformadores de corriente en delta

I51-1 = 3 k-30

I51-2 = 3 k-150

I51-3 = 3 k90


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Los devanados secundarios de los TC nunca deben permanecer abiertos, los secundarios

que no se utilicen deben conectarse en corto circuito.

Ip

es

p

Figura 1.14. Devanado de un TC cortocircuitado.

Si se deja abierto el secundario, solo acta el flujo primario (p), no hay un flujo

secundario que se oponga o contrarreste al flujo primario y por lo tanto el voltaje inducido

en el devanado secundario ser alto y peligroso.


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1.7 ESPECIFICACIONES Y CARACTERSTICAS TCNICAS DE LOS

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (DATOS DE PLACA)

a) Marca industrial de fbrica.

b) Leyenda: Transformador de corriente.

c) Tipo de transformador (designacin del fabricante).

d) Nmero de serie.

e) Leyenda "Hecho en Mxico".

f) Relacin nominal de transformacin (Kn), expresada en trminos de la corriente nominal

primaria (Ip) y la corriente nominal secundaria (Is).

Si el transformador tiene ms de un devanado primario y/o secundario y/o derivaciones,se deben utilizar los smbolos de la tabla 7.

En caso de considerarse necesario, y por convenio entre fabricante y consumidor, puede

indicarse grficamente las modificaciones que sea necesario hacer en las conexiones,

para cambiar la relacin de transformacin o bien, las terminales primarias y/o

secundarias a que se refiera.

g) Frecuencia nominal

h) Corriente nominal trmica de cortocircuito (It).

i) Corriente nominal dinmica de cortocircuito (Id).

j) Tensin nominal.

k) Posicin de montaje.

No es necesaria para transformadores que puedan montarse indiferentemente en

cualquier posicin.

l) Potencia y clase de precisin para medicin y/o para proteccin.

m) En su caso, las iniciales FRA seguidas del factor de rango ampliado.

n) Nmero de autorizacin SC.DGE.- El tamao mnimo de la letra debe ser 2.5 mm.

- En caso de tener el transformador dos o ms secundarios con derivaciones, debe

indicarse cuales son las caractersticas que corresponden a cada par de terminales.

- Un mismo devanado puede tener varias cargas nominales de precisin, las cuales

deben indicarse.


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CAPITULO 2

OPERACIN DELOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

2.1 CLASE DE PRECISIN PARA MEDICIN

La clase de precisin se designa por el mximo error admisible, en porciento, que el

transformador pueda introducir en la medicin, operando con su corriente nominal

primaria con carga y frecuencia nominales, siempre y cuando al 10 % de la corriente

nominal primaria, los errores no sean mayores del doble de los lmites fijados para el

100%. Las clases de precisin normales son: 0.3, 0.6 y 1.2.

Tabla 2.2. Precisiones normalizadas en transformadores de corriente

Clase Utilizacin

0.10 Calibracin.

0.20-0.30 Mediciones en Laboratorios, Alimentacin de

Integradores

para Sistemas de Potencia.

0.50-0.60 Instrumentos de Medicin e Integradores.

Watthormetros para Facturacin

1.20-3.00 Ampermetros de Tableros.

Amprmetros de Registradores.

Wattmetros de Tableros.

Watthormetros Indicadores.

Fasmetros Indicadores.

Fasmetros Registradores

Fercuencmetros de Tableros.

Protecciones Diferenciales.

Relevadores de Impedancia.

Relevadores de Distancia, etc.

5.00 Relevadores de Proteccin en general.


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Los transformadores para medicin estn diseados para que el ncleo se sature para

valores relativamente bajos de sobrecorriente, protegiendo de esta forma los instrumentos

conectados al secundario del transformador.

Transformadores de corriente para medicin:

Deben ser probados con una tensin inducida de 200, a menos que esta tensin no

pueda ser inducida, ni an a 400 Hz, sin que exceda la corriente de excitacin su valor

nominal. En este caso, la tensin de prueba es la que se obtenga con la corriente de

excitacin igual a la corriente secundaria nominal, utilizando la frecuencia de 400 Hz.

Los transformadores de corriente con un nivel de aislamiento de 0.6 k V y con relacin de

transformacin de 600:5 amperes o menos, no requieren de esta prueba.

2.2 PRECISIN PARA PROTECCIN

La capacidad de precisin para proteccin en los transformadores de corriente, es la

tensin secundaria que el transformador debe inducir, trabajando bajo una sobrecorriente,

sin exceder un cierto error de la relacin

Las tensiones nominales secundarias, estn basadas en una corriente nominal de 5

Amperes.

La clasificacin C, cubre transformadores de corriente tipo toroidal o dona, con le

devanado secundario uniformemente distribuido y cualquier otro transformador en que el

flujo de dispersin en el ncleo tiene un efecto despreciable sobre el error de relacin,

dentro de los lmites de corriente y carga establecidas en esta Norma.

La clasificacin T, cubre los transformadores en los que el flujo disperso tiene un efecto

apreciable el error de relacin.


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La clasificacin de la precisin para proteccin, en transformadores tipo boquilla, con

relacin mltiple y derivaciones en el secundario, se aplica solamente cuando se usa el

devanado completo.Capacidades nominales para TC, segn norma ANSI C57.13, se indican en la tabla 2.2.

Tabla 2.2. Cargas para proteccin y medicin.

DESIGNACIN ANSI

PARA

MEDICIN

PARA

PROTECCIN

VA F.P.

B0.1 C o T-10 2.5 0.9

B0.2 C o T-20 5 0.9

B0.5 C o T-50 12.5 0.9

B1 C o T-100 25 0.5

B2 C o T-200 50 0.5

B4 C o T-400 100 0.5

B8 C o T-800 200 0.5

De acuerdo con la tabla 2.2. e incluyendo el error de relacin en %, la clase de precisin

de un transformador de corriente se especificara como en el caso que se indica:

C200 y 0.3 B0.1 a 0.3B2.0

Lo cual significa que el devanado secundario deber ser para proteccin y medicin, con

un error de relacin de 0.3 %.

As mismo, las relaciones de transformacin en funcin de corrientes del primario y

secundario se especificarn como se indica en el siguiente ejemplo:

300 x 600 x 1200: 5 // 5 A.


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Lo que significa que el transformador es de relacin mltiple con dos devanados

secundarios. Anteriormente, esta relacin se indica as:

300 - 600 - 1200/5-5 A.

Antiguamente existan dos clasificaciones generales para los transformadores de corriente

destinados a proteccin:

La clasificacin H que significaba que la mxima tensin especificada deba ser inducida

a cualquier corriente secundaria comprendida entre 5 y 20 veces la corriente secundaria

nominal y la clasificacin L que significaba que la mxima tensin especificada deba ser

inducida a 20 veces la corriente secundaria nominal.

Los valores normales de precisin para proteccin eran 2.5 % y 10 % del error de

relacin.

La caracterstica completa de proteccin estaba dada entonces de la siguiente manera:

% de error ( H o L ) , tensin a inducir, o sea por ejemplo: 2.5-H-100 significaba que el

error de relacin no deba sobrepasar del 2.5 % cuando la corriente secundaria estaba

comprendida entre 5 y 20 veces la corriente nominal secundaria y el transformador

inducia en las terminales secundarias una tensin de 100 volts.

Los transformadores de corriente para proteccin son los destinados a alimentar equiposde proteccin y deben, por tanto, asegurar una precisin suficiente para corrientes de

valor igual a varias veces la corriente nominal.

Clase y precisin.- las clases nominales de un TC para proteccin son las indicadas en

la tabla 2.3.


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Tabla 2.3. Potencia y clase de precisin.

CLASE POTENCIACARGA ADMISIBLE

(B BURDEN)

C 10

C 20

C 50

C 100

C 200

C 400

C 800

2.5 VA

5 VA

12.5 VA

25 VA

50 VA

100 VA

200 VA

0.1

0.2

0.5

1.0

2.0

4.0

8.0

Segn las normas ANSI para un error mximo del 10% a 20 veces la corriente nominal.

Debe tomarse en cuenta que para los TC de relacin mltiple, la clase est dada para la

relacin mxima y esta sigue una proporcin directa al tomar una relacin menor.

Por ejemplo:

Supongamos un TC de RTC = 100 - 600/5

Clase C 400(Relacin Mxima)

Conectado en RTC = 300/5.

Los volts amperes que soportar sern:

VA = 100 x 300/5 = 50 VA


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600/5

La carga mxima admisible ser:

B = 4 x 300/5 = 2

600/5

Quedando para esa relacin con la capacidad de un TC clase C -200.

Transformadores de corriente para proteccin:

Deben ser probados con una tensin indicada, igual al doble de su tensin secundaria

especificada en la tabla 5, excepto aquellos con tensin secundaria de 10, 20 y 50, que se

prueban a 200.

2.3 CAPACIDAD DE RESISTENCIA DE LOS TRANSFORMADORES DE

CORRIENTE A LOS CORTOCIRCUITOS

Por el hecho que ellos van conectados en serie con las lneas de alimentacin, los

transformadores de corriente estn sujetos a las mismas sobretensiones y sobrecorrientes

que las lneas.

Estas sobrecorrientes provocadas generalmente por cortocircuitos, no son solamente

funcin de la potencia tomada por un alimentador, sino que dependen de la potencia de la

central o del sistema y de la impedancia de los circuitos que se encuentren entre lasfuentes de energa y el lugar de la falla.

El incremento considerable de la potencias de la centrales elctricas, ha dado como

resultado efectos de cortocircuito de una importancia capital, que es absolutamente


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indispensable tenerla en cuenta para la seleccin de los aparatos, con objeto de evitar

graves interrupciones y accidentes en caso de falla.

La resistencia de los transformadores de corrientes a los cortos circuitos, est

determinada por las corrientes lmites trmica y dinmica:

CORRIENTE TRMICA LMITE

Es el valor eficaz de la corriente primaria simtrica ms elevada que el transformador

pueda soportar por efecto joule durante un segundo, sin sufrir deterioros y tenindose el

circuito secundario en cortocircuito. Esta corriente trmica lmite se expresa en kilo

amperes eficaces, o en n veces la corriente nominal primaria.

La temperatura mxima es de 250 C para transformadores con elevacin de temperatura

mxima en permanencia de 55 C y de 350 C para transformadores con elevacin de

temperatura mxima de 80 C.

La temperatura de los conductores puede determinarse por clculo y el transformador seconsidera satisfactorio si la densidad de corriente de los conductores de cobre del

primario no sobrepasa:

143 A/mm2 segn normas ANSI

180 A/mm2 segn normas VDE

160 A/mm2 segn normas ABNT

La temperatura admisible en el transformador es de 150 C, para la clase A de

aislamiento y dicha elevacin se obtiene en un segundo, con una densidad de corriente

de 143 A/mm2.


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La corriente trmica se calcula a partir de:

ITH (KA)=Potencia de Corto Circuito MVAcc /( 1.73 Tensin ( KV))

Donde:

ITH=Valor efectivo de la corriente de lmite trmico.

MVA = Potencia de cortocircuito en MVA.

kV = Tensin nominal del sistema en kV.

La corriente trmica en 1 segundo es ITH =80 In (kAef)

CORRIENTE DINMICA LMITE

Es el valor de pico de la primera amplitud de corriente que un transformador puede

soportar por efecto mecnico sin sufrir deterioro, con su circuito secundario en

cortocircuito. Se expresa en kiloamperes de pico, de acuerdo con la expresin

Idin (KA)=((1,8)(1.41 )= ITH= 2,54 )(ITH)

Donde:Idin= Valor de pico de la corriente dinmica.

Por otro lado, hace falta tener en cuenta que no es siempre posible fabricar

transformadores de corriente con caractersticas de cortocircuito muy elevadas, debido a

limitaciones de espacio en las subestaciones, sobre todo, cuando las potencias y clases

de precisin son importantes.

En efecto, para construir estos transformadores, es necesario tener grandes secciones de

cobre en los bobinados, con lo que se reduce el nmero de espiras primarias admisibles.


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Como la potencia de precisin vara sensiblemente con el cuadro de un nmero de

ampere-vuelta primarios, para un circuito magntico dado, la precisin de los

transformadores hechos para resistir grandes valores de corriente de cortocircuito,disminuye considerablemente.

Por lo anterior, se ve que es necesario limitar la potencia de precisin al mnimo para los

transformadores con caractersticas de cortocircuito muy elevadas.

2.4 TIPO DE AISLAMIENTO

Los materiales que se utilizan. para el aislamiento dependen del voltaje del sistema al que

se va a conectar, la tensin nominal de aislamiento debe ser al menos igual a la tensin

mas elevada del sistema en que se utilice. Los tipos de aislamiento se divide en tres

clases:

a) Material para baja tensin. Generalmente los TC's son construidos con aislamiento en

aire o resina sinttica, suponindose que lo comn son las instalaciones interiores.

b) Material de media tensin. Los transformadores para instalaciones interiores (tensin

de 3 a 25 KV) son construidos con aislamiento de aceite con envolvente de porcelana

(diseo antiguo), o con resina sinttica (diseo moderno).

Hay que hacer notar que la mayora de los diseos actuales emplean el material seco,

los aparatos con aislamiento en aceite o masa aislante (compound) se utilizan muy poco y

slo para instalaciones existentes.

Los aparatos para instalaciones exteriores son generalmente construidos con

aislamiento porcelana-aceite, aunque la tcnica mas moderna est realizando ya

aislamientos en seco para este tipo de transformadores.


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c) Materiales para alta tensin. Los transformadores para alta tensin son aislados con

papel dielctrico, impregnados con aceite y colocados en una envolvente de porcelana.

Es importante definir la altitud de la instalacin sobre el nivel del mar, ya que laspropiedades dielctricas de los materiales y del aire disminuyen con la altitud.

Normalmente todos los equipos se disean para trabajar hasta 1000 Mts sobre el nivel del

mar, si la altitud es mayor el nivel de aislamiento debe ser mayor.

2.5 CORRIENTES NOMINALES NORMALIZADAS PARA

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

La corriente nominal de los bobinados primarios y secundarios de un transformador de

corriente, son los valores para los cuales los bobinado estn diseados.

CORRIENTE NOMINAL PRIMARIA

Corrientes Nominales Primarias (Ip)

a) Los valores normales de corrientes nominales primarias son:

5,10,15,20,25,30,40,50,75,100

150,200,250,300,400,500,600,800,

1000,1200,1500,1600,2000,2500,3000,

4000,5000,6000,8000,12000 amperes.

b) Las combinaciones normales de corrientes nominales primarias, para transformadoresde doble relacin son:

5x10,10x20,15x30,25x50,50x100

75x150,100x200,150x300,200x400

300x600,400x800,500x1000,600x1200

1000x2000,2000x4000 amperes.


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c) Las combinaciones normales de corrientes nominales primarias, para transformadores

tipo boquilla son:600/500/450/400/300/250/200/150/100/50amperes

1200/1000/900/800/600/500/400/300/200/100amperes

2000/1600/1500/1200/1100/800/500/400/300amperes

3000/2000/1500amperes

4000/3000/2000amperes

5000/4000/3000amperes/

CORRIENTE NOMINAL SECUNDARIA

El valor normalizado es generalmente de 5 amperes; en ciertos casos, cuando el

alambrado del secundario puede representar una carga importante, se puede seleccionar

el valor de 1 ampere.

CARGA SECUNDARIA

Es el valor de la impedancia en ohms, reflejada en el secundario de los transformadores

de corriente, y que esta constituida por la suma de las impedancias del conjunto de todos

los medidores, rels, cables y conexiones conectados en serie con el secundario y que

corresponde a la llamada potencia de precisin a la corriente nominal secundaria.

La carga secundaria nominal es la impedancia del circuito secundario, correspondiente ala potencia de precisin, bajo la corriente nominal, por ejemplo:

Potencia de precisin 50 VA para la I2 =5 A.

Z2 = 50 / 52 = 2 ohms


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La carga se puede expresar tambin, por los volt-amperes totales y su factor de potencia,

obtenidos a un valor especificado de corriente y frecuencia.

El valor de factor de potencia normalizado es de 0,9 para los circuitos de medicin y de

0,5 para la proteccin. Todos los aparatos, ya sean de medicin o de proteccin, tran en

el catalogo respectivo la carga de acuerdo con su potencia de precisin.

POTENCIA DE PRECISIN

Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa en volt-amperes (VA) y a

veces en ohms, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa de

caractersticas del aparato.

Para escoger la potencia nominal de un transformador, se suman las potencias de las

bobinas de todos los aparatos conectados en serie con el devanado secundario, ms las

prdidas por efecto joule que se producen en los cables de alimentacin, y se selecciona

el valor nominal inmediato superior.

Los valores normales de la potencia de precisin son: 2,5 - 5 - 10 15 - 30 y hasta 60 VA.

Para los secundarios de 5 amperes, la experiencia indica que no se deben utilizar

conductores con secciones no inferiores a los 4 mm2. Este conductor sobredimensionado,

reduce la carga y adems proporciona alta resistencia mecnica, que disminuye la

posibilidad de una ruptura accidental del circuito, con el desarrollo consiguiente de

sobretensiones peligrosas.


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TENSIN SECUNDARIA NOMINAL

Es la tensin que se levanta en los terminales secundarios del transformador al alimentarste una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal

.

Por ejemplo, si se tiene un transformador con carga nominal de 1,20 ohms, la tensin

secundaria generada ser de:

1,20 ohms x 5 amperes x 20 veces = 120 volts.

2.6 POTENCIA NOMINAL

La potencia nominal de los transformadores de corriente, es la potencia aparente

secundaria bajo corriente nominal determinada, considerando las prescripciones relativas

a los lmites de errores.

Est indicada, generalmente, en la placa de caractersticas y se expresa en voltamperes,

aunque tambin puede expresarse en ohms.

Para escoger la potencia nominal de un transformador de corriente, hay necesidad de

hacer la suma de las potencias de todos los aparatos que sern conectados en serie con

un devanado secundario y tener en cuenta la prdida por efecto joule de los cables de

alimentacin. Ser necesario entonces, tomar el valor nominal inmediato superior a la

cifra obtenida de la tabla 2.4., segn normas ANSI.


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Tabla 2.4. Cargas nominales de los transformadores de corriente.

CARGAS NORMALES PARA TRANSFORMADORES DE CORRIENTE, SEGN

NORMAS ANSI C.57.13CARACTERSTICAS

CARACTERSTICAS PARA 60 HZ Y CORRIENTE

SECUNDARIA DE 5 AMPERESDESIGNACIN

DE LA CARGARESISTENCIA

ohms

INDUCTANCIA

milihenrys

IMPEDANCIA

ohmsVOLTAMPERES

FACTOR DE

POTENCIA

B0.1 0.09 0.116 0.1 2.5 0.9

B0.2 0.18 0.232 0.2 5.0 0.9

B0.5 0.45 0.580 0.5 12.5 0.9

B1.0 0.5 2.3 1.0 25 0.5B2.0 1.0 4.6 2.0 50 0.5

B4 2.0 9.2 4.0 100 0.5

B8 4.0 18.4 8.0 200 0.5

2.7 DESMAGNETIZACIN.

La capacidad de transferencia de energa entre el circuito primario y el secundario,

depende de las caractersticas de diseo y construccin del TC, como son:

La capacidad de sus conductores, el nivel mximo de voltaje que debe soportar el TC

entre espiras y las caractersticas magnticas de su ncleo.

Como sabemos en todo material magntico la permeabilidad se puede suponer como una

funcin lineal de la densidad de flujo para determinados valores de esta ultima y que

rebasando este rango de valores, vara en forma no lineal haciendo tender la densidad a

un mximo dado por las caractersticas propias del material.

En el anlisis que sigue representaremos este efecto considerando la impedancia de

magnetizacin ZM como constante para los valores de transferencia de energa que estn

dentro de las caractersticas de diseo y disminuyendo no linealmente para valores fuera


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de los mismos, logrando un efecto similar al observado en el, para valores fuera de los

mismos, logrando un efecto similar al observado en el comportamiento real del TC.

Observemos que pasa en el TC para los siguientes tres casos:

La corriente primaria es demasiado grande.

La impedancia de la carga demasiada grande.

El circuito secundario abierto

Cuando la corriente primaria IH crece, la corriente IH/N crecer proporcionalmente a la

primera.

Supongamos que la corriente es mayor a la especificada en el diseo del TC, las

corrientes secundarias IM de magnetizacin e IL corriente que alimenta la carga, crecer

tambin.

Al crecer IM la excitacin del ncleo ser mayor y como habamos dicho, el efecto que se

presentara ser similar a la disminucin de ZM provocando un crecimiento mayor de IMque de IL, y as un aumento en el error de relacin ideal que est dada por IH/N.

El aumento en la corriente de magnetizacin IM, nos representa el efecto de histresis

del ncleo magntico y traer consigo un calentamiento y, por lo mismo, un dao si la

exposicin a esta es prolongada.

Cuando la carga ZC tiene una magnitud mayor a la que el TC puede alimentar el voltajeentre las terminales cd ser mayor para un valor IH que el transformador normalmente

debe soportar sin problemas. Al ser mayor Vcd, la corriente de magnetizacin IM crecer

logrando un efecto similar al anterior.


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Cuando el circuito secundario est abierto, toda la corriente primaria servir para

magnetizar el ncleo, provocando que el voltaje secundario crezca hasta un valor dado

por:

Ved = Vef = IH x ZM / N

Donde: Ved = voltaje secundario

Vef = voltaje eficaz

IH = corriente primaria

ZM = impedancia de magnetizacin

N = relacin de transformacin.

Que normalmente es lo suficiente grande para provocar la ruptura del aislamiento entre

espiras y, algunas veces, la explosin del TC.

Si la excitacin del ncleo dada por IM es grande y varia en forma repentina, como lo

puede ocasionar una corriente de falla elevada, el ncleo puede quedar magnetizado y

provocar errores de relacin aun dentro de los valores especificados para el TC, sin

embargo, este magnetismo remanente del ncleo puede ser eliminado.

Para desmagnetizar el ncleo de un transformador de corriente, se pueden utilizar dos

mtodos, los cuales se describirn enseguida.

Mtodo l.

El transformador de corriente se conecta como se muestra en la figura 2.1. Se aplica a

los bornes secundarios una tensin tal que produzca una magnetizacin de valorsuficiente para forzar a la densidad de flujo a un valor arriba de la rodilla de la curva de

saturacin, lo cual se puede ver observando las lecturas del vltmetro y el ampermetro,

enseguida se reduce la tensin lentamente hasta que tome un valor igual a cero. No se

debe exceder la corriente nominal secundaria.


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Mtodo 2.

El transformador de corriente se conecta como se muestra en la figura nmero 2.1. Se

aplica la corriente nominal al devanado primario, enseguida se aumenta el valor de laresistencia del resistor R, que se encuentra conectado en el devanado secundario, hasta

que el ncleo del transformador se sature, posteriormente se disminuye lentamente el

valor de la resistencia hasta llevarla a cero y se desconecta la fuente de corriente. La

saturacin del ncleo la indica la disminucin de la corriente en el secundario.

Se debe tener cuidado de usar un resistor cuya variacin sea continua, para evitar que

quede en circuito abierto el devanado secundario, cuando se cambia de valor la

resistencia R; conforme la resistencia aumenta, la tensin a travs de ella se aproxima al

valor de circuito abierto.


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FIGURA No. 2.1 CIRCUITO PARA DESMAGNETIZAR TRANSFORMADORES DE

CORRIENTE


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CAPITULO 3

PRUEBAS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

3.1. TIPOS DE PRUEBAS

INTRODUCCIN. Son la base para verificar y apoyar los criterios de aceptacin o para

analizar los efectos, cuando sucedan cambios o variaciones con respecto a los valores

iniciales de puesta en servicio.

Se consideran pruebas elctricas, aquellas que determinan las condiciones en que se

encuentra el equipo elctrico, para determinar su operatividad.

PRUEBAS DE FABRICA.

Las pruebas de fbrica se clasifican en 3 grupos:

a) PRUEBAS DE PROTOTIPO.

Las Pruebas de Prototipo son las que se realizan a diseos nuevos y tienen por finalidad, que

cumplan con los valores establecidos en las normas que se aplican y especificaciones para lo

cul fueron fabricados los equipos. En estas pruebas entran en funcin los materiales

utilizados para su fabricacin.

Para confirmar que las caractersticas de diseo de los transformadores de corriente, cumplen

con lo requerido en las normas de referencia y en esta especificacin, se deben realizar las

siguientes pruebas prototipo:

Corriente de corto circuito de corto tiempo (1s).

Elevacin de temperatura.


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Tensin de aguante al impulso por rayo.

Tensin de aguante al impulso por maniobras (solo para 400 kV)

Tensin de aguante a baja frecuencia en hmedo.Determinacin de errores.

Tensin de Radio Interferencia.

b) PRUEBAS DE RUTINA.

Son pruebas que deben efectuarse a cada uno de los equipos, conforme a mtodos

establecidos en las normas correspondientes, para verificar la calidad del producto y que

estn dentro de los valores permitidos. Estas pruebas son las que determinan la aceptacin orechazo de los equipos.

El objetivo de las pruebas de rutina, es verificar que los transformadores fabricados, no tienen

defectos de materiales por construccin y estn de acuerdo a los requerimientos de la norma

de referencia y de sta especificacin.

Las pruebas de rutina que debern realizarse son las siguientes:

Verificacin del marcado de terminales.

Tensin de aguante a baja frecuencia en el devanado primario.

Medicin de descargas parciales.

Prueba de tensin de aguante a baja frecuencia entre secciones del devanado primario y

secundario.

Prueba de sobretensin entre espiras.

Determinacin de errores.

c) PRUEBAS OPCIONALES.

Estas pruebas son las que se realizan a los equipos, conjuntamente entre el fabricante y

usuario a fin de determinar algunas caractersticas particulares del equipo


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BREVE DESCRIPCION DE ALGUNAS PRUEBAS DE FABRICA.

Dentro de las ms importantes, se pueden citar las siguientes:

a) PRUEBA DE TENSION DE AGUANTE AL IMPULSO POR RAYO. Consiste en simular en

el Laboratorio las condiciones de falla provocadas por descargas atmosfricas en los equipos.

Esta prueba se realiza aplicando al equipo impulsos de onda positiva o negativa, de acuerdo

al nivel bsico de impulso para cada tensin, en condiciones estndar y de acuerdo a las

normas indicadas en las especificaciones.

La curva caracterstica que se asemeja a las condiciones de una descarga atmosfrica, es

aquella que obtiene su mximo valor de tensin en un tiempo de 1.2 microsegundos y

decrece al 50% del valor de tensin en un tiempo de 50 microsegundos, a esta curva se le

llama onda completa, ver figura 3.1.

Figura 3.1 Onda completa. (1.2 x 50 microsegundos.)

b) PRUEBA DE POTENCIAL APLICADO. Consiste en aplicar al equipo un voltaje a la

frecuencia de operacin del sistema, cuyo valor vara de acuerdo a lo indicado en la norma

correspondiente para cada nivel de voltaje (de 180% al 300% del voltaje nominal), su duracin

es de un minuto.


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c) PRUEBA DE DESCARGAS PARCIALES. Esta determina la calidad del aislamiento, es til

para detectar porosidades, grietas, burbujas de aire, etc. en el interior de un aislamiento

slido. El resultado de esta prueba est dado en un Picocoulomb.

d) PRUEBA DE ELEVACION DE TEMPERATURA. Sirve para verificar que los equipos

cumplan con la capacidad de diseo, sin rebasar los lmites de temperatura establecidos por

las normas correspondientes.

e) PRUEBA DE POTENCIAL INDUCIDO. El objetivo es verificar la resistencia del aislamiento

entre diferentes partes de un equipo. Como por ejemplo, para transformadores de potencia:

entre espiras, entre secciones, entre capas, etc. y el aislamiento de estas partes a tierra queno fueron probadas durante la prueba de potencial aplicado. La prueba consiste en inducir al

devanado el 200% de su tensin nominal, por un tiempo, que depender de la frecuencia

utilizada, la cul es modificada para no saturar el ncleo.

La referencia de sta prueba es aplicar el voltaje a 7200 ciclos en un segundo; como no es

posible contar con un generador de esa frecuencia, en la prctica, el tiempo de prueba se

obtiene dividiendo los 7200 Hz. entre la frecuencia que produzca el generador de inducido

con que cuente cada fbrica, por ejemplo, para un generador de 240 Hz. el tiempo ser de 30

segundos.

Adems de las pruebas mencionadas, existen otras como:

Corto circuito, corriente sostenida de corta duracin, resistencia hmica, etc.


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3.2 PRUEBAS DE CAMPO.

Las pruebas de campo se efectan a los equipos que se encuentran en operacin o enproceso de puesta en servicio y se llevan a cabo en forma peridica, con la finalidad de

mantener ndices de confiabilidad y continuidad aceptables, se consideran de la siguiente

manera:

a) Recepcin y/o Verificacin.

b) Puesta en Servicio.

c) Mantenimiento.

a) RECEPCIN Y/O VERIFICACIN. Se realizan a todo el equipo nuevo o reparado,

considerando las condiciones de traslado; efectuando primeramente una inspeccin detallada

de cada una de sus partes.

b) PUESTA EN SERVICIO. Se realizan a cada uno de los equipos en campo despus de

haber ser sido: instalados, ajustados, secados, etc., con la finalidad de verificar sus

condiciones para decidir su entrada en operacin.

c) MANTENIMIENTO. Se efectan peridicamente conforme a programas y a criterios de

mantenimiento elegidos y condiciones operativas del equipo.

RECOMENDACIONES GENERALES PARA REALIZAR PRUEBAS ELCTRICAS.

a) Para equipos en operacin y en base a los programas de mantenimiento, tramitar las

libranzas respectivas.

b) Tener la seguridad de que el equipo a probar no este energizado. Verificando la apertura

fsica de interruptores y/o cuchillas seccionadoras.

c) El tanque o estructura del equipo a probar, debe estar aterrizado.


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d) Aterrice el equipo a probar por 10 minutos aproximadamente para eliminar cargas

capacitivas que puedan afectar a la prueba y por seguridad personal.

e) Desconecte de la lnea o barra, las terminales del equipo a probar.

f) En todos los casos, ya sea equipo nuevo, reparado o en operacin, las pruebas que se

realicen siempre debern estar precedidas de actividades de inspeccin.

g) Preparar los recursos de prueba indispensables como son: Instrumentos, Herramientas,

Probetas, Mesas de prueba, etc.

h) Preparar el rea de trabajo a lo estrictamente necesario, delimitar para evitar el paso de

personas ajenas a la prueba; procurando se tengan fuentes accesibles y apropiadas de

energa.

i) Colocar l o los instrumentos de prueba sobre bases firmes y niveladas.

j) Compruebe que las terminales de prueba estn en buenas condiciones y que sean las

apropiadas.

k) No aplicar voltajes de prueba, superiores al voltaje nominal del equipo a probar.

l) Durante las pruebas debern tomarse todas las medidas de seguridad personal y para el

equipo.

m) Anote las lecturas de la prueba con sus multiplicadores en la hoja de reportecorrespondiente y registre tambin, las condiciones climatolgicas.

n) Al terminar la prueba ponga fuera de servicio el instrumento de prueba y aterrice

nuevamente el equipo probado.


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3.3 PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO.

TEORIA GENERAL

Los diferentes diseos de TC's requiere que la persona que debe probarlos analice con

detenimiento su diagrama en particular, determine las conexiones que convenga seguir y las

resistencias dielctricas que estn bajo prueba.

Esta conexin deber quedar asentada en el reporte de prueba del equipo.

Invariablemente en fechas posteriores se harn pruebas con conexiones iguales, a fin de

tener datos comparativos.

Al probar un transformador de Corriente se determinan las condiciones del aislamiento entre

los devanados primario y secundario contra tierra. Para la prueba del primario contra tierra, se

utiliza el rango de mayor tensin del equipo de prueba, dependiendo de su tipo; y para la

prueba del secundario contra tierra, se usa el rango del medidor para una tensin aproximada

a la tensin nominal del equipo a probar, de 500 V.

Existen dos tipos de TC's pedestal y dona. La prueba de aislamiento que se realiza tiene

diferentes consideraciones. Los TC's tipo pedestal estn por separado al equipo primario y se

prueba el aislamiento formado por un pedestal de porcela o resina y un medio aislante de

aceite o un envolvente de gas SF6. Los TC's sin devanado primario conocidos como tipo

dona (bushing) estan integrados al equipo primario como transformadores e interruptores y se

prueban las condiciones de su aislamiento exterior respecto a tierra del equipo asociado y la

condicin interna de su devanado.

En los TC's tipo dona solo se hacen las pruebas de secundario a tierra, utilizando 500 volts

con el equipo de prueba, como se indica en la figura 3.2


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Figura 3.2 TRANSFORMADOR DE CORRIENTE TIPO DONA (BUSHING)

La resistencia de aislamiento se define como la resistencia en megaohms que ofrece un

aislamiento al aplicarle un voltaje de corriente directa durante un tiempo dado, medido a partirde la aplicacin del mismo.

A la corriente resultante de la aplicacin de voltaje de corriente directa, se le denomina

"Corriente de Aislamiento" y consta de dos componentes principales:


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a) La corriente que fluye dentro del volumen de aislamiento escompuesta por:

i) Corriente Capacitiva.ii) Corriente de Absorcin Dielctrica.

iii) Corriente de conduccin irreversible.

i).- Corriente capacitiva.- Es una corriente de magnitud comparativamente alta y de corta

duracin, que decrece rpidamente a un valor despreciable (generalmente en un tiempo

mximo de 15 segundos) conforme se carga el aislamiento, y es la responsable del bajo valor

inicial de la Resistencia de Aislamiento. Su efecto es notorio en aquellos equipos que tienen

capacitancia alta, como transformadores de potencia, mquinas generadoras y cables de

potencia de grandes longitudes.

ii).- Corriente de absorcin dielctrica.- Esta corriente decrece gradualmente con el tiempo,

desde un valor relativamente alto a un valor cercano a cero, siguiendo una funcin

exponencial. Generalmente los valores de resistencia obtenidos en los primeros minutos de

una prueba, quedan en gran parte determinados por la Corriente de Absorcin. Dependiendo

del tipo y volumen del aislamiento, esta corriente tarda desde unos cuantos minutos a variashoras en alcanzar un valor despreciable; sin embargo para efectos de prueba, puede

despreciarse el cambio que ocurre despus de 10 minutos.

iii).- Corriente de conduccin irreversible.- Esta corriente fluye a travs del aislamiento y es

prcticamente constante, predomina despus que la corriente de absorcin se hace

insignificante.

b) Corriente de Fuga.- es la que fluye sobre la superficie del aislamiento. Esta corriente al

igual que la Corriente de Conduccin irreversible, permanece constante y ambas constituyenel factor primario para juzgar las condiciones del aislamiento.

ABSORCIN DIELCTRICA.- La resistencia de aislamiento vara directamente con el

espesor del aislamiento e inversamente al rea del mismo; cuando repentinamente se aplica


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un voltaje de corriente directa a un aislamiento, la resistencia se inicia con un valor bajo y

gradualmente va aumentando con el tiempo hasta estabilizarse.

Graficando los valores de resistencia de aislamiento contra tiempo, se obtiene una curva

denominada de absorcin dielctrica; indicando su pendiente el grado relativo de secado y

limpieza o suciedad del aislamiento. Si el aislamiento esta hmedo o sucio, se alcanzar un

valor estable en uno o dos minutos despus de haber iniciado la prueba y como resultado se

obtendr una curva con baja pendiente.

La pendiente de la curva puede expresarse mediante la relacin de dos lecturas de

resistencia de aislamiento, tomadas a diferentes intervalos de tiempo, durante la mismaprueba. A la relacin de 60 a 30 segundos se le conoce como "ndice de Absorcin", y a la

relacin de 10 a 1 minuto como "ndice de Polarizacin".

Los ndices mencionados, son tiles para la evaluacin del estado del aislamiento de

devanados de transformadores de potencia y generadores.

FACTORES QUE AFECTAN LA PRUEBA.

Entre los factores que afectan la prueba y tienden a reducir la resistencia de aislamiento de

una manera notable son: la suciedad, la humedad relativa, la temperatura y la induccin

electromagntica; para la suciedad, elimine toda materia extraa (polvo, carbn, aceite, etc.)

que este depositada en la superficie del aislamiento; para la humedad, efecte las pruebas a

una temperatura superior a la de roco. La resistencia de aislamiento vara inversamente con

la temperatura en la mayor parte de los materiales aislantes; para comparar adecuadamente

las mediciones peridicas de resistencia de aislamiento, es necesario efectuar las medicionesa la misma temperatura, o convertir cada medicin a una misma base.


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Esta conversin se efecta con la siguiente ecuacin:

Rc = Kt (Rt)

De donde:

Rc = Resistencia de aislamiento en megohms corregida a la temperatura base.

Rt = Resistencia de aislamiento a la temperatura que se efectu la prueba.

Kt = Coeficiente de correccin por temperatura.

La base de temperatura recomendada, es de 20 C par a transformadores y 40 C para

mquinas rotatorias. Para otros equipos, como interruptores, apartarrayos, boquillas,

pasamuros, etc., no existe temperatura base, ya que la variacin de la resistencia con

respecto a la temperatura es estable.

Para equipos a probar, que se encuentren bajo el efecto de induccin electromagntica, ser

necesario acondicionar un blindaje para drenar a tierra las corrientes inducidas que afectan a

la prueba.

Una forma prctica para el blindaje, es utilizar malla metlica tipo mosquitero sobre el equipo,

soportada con madera y aterrizada en un solo punto.

Para realizar lo anterior, tomar las medidas estrictas de seguridad por la proximidad con otros

equipos energizados.

Otro factor que afecta a las mediciones de resistencia de aislamiento y absorcin dielctrica

es la presencia de carga previa en el aislamiento. Esta carga puede originarse porque el

equipo trabaja aislado de tierra o por una aplicacin del voltaje de C.D. en una prueba

anterior. Por tanto es necesario que antes de efectuar las pruebas se descarguen los

aislamientos mediante una conexin a tierra.


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MTODOS DE MEDICIN.

Las mediciones se pueden obtener de la siguiente manera:

a) Mediante un ohmetro (Megger) de indicacin directa.

b) Mediante un vltmetro y un ampermetro, utilizando una fuente de potencial de corriente

directa.

El Megger ha sido el instrumento estndar para la verificacin de la resistencia de aislamiento

y de estos existen tres tipos: los accionados manualmente, los accionados por motor (ver Fig.

3.3 y Fig. 3.4) y los de tipo rectificador.

El primer tipo es satisfactorio para efectuar pruebas de tiempo corto y el tipo motorizado para

pruebas en donde es necesario determinar los ndices de absorcin y polarizacin. El tipo

rectificador no es prctico para cuando se desean conocer los ndices mencionados.

a) MTODO DE TIEMPO CORTO.- Consiste en conectar el instrumento al equipo que se

va a probar y operarlo durante 60 segundos.Este mtodo tiene su principal aplicacin en equipos pequeos y en aquellos que no tienen

una caracterstica notable de absorcin, como son los interruptores, cables, apartarrayos, etc.

b) MTODO DE TIEMPO-RESISTENCIA O ABSORCION DIELECTRICA.- Consiste en

aplicar el voltaje de prueba durante un perodo de 10 minutos, tomando lecturas a 15, 30, 45

y 60 segundos, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 y 10 minutos. Su principal aplicacin es en

transformadores de potencia y en grandes mquinas rotatorias por su caractersticas notables

de absorcin.


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Figura 3.3 MEGGER DE AISLAMIENTO


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CONSIDERACIONES.

La medicin de resistencia de aislamiento, es en s misma una prueba de potencial, por lotanto, debe restringirse a valores apropiados que dependan de la tensin nominal de

operacin del equipo que se va a probar y de las condiciones en que se encuentre su

aislamiento. Si la tensin de prueba es alta, se puede provocar fatiga en el aislamiento.

Los potenciales de prueba ms comnmente utilizados son tensiones de corriente directa de

500 a 5,000 volts.

Las lecturas de resistencia de aislamiento disminuyen normalmente al utilizar potencialesaltos, sin embargo para aislamiento en buenas condiciones, se obtendrn valores semejantes

para diferentes tensiones de prueba.

Si al aumentar el potencial de prueba se reducen significativamente los valores de resistencia

de aislamiento, esto nos puede indicar que existen imperfecciones o fracturas en el

aislamiento, posiblemente agravadas por suciedad o humedad, an cuando tambin la sola

presencia de humedad con suciedad puede ocasionar este fenmeno.

Por la experiencia en la diversidad de pruebas que se han realizado a este tipo de equipos, es

recomendable que los valores que se obtengan en los aislamientos tanto de alta tensin como

de baja tensin, deben ser superiores a 50,000 megaohms.

Para valores inferiores a lo descrito anteriormente y con el objeto de analizar las condiciones

del aislamiento, deber complementarse sta prueba con los valores de prdidas dielctricas

que se obtienen con las pruebas de factor de potencia.


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Figura 3.4. DIAGRAMA ELEMENTAL DEL MEGGER

3.4 PRUEBA DE FACTOR DE POTENCIA A LOS AISLAMIENTOS.

TEORA GENERAL

Una de las aplicaciones de esta prueba es la de conocer el estado de los aislamientos, se

basa en la comparacin de un dielctrico con un condensador, en donde el conductor

energizado se puede considerar una placa y la carcaza o tierra del equipo como la otra placa

del capacitor.

El equipo de prueba de aislamiento F.P. mide la corriente de carga y watts de prdida, en

donde el factor de potencia, capacitancia y resistencia de corriente alterna pueden ser

fcilmente calculados para un voltaje de prueba dado.

El Factor de Potencia de un aislamiento es una cantidad adimensional normalmente

expresada en porciento, que se obtiene de la resultante formada por la corriente de carga y la

corriente de prdidas que toma el aislamiento al aplicarle un voltaje determinado, es en si,

una caracterstica propia del aislamiento al ser sometido a campos elctricos.


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Debido a la situacin de no ser aislantes perfectos, adems de una corriente de carga

puramente capacitiva, siempre los atravesara una corriente que est en fase con el voltaje

aplicado (Ir), a esta corriente se le denomina de prdidas dielctricas, en estas condiciones elcomportamiento de los dielctricos queda representado por el siguiente diagrama vectorial.

Figura 3.5. DIAGRAMA VECTORIAL QUE MUESTRA EL COMPORTAMIENTO DE UN

AISLAMIENTO AL APLICARLE UNA TENSIN DADA


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WATTS = E I COSENO

FACTOR DE POTENCIA = COSENO = WATTS

E I

Para aislamientos con bajo Factor de Potencia, (Ic) e (I) son substancialmente de la misma

magnitud y la corriente de prdidas (Ir) muy pequea, en estas condiciones el ngulo es

muy pequeo y el Factor de Potencia estar dado entonces por:

FP = COS = SEN y prcticamente = TAN

De lo anterior se desprende que el Factor de Potencia siempre ser la relacin de los Watts

de prdidas (Ir), entre la carga en Volts- Amperes del dielctrico bajo prueba (I).

El mtodo de medida del equipo de prueba, se fundamenta, en un circuito puente de

resistencias y capacitores.

Con el conocimiento de los valores de la corriente de carga, el voltaje de prueba y la

frecuencia, la capacitancia del aislamiento puede ser determinada de la siguiente manera.


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Xc = V / I

C = 1 / wXcLa capacitancia de aislamientos secos no es afectada apreciablemente por la temperatura; sin

embargo en los casos de aislamientos hmedos o contaminados, esta tiende a incrementarse

con la temperatura.

Tomando en consideracin que la reactancia de los aislamientos es predominantemente

capacitiva y las prdidas elctricas reducidas, la magnitud de la corriente de carga puede

calcularse por:

I = V w C V A = V w C

Donde:

I = Magnitud de la corriente de carga

V = Potencial aplicado

w = frecuencia angular (2f)

C = Capacitancia

De las frmulas anteriores puede determinarse la mxima capacitancia que un equipo de

prueba puede aceptar para obtener mediciones confiables. Por ejemplo:

La mxima capacitancia que un equipo de prueba para 10 KV, puede medir por 15 minutos de

prueba, seria:

C = I/wV =(0.200 x 10

12

)/(377 x 10

4

) = 53,000 picofaradios

Y en forma continua:

C = I/wV =(0.100 x 1012)/(377 x 104) = 26,500 picofaradios


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Las boquillas para Transformadores, Interruptores, etc. usualmente tienen capacitancias

considerablemente menores que los valores calculados anteriormente.

Los cables de potencia de gran longitud, pueden tener una capacitancia que excedan a los

26,500 picofaradios del medidor, se recomienda hacer el clculo previo del valor de la

capacitancia del cable de que se trate, para poder efectuar la prueba de factor potencia.

En equipos con capacitancias mayores que los valores lmites calculados para el medidor de

10 KV, deben ser probados a voltajes menores.

El diagrama simplificado de la Fig. 3.6 nos muestra en una forma muy general la operacindel equipo.

De la fuente de alimentacin se toma el autotransformador que alimenta a travs del switch

de reversa cambiando la polaridad al transformador de alto voltaje con lo cual se elimina la

interferencia causada por el campo elctrico de otros equipos energizados.

La alimentacin al circuito amplificador puede ser switcheada a las posiciones A, B, C.

En la posicin "A" el medidor es ajustado a escala plena por medio del control.

En la posicin "B" el medidor registra el voltaje a travs de RB el cual es funcin de la

corriente total IT y la lectura que se tiene son miliamperes.

En la posicin "C" la entrada al circuito amplificador consiste de ambos voltajes, el voltaje a

travs de la resistencia RB y el voltaje r, ambos voltajes estn en oposicin y pueden ser

balanceados por el ajuste de R.

No es posible un balance completo, el voltaje a travs de RB incluye ambas componentes, en

fase (IR) y la componente en cuadratura (IC); mientras en el circuito de referencia el voltaje a

travs de r esta en cuadratura, y se puede variar su valor, por lo tanto se tiene un balance

parcial o una lectura mnima la cual es proporcional al voltaje a travs de RB, resultando la

corriente en fase (IR).


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El producto de la mnima lectura y el multiplicador de watts es igual a los watts de prdida

disipados en el espcimen bajo prueba.

FIG. 3.6 CIRCUITO SIMPLIFICADO DE EQUIPO F.P.


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funcionamiento, operaciÓn y pruebas de

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