lab6-corriente diferencial

8/13/2019 LAB6-CORRIENTE DIFERENCIAL

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Laboratorio de Medidas Electricas

Tema: Corriente Diferencial

Curso : Medidas Electricas

Profesor : Ing. E. Guadalupe

Alumnos : Aspilcueta Bolorquez, Michael

Barrientos Campos, Renzo

Cuba Palomino, Hairoq

Salvatierra Tucto, Aly Lenin

Sección :”A”

2013-I



OBJETIVO

El objetivo de este experimento es familiarizarse con el principio de protección simulando un

cortocircuito interno una de las bobinas de un transformador.

FUNDAMENTO TEORICO

Transformadores de Corriente (TC)

Un transformador de corriente, es aquél que tiene como misión reducir la corriente de la

red a valores más apropiados a las escalas de los instrumentos de medición (usualmente

5A).

En este tipo de transformadores, el devanado primario se encuentra en serie con la red y

en el devanado secundario se conectan en serie los instrumentos. Por lo tanto, debido a

la baja impedancia de estos instrumentos los transformadores de corriente trabajan

prácticamente en cortocircuito, por lo cual se emplean bajas inducciones magnéticas en el

núcleo.

En la siguiente figura se puede apreciar la forma de conexión de un transformador de

corriente.

Figura 2.1 Transformador de corriente.

El tramo del lado de alta tensión, puede estar asociado a uno o más transformadores y

está conformado por:



Transformador de potencia Disyuntor Seccionadores de línea y barra Transformadores de corriente Seccionadores rompearco Pararrayos

Figura 2.2 Circuito simplificado de un transformador de corriente.



En un transformador de corriente, si despreciamos la corriente de excitación se debe

cumplir la siguiente relación:

Ip

Is

Ns

Npk …(1)

Donde:

Np: número de espiras del primario.

Ns: número de espiras del secundario.

Ip: corriente que pasa por el primario.

Is: corriente que pasa por el secundario.

En la práctica, esta relación no se cumple exactamente, debido a que existe una corriente

de magnetización en el núcleo de hierro, la cuál origina las pérdidas en el hierro (Pf). Por

lo tanto, la verdadera relación que cumplen las corrientes del primario y del secundario

(fasorialmente) es:

o I k

s I p I … (2)

Gráficamente tenemos lo siguiente:

Figura 2.3 Diagrama fasorial de las corrientes.



Por lo tanto, para reducir los errores en el transformador de corriente se busca diseñar un

núcleo tal que la corriente de excitación Io sea despreciable, con lo cual los valores de Is

e Ip cumplirían con una muy buena aproximación la ecuación (1).

Nota:

Al reducir la corriente en el secundario, el voltaje en este es muy elevado. Por ello debe

evitarse que el secundario este abierto puesto que sería muy peligroso.

Transformadores de Corriente en Sistemas de Protección

Los transformadores de corriente son muy usados en sistemas de protección contra

cortocircuitos o fallas en las redes. El sistema de protección más común es el denominado

Protección Diferencial.

Este sistema de protección, utiliza dos transformadores en una conexión denominada de

comparación. Se conecta un transformador a cada lado de la línea de la forma en que se

muestra en la siguiente figura (ambos transformadores tienen relaciones de

transformación convenientes):

Figura 2.4 Sistema de Protección Diferencial.

Con este sistema, se busca comprobar que la corriente inicial, transformada mediante un

TC, es igual a la corriente final, también transformada mediante un TC; si se diera esta

situación, entonces por el instrumento R no pasaría ninguna corriente. Sin embargo, si

hay alguna falla en el sistema, estas corrientes transformadas no serán iguales y por el

cierto valor crítico, activará el relé del sistema de protección.



CIRCUITO

220/115V

A1

220V

60Hz

A2

A3

R2

R1

T1

Ad

30/5

T250/51kVA

Circuito a utilizar.

EQUIPOS Y MATERIALES

1 Transformador de potencia de 220V/22V, 110VA

1 Amperímetro (A1) de 0 – 1 A



1 Amperímetro (Ad) de 0 – 1 A

2 Transformadores de corriente, (T1) de 30/5A y (T2) de 50/5A

2 Resistencias de 30Ω, 5A.

Cables de conexión



PROCEDIMIENTO

Basándose en las polaridades de los transformadores de potencia de corriente arme el circuito de

la figura, de modo que Ad funcione como amperímetro diferencial.

Primera Parte

Poner R1 y R2 al máximo. Desconectar la rama donde se encuentra R1 y A2 y la rama donde se

encuentra R2 y A3. Tomar los valores de A1 y Ad para este primer punto.

Luego, conectar la rama de R1 y A2, reducir el valor de R1 hasta obtener 1.5A en el amperímetro

A2. Tomar entonces, un juego de 5 valores de A1, A2 y Ad, para una variación de A2 entre 1.5A y

cero.

R AD A1 (A) A2(A)

20.6 0.041 0.175 1.5

25.6 0.031 0.145 1.2

28.4 0.025 0.115 0.9

41.4 0.017 0.086 0.6

208 0.009 0.057 0.33

Segunda Parte

Poner R1 en un valor tal que A2 mida 1.05A. Conectar la rama de A3 una lectura de 0.658A.

Aumentar entonces R2, tomando por lo menos 5 puntos, para los que se medirá los valores de A1,

A3 y Ad. La variación de A3 será entre 0.658A y 0, y la lectura de A2 debe mantenerse constante

en 5A. R2 simula una falla dentro del transformador

Realizamos las mediciones y las ordenamos en la siguiente tabla:

R AD(A) A1 (A) A2 (A) A3 (A)

38.2 0.026 0.204 1.05 0.658

45.5 0.027 0.196 1.05 0.562

56.5 0.0275 0.181 1.05 0.448

76.8 0.028 0.172 1.05 0.325

114 0.0285 0.158 1.05 0.218



CUESTIONARIO

Analizar teóricamente la experiencia y dibujar el circuito empleado en la misma mostrando las

polaridades de los transformadores, los sentidos de circulación de las corrientes en cada uno de

ellos

La Corriente Nominal esta dado:

El amperímetro , indica:

El amperímetro indicara:

La corriente que pasa por el amperímetro al transformador de corriente de factor de

relación de corriente 64.51 k se obtiene la corriente .

La corriente que pasa por el amperímetro al transformador de corriente de factor de

relación de corriente 1.122 k se obtiene la corriente .



Luego la corriente que pasa por es:

Definiendo k = 220/115, trazar la curva (A1 – A2/k) en función de Ad, para ambas partes de la

experiencia.

Para la Primera Parte se tiene:

Para la Segunda Parte se tiene:

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

c

o r r i e n t e ( A )

corriente (A)

A1 vs Ad

A2*a vs Ad

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.0255 0.026 0.0265 0.027 0.0275 0.028 0.0285 0.029

c o r r i e n t e ( A )

corriente (A)

A1 vs Ad

A2*a vs Ad



Analizar cada una de las curvas obtenidas en el punto anterior.

Analizando los gráficos anteriores vemos, primeramente, que existe una pequeña diferencia entre

las corrientes del primario y las corrientes transformadas del secundario (A1 – A2/k). Esta

diferencia se debe a que en todo transformador siempre aparece una corriente denominada

corriente de excitación I0, la cual es la causante de las pérdidas por histéresis y por corrientes

parásitas de Focault en el núcleo del transformador.

Además, para ambas gráficas se puede notar que (A1 – A2/k) y Ad guardan una relación casi lineal.

Esto se debe a que las corrientes A1 y A2 varían linealmente con las corrientes transformadas por

T1 y T2, respectivamente. En consecuencia, la corriente Ad (la cual es la diferencia de las

corrientes de T1 y T2) también varía linealmente con (A1 – A2/k).

Finalmente, se puede notar que la pendiente de la gráfica 1 es menor que la de la gráfica 2. Esto se

debe a que en la gráfica 1, el valor de (A1 – A2/k) es menor que en la gráfica 2, lo cual se explica

analizando el circuito de la figura 3.1.

220/115V

A1

220V

60Hz

A2

A3

R2

R1

T1

Ad

30/5

T250/51kVA

En la Primera Parte el valor de A3 es nulo y por lo tanto el valor de A1 es aproximadamente

proporcional al valor de A2 (ya vimos que esto no es del todo cierto debido a la presencia de la

corriente de excitación I0). En la Segunda Parte, el valor de A1 debe ser proporcional al valor de la

corriente en el secundario, en este caso A2 + A3, lo cual nos llevaría a que en esta ocasión A1 tome

un mayor valor y por lo tanto la diferencia A1 – A2/k es mayor para la gráfica 2 que para la gráfica

1, trayendo como consecuencia que la pendiente de 2 sea mayor.



¿Qué indicaría Ad si se invierte la polaridad del transformador T1?

Si se invierte la polaridad del transformador T1 entonces AD indicaría la suma de IT1 e IT2.

¿Qué sucedería si T1 y T2 tienen distintas relaciones de transformación?

Si T1 y T2 tienen distintas relaciones de transformación entonces habría corriente por AD. Porque justo los valores de trasformación de k, k1 y k2 están calculados para que en funcionamiento

normal no pase corriente por AD.

Explique el uso y las limitaciones de este dispositivo en los sistemas de protección.

La protección diferencial está destinada a dar protección unitaria a elementos de un sistema de

potencia, estando definidos sus límites de acuerdo a los puntos de los cuales se derivan las

señales.

La experiencia corresponde al caso en que las señales son derivadas de puntos bastantes

próximos, en cuyo caso solo se requiere de un relé de protección, aunque en la experiencia

usamos un amperímetro. El circuito diferencial opera comparando la magnitud y fase de las

corrientes que entran o salen del elemento protegido.

Bajo condiciones normales IT1 e IT2 son iguales, pero en caso de falla el amperímetro marcara la

suma de estas intensidades.

Los errores de transformación en un sistema siempre ocurren, y aunque se exige que los trafos a

usar sean de condiciones similares, siempre hay una tolerancia de los desbalances, que dependen

de las cargas aplicadas a los transformadores, ya que lo deseable es usar trafos de holgada

potencia.

¿El diferencial protege contra contactos directos?

En primer lugar, cabe decir que la seguridad total de las personas –usuarios de la instalación

eléctrica de un edificio – se garantiza mediante la combinación del interruptor diferencial y la red

de tierra. Este sistema de protección está específicamente concebido para asegurar la protección

ante los contactos indirectos.



En el caso de los contactos directos, el Reglamento para baja tensión (Instrucción MIE BT 021)

señala las medidas de protección que se deben adoptar:

Alejamiento de las partes activas (normalmente en tensión) de la instalación.

Interposición de obstáculos.

Recubrimiento de las partes activas mediante aislamiento eléctrico.

Todas estas disposiciones se adoptan en la instalación eléctrica de un edificio: las canalizaciones

eléctricas van preferentemente bajo tubo empotrado; los cuadros de distribución disponen de

tapas que cubren los bornes de conexión (ejemplos de alejamiento e interposición de obstáculos)

y los conductores eléctricos disponen de aislamiento (recubrimiento de las partes activas). En

cualquier caso, se trata de impedir el contacto fortuito de una persona con una parte activa, y si

bien existen partes activas accesibles, tales como la toma de corriente, no es factible un contactocasual con ellas, sino que este contacto debe hacerse de forma voluntaria.

Esta situación puede producirse, por ejemplo, cuando un niño "experimenta" con una toma de

corriente, introduciendo en ella algún objeto metálico: alambre, aguja, tijeras, etc. Salvo que el

recinto (suelo, pared) sea no conductor, este contacto supone una intensidad de falta que hace

reaccionar en breves instantes al diferencial de alta sensibilidad (30 mA), evitando el peligro; no

obstante, el niño sufre el efecto de "calambre" que, aun siendo de muy corta duración, resulta

generalmente doloroso. La protección específica para estos casos se consigue mediante tomas de

corriente especiales (giratorias, eclipse, etc.) o tapas para las tomas de corriente habituales, que

impiden la introducción de objetos como los descritos anteriormente.



CONCLUSIONES

El motivo por el que la expresión A1 – A2/k tiene un valor (aunque sea este pequeño) es

que existe la llamada corriente de excitación I0.

De las gráficas 1 y 2 notamos que ambas se aproximan a una forma lineal; esto tienesentido debido a que conforme se vayan aumentando (o disminuyendo) las corrientes en

el primario y en el secundario, también lo harán en la misma proporción las corrientes

transformadas en T1 y T2 y en consecuencia Ad.

Si se invierte la polaridad de alguno de los transformadores de corriente, el amperímetro

de corriente diferencial Ad medirá la suma de las corrientes transformadas por T1 y T2, en

vez de su diferencia; por lo tanto, en esta situación sería muy poco recomendable

utilizarlos como sistema de protección.

RECOMENDACIONES

Es recomendable utilizar dos reóstatos en paralelo en vez de uno solo, para que la

corriente de 5A se distribuya entre los dos y no circule toda por uno solo, generando que

este se sobrecaliente y salga mucho humo.

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