Instituto Nacional de Tecnología Industrial Centro de Desarrollo e Investigación en Física y Metrología

Procedimiento específico: PEE72 PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN DE TRANSFORMADORES DE TENSIÓN DE ALTA RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Revisión: Marzo 2012. Este documento se ha elaborado con recursos del Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Sólo se permite su reproducción sin fines de lucro y haciendo referencia a la fuente.

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PEE72 Lista de enmiendas: Marzo 2012

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ENMIENDA DESCARTAR INSERTAR RECIBIDO

FIRMA Nº FECHA CAPÍTULO PÁGINA PÁRRAFO CAPÍTULO PÁGINA PÁRRAFO

PEE72: Marzo 2012

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1. Objeto

Establecer los métodos para determinar los errores de relación y de fase en los transformadores de medida de tensión con altas relaciones de transformación y clase de exactitud mayor a 0,1 %

2. Alcance

Todos los transformadores de tensión que deban satisfacer los requisitos de las normas IRAM 2270/97(transformadores de medición, laboratorios para ensayos de exactitud, requisitos generales de sus equipos de ensayos e instalaciones); IRAM 2344-2/2008 (transformadores de medición); IEC 60044-2/2003-2 (Inductive voltage transformers). Se dispone este método de calibración, para un rango de relaciones de transformación entre 600 y 5000.

3. Definiciones y abreviaturas

Se encuentran en las normas de referencia.

4. Referencias

Norma IEC 60044-2 (Inductive voltage transformers)

Norma IEC 60044-5 (Capacitor voltage transformers)

IRAM 2344-2 (transformadores de medición)

IRAM 2344-5 (transformadores de tensión capacitivos)

IRAM 2270/97 (transformadores de medición, laboratorios para ensayos de exactitud, requisitos generales de sus equipos de ensayos e instalaciones)

5. Responsabilidades

Técnicos del Laboratorio de Alta tensión en la ejecución de los ensayos.

Coordinador de la UT Electricidad, supervisa los ensayos, verifica que se cumplan los procedimien-tos y revisa los resultados.

6. Límites de errores de los transformadores de medida de tensión

Los límites de error de los transformadores de tensión se efectúan de acuerdo a las normas:

IRAM 2270/97, punto 4. tabla 1 para patrones

IRAM 2344-2/2008, punto 12.2( tablas 12-13)

IEC 60044-2/2003-02, punto 12.2 ( tablas 11-12)

7. Instrucciones de trabajo y sistema de medición

7.1. Utilización del esquema de puente con divisor de tensión capacitivo resistivo.

Se utiliza para el armado circuital del puente, una conexión especial del puente Schering y un di-visor capacitivo formado por capacitores patrones de dieléctrico gaseoso, muy estables en el tiem-po (nitrógeno, exafluoruro) de donde uno de ellos debe soportar la alta tensión de alimentación. Estos capacitores son de alta exactitud y se considera despreciable la variación de la capacidad con la tensión, Un posible inconveniente de este método son las perturbaciones que ocasionan las ca-pacidades parásitas que se encuentran distribuidas, por lo que debe prestarse mayor cuidado en la conexión del circuito de apantallamiento, para poder eliminar estos efectos mediante la rama de potencial de Wagner que presenta el puente Schering.

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El principio de medición esta basado en el llamado esquema de Yoganandam, cuyo circuito es el siguiente:

El equilibrio del puente se realiza, en su forma operativa, variando alternadamente, los valores de R3 y C4 una vez seleccionados R4 , C1 y C2 conociendo aproximadamente la relación de transfor-mación Kx del transformador a calibrar. Cuando se alcanza el equilibrio del puente, la corriente en el detector D es cero, y resulta la ecuación:

𝐼1.𝑍4 = 𝐼2 .𝑅3 (1)

Siendo 𝑍4 = 𝑅4 (1 + 𝑗𝑤 𝑅4 𝐶4)

La impedancia Zp que presenta la rama con tensión primaria C1 Z4 es:

( )

( )441

4141

1RjwCjwC

CCjwRZp+

++=

Mientras que la rama de la tensión secundaria del transformador muestra una impedancia Zs dada por:

2

321jwC

RjwCZs

+=

En equilibrio las corrientes son: p

p

ZU

I =1 y s

s

ZU

I =2

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Reemplazando las mismas en (1)

342

4 .1. R

ZU

RjwCR

ZU

s

s

p

p =+

Sustituyendo Zp y Zs, nos queda:

( )32

414

1

2

4

3

11..

RjwCCCjwR

CC

RR

UU

s

p

+++

=

Tomando valores absolutos:

( )2

32

22

241

24

2

1

2

4

3

11..

RCwCCRw

CC

RR

UU

KS

px

+

++==

En la gran mayoría de los casos

( ) 1221

2

4

2<<+CCRw y 1

2

3

2

2

2<<RCw

Siendo aproximada la expresión a

1

2

4

3 .CC

RR

K x =

Y el error de relación es

( ) ( )100% ⋅

−=

x

xn

KKK

F(2)

En cuanto al error de fase

( )( ) ( )32414 RwCarctgCCwRarctg −+=δ

Que con suficiente aproximación será:

( )( )23414 ....2 CRCCRf −+= πδ

( )2314 ....2 CRCRftg −+= πδδ

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Donde δπ tgCRf =44....2 la leída en el puente Schering y R4 la seleccionada en el mismo.

Por lo tanto: 4

4 ...2 RftgCπ

δ=

7.2. Procedimiento de medición

Se arma el circuito de la figura 1, utilizando para la calibración del mismo, como incógnita, el patrón de relación 300 (30/0,1 kV) Messwandler-Bau cuyo error conocido es F(%)= 0,006 y 𝛿= -0,1 min. Tener en cuenta que el circuito de baja tensión esté correctamente conectado, tanto su parte de señal como el circuito de tierra de Wagner (verificar que no quede a tierra ya que el potencial aplicado a la rama Wagner respecto a tierra no ejercería efecto).

El capacitor C1 de alta tensión utilizado es de 50 pF, y el capacitor C2 se elegirá entre 10000 ó 1000

pF , dependiendo de la relación nKCC

=1

2

donde

nK es la relación nominal.

Se obtendrán entonces los valores de R3 y tg 𝛿 directamente del puente Schering, que los llamare-mos valores de calibración.

Para equilibrar el sistema llegamos a un primer equilibrio parcial y luego pasamos a equilibrar el circuito de Wagner compensando el potencial dado por las capacidades parásitas. Luego volvemos al equilibrio del circuito principal y una vez logrado volvemos a equilibrar el circuito de Wagner, repitiendo la operación tantas veces como sea necesario.

De esta manera tenemos la expresión

1

2

4

3'

' .CC

RRK =

Además por definición tenemos que:

982.299100006.01300

100%1' =

+=

+=

FKK

Y podemos plantear entonces la relación

1

2

4

3'

1

2

4

3''

'

''

.

.

CC

RR

CC

RR

KK

=

⇒

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Donde:

3'3''

''' .RRKK =

(3)

Donde R’

3 y R’’

3 son los valores leídos en el puente Schering y K’ es conocida

Se utiliza la planilla de registro del Apéndice 1 para anotar los valores de calibración obtenidos del

puente Schering. Luego se conecta el transformador a calibrar y se obtienen los equilibrios para el

120, 100 y 80 % de la tensión nominal con la carga Z correspondiente. Se anotan los valores obte-

nidos del Schering en la planilla de registro. Se realizan los cálculos mediante una planilla excel de

resultados. 7.3. Circuito de medición

FIGURA 1: Circuito de medición

7.3. Identificación y almacenaje

Los transformadores de tensión a calibrar se identifican de acuerdo con las instrucciones del Manual de la Calidad del INTI - Física y Metrología y son guardados, desde su ingreso hasta la devolución al cliente, en el Laboratorio de Alta Tensión, sala Nº 71, ver capítulo 9 del MC. 7.4. Instrumental a utilizar

Stelltransformator (Autotransformador de salida variable), marca H&B, relación 380/0…380 V ± 2%, frecuencia 50Hz, 168 A, 60 kVA, Nº 5955/1.

Fuente de tensión de 600 kV, marca Messwandler-Bau GMBH Bamberg, modelo TEOK600/300, fre-cuencia 50 Hz, Nº 80/46112

Transformador patrón de tensión, marca Messwandler-Bau GMBH Bamberg, relación 3,75…50/0,11-0,10 kV, modelo NUZG 35, exactitud ± 0,005% ± 0,5 min, frecuencia 50-60 Hz, carga 7,26-6 VA, Nº 70/376 124. ( se utiliza en relación 300 30/0.1 kV para calibración)

Puente Schering, marca H&B, Nº 6807972

Voltímetro, marca H&B, Nº 86.930125

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Detector, marca H&B, tensión 220 V, frecuencia 50..60 Hz, 40 VA, Nº 77028

Caja de cargas de tensión, marca H&B, modelo NBHKa, Nº 700002

Estación meteorológica electrónica, marca LUFT, identificado como EME1.

Capacitor patrón en gas de 50 pF Micafil

Capacitor patrón en gas de 10000 pF Tettex

Capacitor patrón en gas de 100 pF H&B

7.5. Condiciones ambientales El ambiente donde se realiza el ensayo debe cumplir con las siguientes condiciones: Temperatura ambiente: (23 ± 2) ºC. Humedad relativa: (50 ± 20) %. 7.6. Incertidumbre de medición: Modelo Matemático: Expresando el error de relación respecto de la relación nominal tendremos:

( ) 1""

"−=

−=

KK

KKKF nn

2"

22

22

" kKn

F uKFu

KFu

n

∂∂

+

∂∂

=

2"

2

22

22

"1

"1

kKF uK

uK

un

−+

=

La incertidumbre de la relación nominal Kn es nula, por ser un entero determinado, por lo tanto, el valor de la varianza de F es:

2"

2

22

"1

kF uK

u

=

Para calcular la incertidumbre de la relación K”, tomamos la expresión (3):

2'

2

3

2"

2

3

2'

22

33"'"

""

'"

RRkk uRKu

RKu

KKu

∂∂

+

∂∂

+

∂∂

=

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2'

2

23

32"

2

3

2'

2

3

3233 '

"'"'

'")"( RRk u

RRKu

RKu

RRKu

−+

+

=

La incertidumbre 'ku es la del patrón de calibración, en relación 300 es de 3.10 -5 ppm.

La incertidumbre '3R

u es del orden 0.002 % medida en la calibración con un multímetro HP 34401

en el rango de 10 Kohm.

La incertidumbre "3Ru es del orden 0.02 % y es la indicada en el puente Schering.

Tomando todos los coeficientes de sensibilidad iguales a la unidad obtenemos:

2"

2KF uu =

Para el error de ángulo tomamos la expresión

( )2314 ."...2 CRCRftg −+= πδδ

22

4

2"

2

3

22

243

"" RRtg u

RKu

Ru

tgu

∂∂

+

∂∂

+

∂∂

=δ

δδ

δδ

No se toman las capacidades como fuentes de incertidumbre

Fuente de Incertidumbre Simbolo Ci ux Distribución A ux/A Ci 2. Vi2

Patrón calibración 'Ku

1 0.003% Normal

1.5 E-5

2.25E-10

Resistencia calibración 3'Ru

1 0.002% Normal 1 E-5 1.00E-10

Resistencia R3 3"Ru

1 0.02% Normal 1 E-4 1.00E-8

Incertidumbre combinada

uc 1.0 E-4

Incertidumbre expandida (K=2)

uF N(95%) 2.0 E-4

Fuente de Incertidumbre Simbolo Ci ux Distribución A ux/A Ci 2. Vi2

tgδ δtgu

1 0.001% Normal

0.5 E-5

2.5E-11

Resistencia R4 4Ru

1 0.002% Normal 1 E-5 1.00E-10

Resistencia R3 3"Ru

1 0.02% Normal 1 E-4 1.00E-8

Incertidumbre combinada

uc 1.0 E-4

Incertidumbre expandida (K=2)

uF N(95%) 2.0 E-4

PEE72: Marzo 2012

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8. Registros de la Calidad

Se conservan registros manuscritos de las observaciones originales, copia de los certificados emitidos, como así también copia de la orden de trabajo, salida de elementos y demás documentación relacio-nada, de acuerdo con el manual de la calidad del INTI- Física y Metrología, capítulo 11.

9. Precauciones

Según el Decreto 937/74, Artículo 1, inciso c, se considera la tarea como riesgosa, debiéndose tomar las precauciones necesarias para evitar un shock eléctrico. Las operaciones de cambio de conexionado deberán ser llevadas a cabo con los circuitos de tensión y corriente desenergizados.

10. Apéndices y anexos

APÉNDICE Nº TITULO

1 Planilla de registro para transformadores de tensión de Alta relación

PEE72 Apéndice 1: Marzo 2012

1 de 1

Planilla de registro para transformadores de tensión de Alta relación

PEE72 - APÉNDICE 1 Hoja 1 de n

PLANILLA DE REGISTRO PARA TV de ALTA RELACIÓN

Fecha Empresa Temp. Marca Humedad Clase O.T. Nº Relaciones

Carga Tipo Frecuencia

Relación % Carga

Bornes secundarios: Valor CAPACITORES

C1: C2:

Valores medidos de calibración U/Un (%) tg(δ) R3' R4 120 100 80

Valores medidos de calibración U/Un (%) tg(δ) R3' R4 120 100 80