Escuela profesional de ingeniería mecánica eléctrica

"TRANSFORMADORES DE CORRIENTE "

PRESENTADO: SALGUERO SOLIS JHON LEONARDO

LLANOS MAMANI JIMY

LOPEZ TICONA NELSON

SEMESTRE: X

DOCENTE: ING. LEONARDO PAYE COLQUEHUANCA.

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

I.- INTRODUCCIÓN

Transformadores de corriente es un transformador de medición que tiene como función reducir los

valores normales y no peligrosos de corriente en un sistema eléctrico. Con el fin de permitir el empleo

de aparatos de medición normalizados, por consiguiente más económicos y que pueden manipularse

sin peligro.

II.- MARCO TEORICO

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

menor a la del circuito. Es de aclarar que un transformador de corriente por su aplicación se puede

subdividir en transformador de medición y transformador de protección, no obstante los

transformadores se diseñan para realizar ambas funciones y su corriente nominal por secundario

puede ser de 1 ó 5 Amperios, es decir desarrollan dos tipos de funciones, transformar la corriente y

aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión.

Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser 600 / 5, 800 / 5, 1000 / 5. Los valores nominales de los transformadores de corriente son de 5 A y 1 A.

Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control.

El primario del transformador se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el

secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de

protección que requieran ser energizados.

III.- FUNCION DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Los transformadores de corriente se utilizan para medir las corrientes en las redes de distribución o

para detectar las corrientes de falla presentes en el sistema. Por lo tanto se pueden distinguir dos

tipos: los Transformadores de Corriente de Medida, orientados a medir las corrientes con un mínimo

error de acuerdo a Norma, y además proteger los instrumentos conectados en el lado secundario

saturándose en caso de que las corrientes a medir aumenten debido a una falla; y los

Transformadores de Corriente de Protección que detectan las corrientes de falla y permiten la

operación de los elementos de protección.

Los Transformadores de Corriente están diseñados para la medición de corriente, en baja y media

tensión de los sistemas eléctricos de distribución trifásicos o monofásicos de hasta 25 [kV]. La razón

de corrientes entre el primario y secundario se diseña de acuerdo a lo requerido por el cliente,

pudiendo fabricarse con razones múltiples.

IV.- CIRCUITO EQUIVALENTE DEL TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

En el diagrama:

ZH = Impedancia propia del devanado de alta tensión.

ZL = Impedancia propia del devanado de baja tensión.

ZM = Impedancia de magnetización del transformador.

ZC = Impedancia de carga en el secundario.

IH = Corriente primaria.

IL = Corriente que alimenta a la carga.

IM = Corriente de magnetización.

1: N = Relación de transformación “RTC”.

Consideraciones:

El devanado primario está conectado en serie con la línea o alimentador, por lo que la corriente

primaria IH es la misma de la línea y la impedancia ZH es lo suficientemente pequeña que

puede ser despreciada.

La impedancia de carga ZC es la resultante de la conexión en serie de las bobinas de corriente

de los equipos de protección y medición que el “TC” debe alimentar, esta tendrá siempre una

magnitud pequeña para ofrecer una oposición mínima al paso de corriente y no sacar al “TC”

de sus características de diseño.

4.1.- CARACTERISTICAS DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.

Los transformadores de corriente son diseñados, fabricados y probados de acuerdo a Normas

Internacionales. Son equipos robustos e invariables, para operación continua en cualquier parte de los

sistemas eléctricos.

En los de medida su clase de precisión tiene un mínimo error de magnitud y de ángulo, asegurando la

exactitud aun cuando las variables medidas varíen desde un 10 al 110% de su valor nominal.

Los transformadores de corriente son capaces de soportar las corrientes de cortocircuitos que puedan

aparecer en las redes, protegiendo al instrumento asociado, y soportar las posibles sobretensiones

transitorias que puedan aparecer en el sistema.

Los transformadores de corriente de clase 15[kV] y superiores, son sumergidos en aceite mineral

instalándolos en un estanque metálico, que cuenta con mochila de montaje a un poste. En la tapa del

estanque se encuentran los aisladores de media tensión y una caja sellada que contiene los terminales

secundarios. El sistema está diseñado para que no sea posible intervenir las conexiones de los

secundarios estando el equipo energizado.

V.- TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN

Tipo Devanado Primario: este como su nombre lo indica tiene más de una vuelta en el primario, los devanados primario y secundario están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, esta construcción permite mayor precisión para bajas relaciones.

Tipo Barra: los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, el devanado primario consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un núcleo.

Tipo Boquilla O Bushing: el devanado secundario está completamente aislado y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado. El conductor primario pasa a través del núcleo y actúa como devanado primario.

VI.- TIPOS DE TRANSFORMADORES SEGÚN SU APLICACIÓN.

Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección, mixtos o combinados

Transformador de medición: Son los transformadores cuya función es medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente, su precisión debe garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal del orden del 10% hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal.

Transformador de protección: Son los transformadores cuya función es proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir 30 veces la corriente nominal.

Transformadores mixtos: En este caso, los transformadores se diseñan para una combinación de los dos casos anteriores, un circuito con el núcleo de alta precisión para los circuitos de medición, y uno o dos circuitos más, con sus núcleos adecuados para los circuitos de protección.

Transformadores combinados: Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensión, mayormente usados en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

VII.- DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES BÁSICOS DE LOS TRANSFORMADORES DE

CORRIENTE.

Muestra las partes de un transformador de corriente modelo CH.

Aislamiento externo: es el que consta de una envolvente de cerámica con una línea de fuga lo

suficientemente larga como para que ningún arco pueda saltar bajo condiciones de contaminación como lluvia, niebla, polvo etc.

Aislamiento interno: varía según sus características constructivas, puede ser un aislador construido con cartón prespán impregnado en aceite para el conjunto de los núcleos y arrollamientos secundarios, y otro puede ser a través de moldes de resina de epoxi que las fija, las separa y las aísla, existiendo una cámara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de resina.

Núcleo: los TC de medida y protección tienen un núcleo de chapa magnética de gran

permeabilidad, cabe diferenciar que si es un transformador de medida, el núcleo a utilizar es de chapa de rápida saturación, mientras que si es un transformador de protección la chapa a utilizar será de saturación lenta. Con esta distinción de núcleos se garantiza que cuando se utiliza una chapa de rápida saturación para transformadores de medición, se tendrá una buena precisión en la medida para corrientes primarias no superiores al 120% de la corriente primaria nominal, mientras que las sobre intensidades y cortocircuitos no se transfieren al secundario gracias a la rápida saturación de la chapa.

Arrollamiento primario: es de pletina de cobre electrolítico puro, en barra pasante o formando varias espiras distribuidas por igual alrededor del núcleo.

Arrollamiento secundario: es de hilo de cobre electrolítico puro, esmaltado, uniformemente distribuido alrededor del núcleo.

Bornes terminales primarios: pueden ser de latón, bronce o aluminio, están ampliamente

dimensionados y son de forma cilíndrica, planos o con tornillos.

Bornes terminales secundarios: son de latón y se hayan alojados en una caja de bornes de baja tensión estanca.

7.1.- IDENTIFICACIÓN DE BORNES

Los bornes de los arrollamientos primario y secundario deben poder ser identificados con fiabilidad,

para ello la norma IEC 60 185 se indica el criterio a seguir para su nomenclatura, siendo aquellos

bornes que empiecen con P y C, los del arrollamiento primario, y los que empiecen con S los del

arrollamiento secundario. En la siguiente figura se visualizan diferentes casos:

7.2.- CONDICIONES DE SERVICIO.

Los transformadores de corriente son apropiados para su empleo bajo las siguientes condiciones de servicio, según IEC 60185.

Temperatura ambiente. Temperatura máxima 40°C Valor máximo de la media en 24 horas 35°C

Temperatura mínima. Transformadores para interiores -5°C Transformadores para intemperie -25°C

Humedad relativa del aire. Transformadores para interiores hasta 70% Transformadores para intemperie hasta 100%

7.3.- REQUERIMIENTOS DE AISLACIÓN.

El nivel de aislación nominal del bobinado primario de un transformador de corriente está en relación con la máxima tensión permanente admisible del servicio del sistema. Para bobinados comprendidos entre 3.6kV o superiores, pero menores de 300kV, el nivel de aislación nominal es determinado por las tensiones nominales resistidas a frecuencia industrial e impulso de rayo y deben ser elegidas según la siguiente tabla según la IEC 60 185/95.

Tabla 1.Nivel de aislación según tensión nominal resistida a frecuencia industrial y a impulso de Rayo.

7.4.- REQUERIMIENTOS DE EXACTITUD.

Los transformadores de corriente para medida son aquellos especialmente concebidos para alimentar equipos de medición, siendo una de sus características fundamentales el hecho de que deben ser exactos en las condiciones nominales de servicio. El grado de exactitud de un transformador de medida se mide por su clase o precisión, la cual nos indica en tanto porciento el error máximo que se comete en la medida . La norma IEC especifica que la clase o precisión debe mantenerse siempre y cuando la corriente que circula por el arrollamiento primario se encuentre por debajo del 120% de la corriente primaria nominal, debiendo también mantenerse dicha precisión cuando la carga conectada al secundario del transformador este comprendida entre el 25% y el 100% de la carga nominal. La siguiente tabla muestra la precisión en transformadores de corriente para distintos valores porcentuales de carga en circuito secundario.

Tabla 2.Clase de precisión en TC de medición bajo diversas cargas en valor porcentual.

Ahora los transformadores de corriente de protección son los destinados a alimentar relés de

protección, por lo que deben garantizar una precisión suficiente para corrientes primarias que sean

varias veces superiores a la corriente primaria nominal.

Por ejemplo 10 P 30 significa que el TC de protección presenta un error del 10% a una corriente 30

veces mayor a la nominal.

7.5.- POTENCIA Y CARGA ADMISIBLE PARA TC.

Según la norma ANSI debe tomarse en cuenta la siguiente tabla donde se especifica según la clase de transformador de corriente un valor normado de Potencia en VA y la carga admisible en Ohmios.

Tabla 4.Potencia y carga admisible para diversas clases de TC.

7.6.- ELECCIÓN DE UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE.

Tipo de instalación: si es de interior o intemperie. Se deberá tener en cuenta la altitud para alturas superiores a 1.000 metros sobre el nivel del mar.

Nivel de aislamiento: definido por tensión máxima permanente admisible de servicio en kV.

Relación de transformación nominal: las relaciones de transformación nominal deberán ser normalizadas, tal y como quedan indicadas en la norma IEC. Se recomienda no seleccionar un transformador de corriente con una corriente primaria excesivamente elevada con respecto a la que le corresponda, dado que de ello depende que se mantenga la precisión del transformador.

Clase de precisión: se seleccionará la clase de precisión en función de la utilización que vaya a recibir el transformador.

Potencia nominal: según la carga a conectar en el secundario se adoptará uno de los valores de potencia de precisión especificados en la norma. Conviene no sobredimensionar excesivamente la potencia del transformador. Si el secundario tiene una carga insuficiente, se puede intercalar una resistencia para compensar.

Frecuencia nominal: si no se especifica otra distinta, se tomará por defecto 50 Hz caso contrario 60Hz.

Número de secundarios: si se desea realizar medida y protección a partir de un mismo transformador, serán necesarios tantos secundarios como usos se deseen obtener del mismo.

7.7.- DESCRIPCIÓN DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

Los componentes básicos son : Aislamiento externo: el aislamiento externo consta de una envolvente cerámica con una línea de fuga lo suficientemente larga como para que ningún arco pueda contornear bajo condiciones de contaminación, como lluvia, niebla, polvo, etc. Aislamiento interno: puede variar según sus características constructivas. Un caso es aquél en que las partes activas se moldean en resina de epoxy que las fija, las separa y las aísla, existiendo una cámara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de resina. Esta cámara se sella herméticamente con juntas de caucho nitrílico y se la rellena con aceite aislante o gas SF6. Existe otro tipo constructivo, indicado para potencias de precisión elevadas y grandes intensidades de cortocircuito, en que el aislamiento interno suele ser cartón prespán impregnado en aceite para el conjunto de los núcleos, arrollamientos secundarios y la bajante de los conductores que unen los arrollamientos secundarios con sus cajas de bornes. Núcleo: los transformadores de intensidad, tanto de medida como de protección, se construyen con núcleos de chapa magnética de gran permeabilidad. Cabe diferenciar que cuando un núcleo va destinado para un transformador de medida se utiliza una chapa de rápida saturación, mientras que si va destinado para protección, la chapa a utilizar será de saturación débil o lenta. Arrollamiento primario: es de pletina de cobre electrolítico puro, en barra pasante o formando varias espiras distribuidas por igual alrededor del núcleo. Existe la posibilidad de construir el arrollamiento partido con acceso a los extremos de cada parte para que a base de realizar conexiones en serie o paralelo de las partes del arrollamiento, se puedan obtener diferentes relaciones de transformación. Arrollamiento secundario: es de hilo de cobre electrolítico puro, esmaltado, uniformemente distribuido alrededor del núcleo. Existe la posibilidad de cambio de relación de transformación por tomas secundarias. Es el arrollamiento que alimenta los circuitos de intensidad de los instrumentos de medida, contadores, y relés. Bornes terminales primarios: pueden ser de latón, bronce o aluminio, están ampliamente dimensionados y son de forma cilíndrica, planos o con tornillos. Bornes terminales secundarios: son de latón y se hallan alojados en una caja de bornes de baja tensión estanca.

VIII.- MANTENIMIENTO DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

El mantenimiento de los transformadores de corriente es basado en la determinación de la resistencia de su aislamiento junto con la medición de la rigidez dieléctrica de su aceite.

8.1.- PRUEBAS PARA OBTENER UN DIAGNOSTICO ACERCA DEL ESTADO DEL

TRANSFORMADOR

Las más comunes son pruebas del factor de potencia del aislamiento, contenido de humedad, tensión interfacial, acidez, entre otras. Para ello es necesario contar con un plan de mantenimiento preventivo donde se establezca todas las actividades a que requiera realizar.

8.2.- IMPORTANCIA DEL MANTENIMIENTO PREVENTIVO EN LOS TC

El mantenimiento preventivo de los transformadores de corriente representa una herramienta clave en la gestión de las redes de transmisión y distribución eléctrica. Los sistemas eléctricos requieren de máxima confiabilidad y aunque el riesgo de falla en un transformador es bajo, cuando la falla ocurre inevitablemente se incurre en altos costos de reparación y largos periodos de espera. Por otro lado, los transformadores son equipos de costoso reemplazo, por lo que se debe contar con un adecuado programa de mantenimiento para prolongar su vida útil.

IX.- SERIE DE ACTIVIDADES QUE SE DEBE EFECTUAR PARA EL MANTENIMIENTO

DEL TRANSFORMADOR DE CORRIENTE DE LOS CUALES SE MENCIONAN A

CONTINUACIÓN:

1.-Efectuar la toma de lectura de las corrientes, de los voltajes de carga y de la temperatura del aceite así como la de los devanados. 2.-Revisión del nivel de aceites. 3.-Verificar la existencia de fugas de aceite en tuberías y uniones del tanque. 4.-Revisión de la válvula de sobrepresión. 5.-Realizar una inspección visual de los pasatapas/aisladores y pararrayos en busca de rajaduras, grado de limpieza y contaminación, así como también se efectuar la revisión el sistema de puesta a tierra. por otro lado se debe realizar una cromatografía de gases del aceite. 6.-Limpieza del pasatapas y aisladores. 7.-Realizar reparaciones menores (cambio de pernos en mal estado, cambio de empaquetaduras en mal estado, ajuste de conexiones y pernos, etc.). 8.-Efectuar una limpieza completa de los equipos de desconexión del transformador junto con la lubricación de los mismos. 9.-Efectuar una inspección interna al transformador y a las partes mecánicas, eléctricas internas y especialmente los contactos del cambiador de taps.

EQUIPO QUE SE USA PARA REALIZAR MEDICIONES DIELÉCTRICAS Dirana: Se usa obtener información útil sobre el estado del aislamiento de alta tensión midiendo su respuesta dieléctrica. Mediante del mismo se pueden determinar el contenido de humedad, contaminación, subproductos y efectos de la temperatura. Se emplea para calcular el contenido de humedad del aislamiento de papel-aceite.

CONCLUSIÓN Como se mencionó al inicio, el mantenimiento preventivo del transformador es esencial para alargar su vida útil. La mayoría de las fallas producidas en estos equipos pueden ser atribuidas por el deterioro de su sistema de aislamiento, por lo tanto se recomienda pruebas en periodos determinados orientado a combatir a los factores (humedad, oxigeno, calor y contaminación) que inciden en el deterioro del sistema de aislamiento del transformador.

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE CTA 145 SERIE BALTEAU DE ALSTHOM.

1. Diafragma. 2. Domo metálico. 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. 12. Conexiones secundarias. 13. Grampas sujeción aislador. 14. Caja de terminales secundarios. 15. Base metálica de fijación.

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE QDR 123 A 245 KV SERIE BALTEAU DE

ALSTHOM.

1. Caperuza de aluminio o domo. 2. Diafragma de goma corrugada. 3. Indicador de nivel de aceite. 4. Descargador. 5. Bornes para cambio relación. 6. Bornes terminales primarios. 7. Bobinado primario. 8. Bobinados secundarios. 9. Aislación de papel aceite. 10. Cabezal de resina sintética. 11. Grampas superiores de fijación.

12. Aislador de porcelana. 13. Aceite aislante. 14. Blindaje de baja tensión. 15. Conexiones secundarias. 16. Grampas inferiores de fijación. 17. Base metálica de fijación al pedestal. 18. Caja de terminales secundarios.