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2.- Transformadores de medida .

Los transformadores de medida son aparatos especiales destinados a alimentar instrumentos de medida como contadores, relés, amperímetros, voltímetros y aparatos similares. Se dividen en Transformadores de Corriente, comúnmente llamados TA,TC, en los cuales, la corriente secundaria es prácticamente proporcional a la corriente primaria, y en Transformadores de Tensión, comúnmente llamados TV, TT, en los cuales la tensión secundaria es prácticamente proporcional a la tensión primaria con todas las ventajas que conlleva.

Estos transformadores permiten separar circuitos adoptando al mismo tiempo las magnitudes de la red a la de los instrumentos que generalmente están normalizados en unos valores de 5 A para los amperímetros y 110 V para los voltímetros.

Los transformadores de medida deben garantizar el aislamiento necesario para la seguridad del personal, además deben reproducir con la mayor precisión las magnitudes primarias de acuerdo con la relación de transformación correspondiente, para no dar errores en las medidas efectuadas con los aparatos. Las características que definen un transformador de medida vienes recogidas en la norma UNE 21088.

En el funcionamiento ideal, la relación que liga las variables del primario como del secundario es:

Transformador de tensión:

VPVS

= NPNS

=Kv

Transformador de corriente:

IPIS

= NSNP

=Ki

2.1.-TRANSFORMADOR DE TENSION.

A diferencia con los transformadores de potencia, debido a la alta impedancia de la carga conectada, el transformador de tensión funciona casi en vacío y de esta forma la caída de tensión interna es muy pequeña. El transformador de

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tensión debe proporcionar una tensión en el secundario proporcional a la tensión primaria.

Idealmente conviene que se cumpla:

V 1V 2

=Kv

V 2=V 1Kv

V1: Voltaje en el primario.

V2: voltaje en el secundario.

Si se tiene en cuenta, la tensión primaria, la tensión secundaria referida al primario y la corriente de carga:

De acuerdo con la ecuación anterior deben procurarse que las caídas de tensión sean lo más mínimas posibles. Por ello los transformadores de tensión deben presentar una reactancia pequeña y una corriente de carga reducida, lo cual obliga a diseñar el sistema con poco flujo de dispersión y un circuito magnético que necesite una pequeña corriente de vacío.

Las tensiones primarias de los transformadores de tensión están normalizadas en los valores asignados siguientes.

110 220 385 440 2200 3300 5500 6600 1100013200 16500 22000 27500 33000 44000 55000 66000 110000

La tensión secundaria asignada está normalizada en 110 V.

Los transformadores de tensión se definen según su carga asignada en VA, denominada también potencia de precisión, que es la máxima carga que puede conectarse a su secundario. Para que el error de medida este comprendido dentro de los márgenes indicados por el constructor. Los valores normales de la potencia de precisión para un factor de potencia de 0.8 son:

100 VA 150VA 200VA 300 VA 400 500 VA

En necesario hablar de los errores en los transformadores de tensión:

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Error de relación o de tensión:

Que indica la desviación porcentual de la tensión realmente existente en el secundario V2, con respecto a la que debería de existir si el transformador fuera ideal es decir:

Error de fase o de ángulo:

Que es la diferencia de fase existente entre los vectores de la tensión primaria V1 y secundariaV2 con respecto a la que debería existir si el transformador fuera ideal y se mide en minutos.

Este error tiene importancia cuando se trata de medir la energía, por ejemplo:

En el caso de que el secundario de un transformador de tensión alimente la bobina voltimetrica de un vatímetro o contador, entonces en este caso se alteraría el valor real del ángulo formado por V1 e I1.

De acuerdo con los errores anteriores se disponen en la práctica de las siguientes clases de precisión 0,1 0,2 0,5 1 y 3 que indican el error

máximo de permitido cuando el transformador se carga con su potencia asignada.

DIAGRAMA DE CONEXIÓN UN TRANSFORMADOR DE TENSION:

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Ilustración 1: Transformador de tensión alimentando un voltímetro.

Ilustración 2: Transformador de tensión

En esta tabla se indican los valores de los consumos en VA de los aparatos de medida más frecuentes que se pueden conectar a un transformador de tensión.

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Algo que recordar…

En el transformador de tensión interesa que los errores en la relación de transformación y los errores de ángulo entre tensión primaria y secundaria se mantengan dentro de ciertos límites. Esto se obtiene sobredimensionando tanto el núcleo magnético como la sección de los conductores de los enrollados.

La magnitud de los errores depende de la característica de la carga secundaria que se conecta al transformador de potencial.

Para su clasificación desde el punto de vista de la precisión (error máximo en la relación de transformación) las diversas normas sobre transformador de potencial exigen que los errores se mantengan dentro de ciertos valores para determinadas características de la carga.

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2.2.-TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD.

Tienen por objetivo reducir la corriente de la red a valores más apropiados a escalas de los instrumentos 5 A en general o a veces a 1 A a plena escala. Se conecta en serie con la línea, en el secundario se conectan en serie los amperímetros y bobinas amperimetricas de los aparatos de medida. Debido a la baja impedancia de estos aparatos los transformadores dede intensidad trabajan prácticamente a corto circuito, por ello se emplean bajas inducciones en el núcleo menor a unos 0.3 Teslas

Idealmente se debe cumplir que:

I1=I’2+Io

I 1=Ki∗I 2

I’2= corriente secundaria referida al primario.

Io = corriente de vacío

Para que se cumpla la relaciona anterior es necesario que el circuito magnético este muy bien diseñado para hacer despreciable Io frente a I1 o I’2. Sin embargo en este tipo de transformadores es interesante observar que no influyen en la medida los posibles flujos de dispersión.

¿Por qué debe evitarse dejar en circuito abierto un transformador de intensidad?

En los transformadores de intensidad la f.m.m. primaria esta contrarrestada por la f.m.m. secundaria; si por cualquier circunstancia se abriera este ultimo circuito, de acuerdo con la ecuación:

I1=I’2+Io

Se tendría que: I1=Io; es decir, toda la f.m.m. del primario se convertiría en f.m.m. de excitación la cual no ha variado porque I1 es una corriente que depende de la red, y esto hace crecer peligrosamente el flujo, lo cual lleva consigo un aumento en las perdidas en el hierro y en las tensiones del secundario peligrando la vida de los aislantes y la seguridad del personal.

Si se desea cambiar una carga, se debe tomar en cuenta que:

Se interrumpe el servicio de la línea para proceder con el cambio necesario.

Se puede realizar la operación sin desconectar la red, si previamente se cortocircuita el secundario del transformador de intensidad.

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Los transformadores de intensidad están normalizados en los valores asignados siguientes:

5,

La corriente secundaria asignada esta normalizasa en 5 A y tambien se utiliza la escala de 1 A.los transforadores de intensidad de manera analoga a los de tension se definen según ea el valor de su potencia asiganda en VA, existen :

10, 15, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300 y 400 VA, que es la maxima craga que puede conectarse asu secundario para que el error de la medida este comprendido en los valores indicados por el fabricante.

Error de relación:

Que indica la desviación porcentual de la corriente reamente existente en el secundario con respecto a la que debería existir si el transformador fuera ideal es decir:

Error de fase.

Es la diferencia de fase existente entre los vectores I1 e I2 y se expresa en minutos.

Las clases de precisión son idénticas a las expresadas en los transformadoras de tensión.

DIAGRAMA DE CONEXIÓN UN TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD.

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Ilustración 3: Transformador de intensidad.

En la siguiente tabla se muestra algunos aparatos que se conectan al secundario de un transformador de intensidad.

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Algo que debemos recordar…

Los errores en un transformador de corriente son debidos a la energía necesaria para producir el flujo en el núcleo que induce la tensión en el devanado secundario que suministra la corriente a través del circuito secundario. Los amperevueltas totales disponibles para proporcionar la corriente al secundario son iguales a los amperevueltas del primario menos los amperevueltas para producir el flujo del núcleo.

Un cambio en la carga secundaria altera el flujo requerido en el núcleo y varía los amperevueltas de excitación del núcleo; el flujo de dispersión en el núcleo cambia las características magnéticas del mismo y afecta a los amperevueltas de excitación.

En la práctica los transformadores de corriente y de tensión se encuentran combinados en las instalaciones para medir: intensidad, tensión, potencia, energía etc. A continuación se muestra una disposición típica (se ha elegido una red monofásica para dar mayor sencillez al esquema). Se observa que las bobinas amperimetricas están conectadas en serie, mientras que las voltimetricas están conectadas en paralelo.

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Ilustración 4:Transformador de intensidad y de tensión en un equipo de medida.

En las instalaciones eléctricas existen también transformadores de intensidad y de tensión que se emplean para alimentar aparatos de protección automática (relés) de los diversos equipos del sistema: generadores, transformadores etc.