exposición transformadores de corriente 2013

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

INTEGRANTES:

Nelly Catherine Barbosa Calderón

César Julián Rubio Ordóñez

Giovanni Alexander Quiñonez González

Jorge Luis Cárdenas Rangel

TEMAS A TRATAR: FUNCIONAMIENTO CLASIFICACIÓN CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS CONEXIONES APLICACIONES ESPECIFICACIONES UBICACIÓN RECOMENDACIONES MANTENIMIENTO PRUEBAS

Por qué utilizar Transformadores de corriente ?

Los transformadores de corriente o intensidad 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.

= Impedancia del devanado de alta tensión = Impedancia propia del devanado de baja tensión = Impedancia de magnetización del transformador = Impedancia de carga del secundario = Corriente primaria = Corriente que alimenta la carga = Corriente de magnetización = Relación de transformación

Cómo funcionan los transformadores de corriente ?

𝑁1 𝐼 1=𝑁 2 𝐼 2

En que se diferencian los CT’s de los transformadores de potencial ?

CONCEPTOTRANSFORMADOR

TENSIÓN CORRIENTE

Norma IEC 60186 60185

Tensión Constante Variable

Corriente Variable Constante

Causa del error

Caída de tensión en serie

Corriente derivada en paralelo

La carga secundaria aumenta cuando

disminuye

aumenta

Conexión del transformador de línes Paralelo Serie

Conexión de los aparatos del secundario Paralelo Serie

𝑍 2 𝑍 2

Qué tipos de transformadores de corriente existen?

Según construcción mecánica

Tipo Devanado primarioTipo Barra

Tipo Boquilla o Bushing

Según construcción eléctrica

Con varios núcleos

Secundario de relación múltiple

Según su ubicaciónDe uso interno

De uso externo

Según su utilizaciónProtección

Mixtos

Combinados

Medición

Este tipo de transformadores tienen arrollamientos primarios que suelen estar constituidos con más de una vuelta. Los devanados primario y secundario están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado

CT’s de devanado primario

CT’s 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.

CT’s tipo boquilla o BushingEl 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.

CT’s con varios núcleosTransformador de corriente con varios devanados secundarios independientes y montados cada uno en su propio núcleo, formando conjunto con el único devanado primario, cuyas espiras enlazan todos los núcleos secundarios.

CT’s con secundario de relación múltiple

La relación de transformación se puede variar por medio de tomas (taps) en las vueltas del devanado secundario, presentan el inconveniente de la reducción de la capacidad en las relaciones más bajas.

CT’s de mediciónSon transformadores de corriente que tienen por función medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente.

CTs de medida para facturación

CT’s de protecciónTienen la función de proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta varias veces la magnitud de la corriente nominal.

Por ejemplo, para bancos de transformadores y transformadores de potencia.

CT de protección para bancos de transformadores CT de protección para transformadores de potencia

CT’s de uso internoSon transformadores de corriente más económicos, y son fabricados para tensiones de servicios hasta de 36 [kV], y con aislamiento de resina sintética. Algunos de estos transformadores tienen uno o varios núcleos ferromagnéticos en ferro silicio o ferroníquel.

Los CT’s de servicio exterior y para tensiones medias son fabricados para soportar condiciones climatológicas, para esto sus aislamientos son diseñados a base de resinas.

CT’s de uso externo

Componentes de un CT

Aislamiento externoEl 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, polvo, niebla etc.

Aislamiento interno

Un caso es aquel en que las partes activas son modeladas en resina 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 es sellada herméticamente con juntas de caucho nitrílico y se le rellena con aceite aislante o gas SF6.

Depende de las características constructivas.

Para potencias de precisión elevadas y grandes intensidades de cortocircuito, el aislamiento interno suele ser de 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 su caja de bornes.

Nivel de Tensión Tipo de Aislamiento

Baja tensión Aislamiento de aire o resina sintética.

Media tensión de uso interno(3 a 25

KV)

Aislamiento de aceite con envolvente de porcelana, o con resina sintética.

Media tensión de uso exterior

Aislamiento de aceite con envolvente de

porcelana, aislamientos en seco.

Alta tensión Aislamiento con papel dieléctrico,

impregnados con aceite y colocados en

una envolvente de porcelana. Caucho de

silicona

Tipos de aislamiento para CT’s

NúcleoLos transformadores de intensidad, tanto de medida como de protección, se constituyen con núcleos de chapa magnética de gran permeabilidad.

1. Chapa con alto porcentaje de silicio.2. Chapa de aleación ferromagnética a base de níquel (30% al 70%) de gran permeabilidad magnética y débil poder de saturación.3. Ídem anterior pero con gran poder de saturación.

Saturación

La corriente de magnetización de un CT depende de:

• Sección y la longitud del circuito magnético• Número de vueltas en el devanado• Características magnéticas de un material.

Para CT’s de medida son utilizadas chapas de gran permeabilidad y de rápida saturación, garantizando así una buena precisión 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.

Para CT’s de protección, se eligen chapas de gran permeabilidad y saturación débil, garantizando el mantenimiento de la relación de transformación para valores de intensidad primaria varias veces superior al valor nominal, con lo cual el secundario puede obtener valores proporcionales a las corrientes de sobrecarga y cortocircuito aptos para poder accionar los dispositivos de protección.

Modelos de CT’s

Terminales

Tomado de [NTC 2205 Tabla 10]

Tabla 2.1. Marcación de los terminales.

Tomado de [Catalogo m7. Transformadores de Medida y Shunts]

Polaridad

Tomado de [Mediciones XII. Ordoñez P. Gabriel]

Figura 2.2. Esquema de conexiones.

Devanado primario se conecta a la línea de AT y el secundario conectado en serie con el medidor (u otro instrumento).

Un lado del secundario es conectado a tierra para proporcionar una protección contra fallas por aislamiento o descargas estáticas.

Conexiones

Figura 2.4. Conexión Estrella. Figura 2.5. Conexión Delta.

Tomados de [Transformadores de corriente TC. Universidad Don Bosco]

Conexiones para cambiar RTC

Figura 2.6. Conexión serie en el primario.

Figura 2.7. Conectados en paralelo en el primario.

Tomados de [Transformadores de corriente TC. Universidad Don Bosco]

Figura 2.8. Diagrama de conexiones para un transformador de corriente.

Aplicaciones

Tomado de [www.esacademic.com]

Los CT´s buscan evitar la conexión directa entre instrumentos de medida y de protección con los circuitos de alta tensión que son peligrosos para los operarios.

Tomado de [Transformadores de Instrumentación Jorge A Jaimes]

CT’s para medidaUtilizados para alimentar instrumentos de medida, contadores de energía y otros instrumentos análogos.

Deben garantizar precisión extendida.

Tomado de [www.oni.escuelas.edu.ar]

Precisión de MedidaPara la medida es indispensable que el error sea muy bajo, normalmente inferior al 1% para efectos comerciales. La clase de precisión se especifica como un porcentaje de error que se garantiza para la corriente nominal, por ejemplo, una precisión de 0.2 significa un error máximo del 0.2% a la corriente nominal. Según la IEC 60044-1.

Tabla 2.2. Límites de error de corriente y desplazamiento de fase para un CT para medida.

Tabla 2.3. Límites de error de corriente y desplazamiento de fase para un CT para medida con aplicaciones especiales.

Tabla 2.4. Límites de error de corriente y desplazamiento de fase para un CT para medida clase 3 y 5.

Tabla 2.5. Límites de error para un CT según la norma ANSI C57.13

- Límites de error de corriente y de desplazamiento de fase

𝐄𝐫𝐫𝐨𝐫𝐝𝐞𝐜𝐨𝐫𝐫𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞=𝐾𝑛 . 𝑖𝑠−𝑖𝑝

𝑖𝑝×100 ,%

: relación de transformación

: corriente del devanado primario

: corriente del devanado secundario cuando se hace efectiva la del devanado primario.

Desplazamiento de fase: diferencia en ángulo entre los vectores e

CT’s para protección

Transformadores utilizados para alimentar relés de protección.

Requieren conservar su fidelidad varias veces la magnitud de la corriente nominal (20 veces y de hasta 30 con redes de altas corrientes).

Tomado de [www.directindustry.es]

Precisión de ProtecciónLa clase de precisión indica el límite superior del error compuesto para la corriente límite de precisión asignada y carga de precisión.

Factor límite de precisión :

Relación entre la corriente límite de precisión asignada y la corriente primaria asignada.

Los valores normales para los factores límites de precisión son: 5 – 10 – 15 – 20 – 30.

Corriente límite de precisión: valor más alto de la corriente primaria asignada para la cual el CT debe cumplir requerimientos de la precisión. Generalmente, coincide con el valor de la corriente de cortocircuito térmica.

Precisión de Protección Dependiendo de las características de su funcionamiento, su núcleo puede ser

de varios tipos.

Según la norma IEC 60044-1 1996 Instrument Transformers - Part I: Current Transformers, para núcleos convencionales se especifica por el porcentaje de exactitud, seguido de la letra P (protección) y por el número de veces la corriente nominal del transformador, al cual se garantiza la exactitud indicada.

Cuando se requiere mas precisión durante los primeros ciclos de la corriente de cortocircuito, se tienen una clases con especificaciones mas exigentes.

Clase PR: Protección con flujo remanente bajo.

Tabla 2.7. Límites de error de los transformadores de corriente para protección.

Clase PX: Son aquellos en cuales se limita el error en la relación de espiras (< ±25%) y a los cuales se les especifica la f.e.m. asignada de codo y la corriente máxima de excitación en este punto.

Funcionamiento Transitorio

El funcionamiento transitorio de los transformadores de corriente se hace relevante cuando éstos se utilizan para protecciones, debido a que durante los cortocircuitos aparecen componentes de corriente continua que incrementan bastante el flujo en el núcleo. Este tipo de CT de protección no se saturan debido a la componente aperiódica de la corriente de cortocircuito.

Figura 2.10. Saturación AC.

Tomado de [Basic of current and voltage transformers. Siemens]

Figura 2.11. Saturación DC.

Figura 2.12. Flujos de corriente DC.

Para los casos en los cuales la saturación por DC afecta en forma considerable los esquemas de protección, es necesario tomar medidas para evitar que ésta se presente.

Existen dos alternativas:

Sobredimensionamiento de los voltamperios de los CT`s.

Utilizar CT`s con precisión para funcionamiento transitorio.

Para que el CT no se sature en condiciones transitorias se puede utilizar el siguiente factor de sobredimensionamiento para aplicarlo a la tensión de saturación:

La ecuación anterior puede llevar a un requerimiento de voltamperios exagerado del CT. Otra alternativa es realizar un cálculo más detallado que tiene en cuenta el tiempo de operación máximo esperado de las protecciones. En éste caso, el CT se dimensiona para que no se sature antes de un tiempo t determinado.

Ts : Constante de tiempo del secundario

TN: Constante de tiempo de la red

Clases de Precisión con Comportamiento Transitorio

La norma IEC 60044-6 define las clases de precisión de transformadores de corriente para condiciones transitorias TPS, TPX, TPY y TPZ.

Tabla 2.13. Límites de error para transformadores de corriente con comportamientotransitorio.

Según ANSILa norma C57.13 la clase precisión está indicada por una letra y seguidaPor un número. El número que corresponde al máximo voltaje terminal secundario que el transformador de corriente producirá a 20 veces la corriente nominal secundaria con un error no mayor al 10%.

Tabla 2.14. Límites de error para CT según C57.13.

Características para la especificación de un CT

Corriente asignada Corriente térmica permanente asignada Corriente de cortocircuito térmica asignada Valor normal de la corriente dinámica asignada Carga de precisión Límites de calentamiento

Características para la especificación de un CT

Tensión máxima de equipo y niveles de aislamiento Frecuencia asignada Clase de precisión Número de devanados secundarios Tipo de instalación (interior o exterior) Medidas y pesos

Corriente asignada

La corriente primaria y secundaria son los valores de corriente que definen el CT y con los cuales esta diseñado.

Los valores sugeridos por la norma IEC 60044-1 (2003) son: 10- 12,5- 15- 20- 25- 30- 40- 50- 60- 75 [A] o sus múltiplos o sus sub-múltiplos decimales. La la define el operador y depende de la red.

Los valores normales de corrientes secundarias asignadas son 1 A, 2 A y 5 A.

Tabla 3.1. Corriente asignada para transformadores de corriente con una o dos relaciones

Corriente térmica permanente asignada

Rigidez térmica:

Valor de corriente que circula permanentemente por el devanado primario, con el secundario conectado a la carga de precisión. Sin exceder límites de calentamiento.

Pero puede definirse como múltiplo.

Corriente de cortocircuito térmica asignada

Valor eficaz de la corriente primaria que el transformador puede soportar durante 1 s, con el secundario cortocircuitado, sin sufrir daños.

Los valores considerados por la norma corresponden con los definidos para la corriente primaria.

Valor normal de la corriente dinámica asignada

Valor de cresta de la corriente primaria que el CT puede soportar sin sufrir daños eléctricos o mecánicos debido a los esfuerzos electromecánicos al tener el secundario cortocircuitado. = 2.5

Carga de precisión

Potencia aparente en [VA], a un factor de potencia determinado. Es el poder de llevar la a través de una carga cumpliendo límites de error.

Según normativa, para la potencia aparente mayor o igual a 5 V·A, el factor de potencia es de 0,8 inductivo. Para potencias aparentes más pequeñas el factor de potencia es la unidad.

2,5 [VA]; 5 [VA]; 10 [VA]; 15 [VA]; 30 [VA]

Límites de calentamiento

No se debe exceder los valores especificados en la tabla 3.3. Para condiciones de servicios y características especificadas.

Clase de aislamiento (IEC 60085)

Límites de

calentamiento [K]

Todas las clases de devanados sumergidos en aceite 60

Todas las clases de devanados sumergidos en aceite y sellados herméticamente 65

Todas las clases de devanados sumergidos en compuesto bituminoso 50

Clases no inmersas en aceite o compuesto bituminoso de las siguientes clases:  Y 45A 60E 75B 85F 110H 135

Tabla 3.2. Límites de incremento de temperatura en transformadores de tensión.

Tensión máxima de equipo y niveles de aislamiento

Tensión más elevada del material

Es la tensión eficaz de línea, más elevada, para la cual el transformador está diseñado, en relación a su aislamiento.

Niveles de aislamientoSe basa en la tensión más elevada del material .

Otros requerimientos:

En devanados con debe soportar la tensión a frecuencia industrial definida en la tabla 3.3, de acuerdo a la tensión soportada al impulso tipo rayo seleccionada para ellos.

El devanado primario debe soportar, también, una tensión de impulso tipo rayo recortada, con valor pico igual a 115% de la tensión de impulso tipo rayo plena.

Tabla 3.3. Nivel de asilamiento asignado para devanados primarios de transformadores con tensión máxima Um ≥ 300 [kV].

Verificación del nivel de aislamiento:

Se realizan descargas parciales con una tensión máxima igual o superior a 7,2 [kV].

Ver la tabla 3.4 para determinar el nivel de descargas parciales, para la tensión de prueba y con el procedimiento definido por la IEC 60044-1 (2003).

Nivel de aislamiento en devanados secundarios:

El valor eficaz de la tensión soportada a frecuencia industrial debe ser de 3 [kV].

Tabla 3.4. Límites de incremento de temperatura en transformadores de tensión.

Requerimiento de aislamiento entre secciones:

Para el caso de devanados secundarios divididos en dos o mas secciones, el valor eficaz de la tensión asignada a frecuencia industrial debe ser de 3 [kV].

Requerimientos para aislamiento externo:

Para transformadores de corriente de uso exterior con aisladores de cerámica susceptibles de contaminación, la línea de fuga para un nivel de polución dado se ve en la tabla 3.5.

Tabla 3.5. Distancia nominal de fuga específica mínima.

Requerimientos para aislamiento externo:

Frecuencia asignadaLa tendencia Europea es de 50 [Hz] y la tendencia Americana es de 60 [Hz]. En Suramérica la frecuencia no está unificada, trabajan a 60 y 50 [Hz].

Tabla 3.6. Frecuencia asignada.

CT’S DE MEDIDA

Gama extendida de corriente:

Es el factor por el cual se multiplica la corriente primaria, para obtener el valor máximo de corriente primaria que un transformador de medida puede conducir en régimen continuo, a frecuencia nominal, sin exceder los límites de elevación de la temperatura.

Los CT’s de gama extendida hasta el 200% pueden soportar 2x y mantiene los límites de error de su clase hasta el 200% de .

Los valores normales para la gama extendida de corriente son 120%, 150%, 200%.

Factor de seguridad asignado:

El parámetro de FACTOR DE SEGURIDAD (FS) nos indica el número de veces de corriente primaria que el transformador es capaz de transferir a los equipos de medida.

Este factor se especifica para proteger los dispositivos conectados a CT’s de medida cuando por el primario circula la corriente de falla.

Número de devanados secundarios

En la elección del tipo de chapa para los núcleos se puede comprender que se instalen núcleos separados cuando se desea tener en un mismo transformador un devanado secundario para medida y otro para protección.

Como se explicó con anterioridad en el secundario también se puede tener un solo devanado con derivaciones.

Tipo de instalación

Interior

Exterior: en tensiones de 115 [kV] y mayores.

Figura 3.2. CT tipo soporte.

Figura 3.1. CT tipo pasatapas.

Medidas y pesos

Especificación

UBICACIÓN DE LOS CT’S SEGÚN LA

CONFIGURACIÓN DE LA SUBESTACIÓN

Doble barra

Pueden ir adyacente al interruptor o al lado de la línea. La primera opción es la más utilizada ya que durante el mantenimiento el CT permanece aislado de la línea.

El campo de acoplamiento requiere de CT para la protección diferencial de las barras.

By pass o Paso directo, Transferencia o Interruptor

punteable

Siempre debe estar al lado de la línea para así mantener las protecciones de las líneas intactas cuando se efectúa mantenimiento al interruptor y evitar conmutación de secundarios.

Interruptor y medio

Los CT’s asociados al interruptor de barra deben estar localizados al lado opuesto de la barra

Los CT’s asociados al interruptor central pueden estar localizados a cualquier lado del interruptor.

Se acostumbra a poner un CT a cada lado del interruptor central para obtener el traslapo de las zonas de protección.

Anillo

Pueden estar colocados a cualquier lado de los interruptores pero preferiblemente se ubican al mismo lado todos ellos.

Recomendaciones

No se debe dejar el secundario abierto.

Por lo cual no existirá f.m.m. secundaria que se oponga. Se pueden producir tensiones de decenas hasta miles de voltios en el secundario.

Si aumenta( es muy grande): Los parámetros del CT que trae el fabricante

cambia. El núcleo se satura. Se reduce la vida útil del transformador. El núcleo se sobrecalienta deteriorando los

aislamientos del conductor y provocando una posible explosión del transformador.

El ángulo de desfase entre e es totalmente diferente ya que ya no se desprecia como antes.

Como conclusión se puede inferir que no se debe proteger el secundario con fusibles.

Se transportan en posición vertical. Tras la recepción, debe comprobarse si los

embalajes muestran señales de golpes, manipulaciones defectuosas, señales de aceite, aisladores rotos o defectuosos ,fugas de aceite, etc.

Evitar que el aceite se extienda o introduzca en el alcantarillado, zanjas o ríos mediante la utilización de arenas, absorbentes u otras barreras apropiadas, si esto sucede recoger el aceite y enviarlo y tratarlo según la legislación local.

Mantenimiento

1. Efectuar la toma de lectura de las corrientes, tensiones de carga, temperatura del aceite y de los devanados.

2. Revisión del nivel de aceite, realización de una cromatografía del aceite así como una inspección de posibles fugas.

3. Realizar una inspección visual y limpieza de los aisladores.

4. Efectuar una revisión del sistema de puesta a tierra.

5. Realizar reparaciones menores.

6. Inspección interna de las partes mecánicas del transformador.

PRUEBAS DE FÁBRICA

Se clasifican en:

Pruebas tipo

Pruebas de rutina

Pruebas opcionales

PRUEBAS TIPO

Corriente de cortocircuito de corto tiempo Elevación de temperatura Tensión de aguante al impulso por rayo Tensión de aguante al impulso por maniobras Tensión de aguante a baja frecuencia en húmedo Determinación de errores Tensión de radiointerferencia

PRUEBAS DE RUTINA

Verificación de la identificación de terminales Tensión soportada a frecuencia industrial en devanados

primarios y medida de las descargas parciales Tensión soportada a frecuencia industrial en devanados

secundarios Tensión soportada a frecuencia industrial entre secciones Sobretensión entre espiras Determinación de los errores de acuerdo con los

requerimientos de la clase de precisión

PRUEBAS ESPECIALES

Prueba de impulso tipo rayo recortado Medida de capacitancia y del factor de disipación dieléctrico Pruebas de múltiples impulsos en el devanado primario Pruebas mecánicas

GRACIAS