Capitulo 3Transformadores de instrumento

3.1 Introducción

Este capítulo trata de los transformadores de medida referidos para protección. El diseño de estos dispositivos se analiza únicamente en función de la aplicación y el uso de los transformadores de medida en aplicaciones de protección.

3.2 Transformadores de corriente

Un transformador de corriente transforma la corriente de línea en valores adecuados para el uso de relevadores de protección estándar y aíslan contra los altos voltajes de línea a los relevadores de protección. Un transformador de corriente consta de dos bobinas, designadas como primario y secundario y está aislada una de otra. En el 3.2.1 se mencionan los diferentes tipos de bobina primaria. El secundario es devanado en un núcleo de hierro. El devanado primario está conectado en serie con el circuito de corriente de la línea que se requiere medir, y en secundario se conectan los dispositivos de protección, instrumentos, medidores y dispositivos de control. El devanado secundario suministra una corriente proporcional en relación con la corriente primaria.

3.2.1 Tipos de transformadores de corriente.

Los cuatro tipos más comunes de transformadores de corriente son los siguientes:

a. Tipo devanado primario: Este como su nombre lo indica tiene más de una vuelta en el devanado primario. Los devanados primario y secundario están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado. Esta construcción permite mayor precisión para bajas relaciones

Fig 3-1 TC tipo devanad primario

b. Tipo barra: Los devanados primario y secundario están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado. El devanado primario consiste en un conductor recto en forma de barra, varilla o tubo que pasa por la ventana de un núcleo.

Fig 3-2 TC tipo barra

c. Tipo Ventana: Un transformador tipo ventana tiene el devanado secundario completamente aislado y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado. El conductor primario pasa a través de núcleo y actúa como devanado primario.

Fig 3-2 TC tipo ventana

3.2.2 Relación.

Es la relación de la corriente nominal de servicio del transformador y su corriente nominales secundaria, el estándar más usado es de 5 Amps en el secundario.La IEEE Std C57.13-1993 designa ciertas relaciones estándar. Estas relaciones se muestran en la tabla 3-1 y tabla 3-2.

Tabla 3-1 Valores nominales de TC tipo bushing multirelacion

Tabla 3-1 Valores nominales de TC con una o dos relaciones.

3.2.3 Aplicación

1) Capacidad de corriente continúa. Es la capacidad de corriente que el TC puede manejar constantemente sin producir calentamientos y errores apreciables. Si la corriente del secundario de un TC está entre 3 y 4 Amps cuando la corriente del primario esta a plena carga se dice que el transformador es bien seleccionado. La máxima capacidad de corriente continua debe ser igual o superior a la capacidad del circuito donde se utiliza el TC. La magnitud de corriente de inrush también debe ser considerada, en particular con respecto a su efecto sobre contadores, relevadores y otros dispositivos conectados. Por ejemplo un TC 600/5 se recomienda usarlo en un circuito con una corriente a plena carga de 400 Amps.

2) Factor de capacidad de corriente térmica continúa. El factor de capacidad de corriente térmica continua es suministrado por el fabricante del TC. Identifica la capacidad de corriente que se puede llevar sin exceder el aumento de la temperatura límite para una temperatura ambiente en el aire de 30 °C. La corriente continua se multiplica por el factor de capacidad para determinar la corriente máxima. (Cuando un TC es incorporado como parte integral de un transformado o interruptor automático, se debe de considerar el promedio de temperatura permisible en los devanados y los limites de temperatura en los puntos calientes en condiciones especificas de grandes aparatos). El factor de capacidad es 1.0, 1.33, 1.5, 2.0, 3.0 o 4.0: por ejemplo un TC 100:5 con un factor de capacidad de 1.5 se podrá operar por arriba de los niveles de corriente de 150:7.5 (Corriente primaria de 150 A y corriente secundaria de 7.5 A).

Los dispositivos secundarios deber ser evaluados para la capacidad de carga continua antes de que el TC sea operado por encima de una corriente secundaria de 5 A. El daño puede ocurrir en los medidores y los relevadores en caso de operar por encima de esos límites.

3) Capacidad térmica de tiempo corto: La capacidad térmica de corto tiempo es la máxima capacidad de corriente simétrica RMS que el transformador de corriente puede soportar por 1s con el secundario en corto circuito sin sobrepasar la temperatura límite en cualquier devanado. En la práctica esta se calcula como:

Térmica (KA) = Potencia de Corto Circuito (MVA)/ (1.73* Tensión (KV)).

Como la potencia de precisión varía sensiblemente con el cuadrado del número de amperes vueltas del primario, para un circuito magnético dado, la precisión de los TC hechos para resistir grandes valores de corriente de corto circuito, disminuye considerablemente.

4) Capacidad mecánica de corto tiempo: La capacidad mecánica de corto tiempo es la máxima corriente que el TC es capaz de soportar en el primario sin sufrir daños, con el secundario en corto circuito. Esta capacidad solo se refiere a los TC tipo devanado. En la práctica esta corriente se calcula como:

I Dinámica (KA) = 2.54 * I Térmica

5) Voltaje nominal del sistema: Los TC normalmente están diseñados para operar continuamente en un 10% por encima de valor nominal de la tensión del sistema. Los voltajes nominales estándares del sistema para la mayoría de las aplicaciones industriales son 480 V, 600 V, 2400 V, 4160 V, 12470 V Y 14400 V. Es una práctica común aplicar TC tipo ventana de 600 V nominal en sistemas con voltajes más altos. Esta práctica se hace pasando conductores totalmente aislados por la ventana del TC. La función del aislamiento del conductor con el aislamiento del primario del TC proporcionan una instalación completamente nominal.

6) Nivel de aislamiento básico de impulso (BIL) contra el voltaje nominal del sistema: Los valores se dan en la Tabla 3-3.

Tabla 3-3 BILs para TCs

3.2.4 Precisión

El funcionamiento de los relevadores de protección depende de la precisión de transformación de los transformadores de corriente, no solo de las corrientes de carga sino también de todos los niveles de corriente de falla. La precisión puede ser visualizada como la forma de onda en el secundario a la forma de onda en el primario. La forma de onda y la diferencia de fase son los dos componentes para la clasificación de la precisión. La precisión en elevadas sobre corrientes de penden de la sección transversal del núcleo de hierro y el número de vueltas en el secundario. Cuanto mayor es la sección del núcleo de hierro, el flujo se puede desarrollar antes de la saturación. La saturación da como resultado un rápido aumento del error de relación. Cuanto mayor sea el número de vueltas secundarias, menor es el flujo requerido para que la corriente secundaria circule a través del relevador. Este factor influye en la carga que el TC puede llevar sin pérdida de precisión.

La IEEE Std C57.13-1993 designa la clase de precisión para relevadores por el uso de la letra C o T y el número de clasificación. La letra C indica que el porcentaje de error de relación puede ser calculado y la letra T significa que debe ser determinado mediante pruebas ya que los devanados no están distribuidos uniformemente en el núcleo produciendo errores apreciables. El número de la clasificación indica el voltaje en la terminal secundaria del transformador de corriente que se entregara a una carga estándar a 20 veces la corriente nominal secundaria sin exceder el 10% de error de relación. Por otra parte, el error de relación no debe exceder del 10% de la corriente, a partir de 1-20 veces la corriente nominal a una carga estándar usando como base los grados de precisión del relevador. Las normas designan los voltajes en la terminal secundaria de 10, 20, 50, 100, 200, 400 y 800. Por ejemplo, un transformador de corriente con un clase de precisión para relevadores de C-200 significa que el porcentaje de error de relación se puede calcular y no debe exceder el 10% de la corriente de 1-20 veces la corriente nominal secundaria a una carga estándar de 2.0 ohm (Máximo voltaje en la terminal secundaria = 20 x 5 A x 2 ohm = 200 Volts.

Tabla 3-4 Cargas estándar para Tc con 5 A en el secundario

a-Si el Tc es clasificado distinto de 5 A para la especificación y clasificación de la carga óhmica puede obtenerse multiplicando la resistencia y la inductancia de la tabla por [5/(amperes nominales)]², los volts amperes la corriente nominal quedan iguales.b-Esta designación de carga estándar no tienen ningún significado en otras frecuencias diferentes de 60 Hz.

Voltaje en la terminal secundaria

Algunos sistemas de potencia industriales pueden tener cargas individuales relativamente pequeñas que se conectan a un bus con altas corrientes de corto circuito. La relación del TC tiende hacer baja debido a que la corriente máxima de cada carga tiende hacer pequeña. Los TC de baja relación son típicamente elegidos dan como resultado de una clase de precisión baja (es decir, menos de C100). Un TC con relación baja puede proporcionar un rendimiento satisfactorio en sobrecargas moderadas pero es inadecuado en niveles altos de corriente de corto circuito.

3.2.5 Carga

Carga, en la terminología de transformadores de corriente es la carga conectada a las terminales del secundario de un TC y se expresa en:

I. Volts amperios, y el factor de potencia se especifica a un determinado valor de corriente.II. Impedancia total en ohm y factor de potencia o

III. De la resistencia en ohm y la componente reactiva.

El termino carga se utiliza para diferenciar la carga del transformador de corriente de la carga del circuito primario. El factor de potencia se refiere al de la carga y no al del circuito primario. Con el fin de comparar distintos transformadores, ANSI ha designado cargas estándar que deben utilizarse en el proceso de evaluación (Ver tabla 3-4).

3.2.6 Característica de excitación secundaria y relación de curvas de sobre corriente.

Las características de excitación secundarias, según lo publicado por los fabricantes, se mencionan por la corriente de excitación contra el voltaje en la terminal secundaria (vea figura 3-4). Los valores se obtienen mediante cálculos a partir de los datos de diseño del transformador y las curvas de perdidas en el núcleo, o por los valores promedios de las pruebas de los transformadores de corriente. La prueba de corriente de excitación se hace mediante la prueba de circuito abierto en la terminal secundaria, usando una variable nominal de la frecuencia de la onda senoidal y grabando la corriente rms contra el voltaje rms.

Para transformadores clase T, las curvas típicas de relación de sobre corriente se trazan entre la corriente primaria y secundaria con un rango de 1-22 veces la corriente normal primaria para todas las cargas estándar (excepto B-0.9 y B-1.8) hasta la carga estándar que causa un error de relación del 50% (ver figura 3-5).

Figura 3-4 Curva de excitación secundaria para varias relaciones de espiras para un TC específico

Fig 3-5 Curvas de proporción típica de sobre intensidad para transformadores clase T para cargas de 0,1 Ω a 8,0 Ω (excepto para el B-0.9 y B-1.8

3.2.7 Polaridad

Las marcas de polaridad designan la dirección relativa de la corriente. En el mismo instante que la corriente primaria está entrando en la terminal primaria marcada en el TC, la corriente secundaria correspondiente sale de la terminal secundaria marcada en el TC, después de haber sufrido un cambio de magnitud en el transformador (ver figura 3-6). Las terminales X1 y H1 suelen ser marcadas con puntos blancos con el símbolo ± o con símbolo H1 y X1. Como puede verse en la figura 3-6, se puede considerar que el conductor secundario marcado continúa en la primera línea marcada con respecto a la dirección de la corriente instantánea.

Figura 3-6 Diagrama de polaridad de un TC

3.2.8 Conexiones

Hay tres formas en las que normalmente se conectan los secundarios de los transformadores de corriente, en circuitos trifásicos: 1) en estrella; 2) en delta abierta o V y 3) en delta.

1. Conexión en estrella. En esta conexión se colocan tres transformadores de corriente, uno en cada fase, con relevadores de fase en dos o tres de las fases para detectar fallas de fase. En sistemas aterrizados, un relevador conectado en el común de los tres TC's detecta cualquier falla a tierra o por el neutro. En sistemas no aterrizados conectados de la misma forma puede detectar fallas a tierra múltiples de diferentes alimentadores. Las corrientes en el secundario están en fase con las del primario (ver figura 3-7).

Figura 3-7 Conexión estrella

2. Conexión en delta abierta. Esta conexión es básicamente la misma que la conexión en delta pero con una pierna faltante, usando solo dos TC's. Con esta conexión se puede lograr una protección contra falla entre fases, en las tres fases, pero solo ofrece protección de fallas a tierra para las fases en que se tiene TC y si el ajuste del relevador está por debajo de la magnitud de la falla. En esta conexión las corrientes del secundario están en fase con las del primario. Ya que, con esta conexión no es posible detectar las fallas de secuencia cero, rara vez se usa como única protección del circuito. Frecuentemente se acompaña con un TC de secuencia cero tipo dona. Este TC de secuencia cero se puede aplicar en sistemas aterrizados o flotados, y como estos transformadores y sus relevadores asociados no son sensibles a las corrientes de fase, estos pueden ser de relativa baja capacidad, por lo mismo pueden ser muy sensibles a fallas a tierra.(ver figura 3-8)

Figura 3-8 Conexión delta abierta

3. Conexión en delta. Esta configuración utiliza tres transformadores de corriente, pero a diferencia de la conexión en estrella, los secundarios de interconectan antes de conectarlos a los relevadores. Este tipo de conexión se utiliza para la protección diferencial de transformadores de potencia. La conexión en delta de los TC's se utiliza en el lado del transformador de potencia conectado en estrella, y la conexión en estrella de los TC's se usa en el lado del transformador conectado en delta ( ver figura 3-9)

Figura 3-9 Conexión en delta

3.2.9 Ejemplos de cálculos de precisión

El ejemplo A y el ejemplo B ilustra la técnica de cálculo para determinar si el TC operar satisfactoriamente en condiciones de corto circuito con la carga de los dispositivos conectados en el secundario. Los valores de carga de los dispositivos utilizados en este cálculo son típicos y se utilizan para representarlas en este ejemplo. En situaciones especificas el número y la carga de los dispositivos instalados puede variar, por lo que se debe de utilizar los valores reales de cada dispositivo. Los ejemplos no contemplan el relevador 51N en conexión residual mostrado en la figura 3-7. Los cálculos para explicar este relevador se muestran en el capítulo 5 protección por relevadores.

3.2.9.1 Ejemplo A: Calculo utilizando un TC tipo Bushing multirelacion de 600:5.

Considere un transformador de corriente tipo bushing multirelacion de 600:5, con características de excitación según lo indicado en la figura 3-4. El TC está conectado para una relación de 600:5 y en el circuito secundario se conecta un relevador de sobrecoerriente de fase con accesorio instantáneo, un medidor de watts-horas y un amperímetro. El circuito contiene 50 pies de alambre calibre 12 Awg y el circuito primario tiene una capacidad de 24000 A de corriente de falla.

De los libros de instrucciones para dispositivos de protección y de las tablas de resistencias para cables, se obtienen los siguientes datos:

1. Relevador de fase, unidad de tiempo, 4 A a 12 A con una carga de 2.38 VA ay un factor de potencia de 0.375 con un ajuste del tap de 4 A (520 VA a 100 A con un factor de potencia de 0.61).

2. Relevador de fase, unidad instantánea, 20 A a 80 A, con una carga de 4.5 VA con un ajuste de 20 A ( 150 VA a 100 A y un factor de potencia de 0.20).

3. Medidor de watts-horas con una carga de 0.77 W y un factor de potencia de 0.54 a 5 A.4. Amperímetro con una carga de 1.04 VA a 5 A y un factor de potencia de 0.95.5. La resistencia del cable es igual a 1.72 Ω para 1000 ft (0.08 Ω) a 25°C y un factor de potencia

de 1.0.6. Resistencia secundaria del transformador de corriente de 0.298 Ω a 25°C.

Los pasos para determinar el funcionamiento del transformador para esta aplicación son los siguientes:

1) Determinar la carga secundaria del transformador de corriente.

2) Determinar el voltaje necesario para que circulen 100 A a través del relevador.

3) Determine si el TC puede desarrollar esta tensión y si la corriente de excitación de la figura 3-4 es menor de 10% de la corriente secundaría como se explica en el 3.2.4.

3.2.9.1.1 Paso a)

Como se indico anteriormente, la carga se expresa en VA a un factor de potencia dado, como la impedancia total en ohm dada por su resistencia y reactancia de los componentes. Dado que la mayoría de los dispositivos conectados a los transformadores de corriente contienen trayectorias magnéticas que pueden saturarse, la carga debe calcularse para la corriente especifica máxima implicada. En este ejemplo, la operación es evaluada a una corriente secundaría de 100 A (20 veces la corriente nominal secundaría) y una corriente de falla actual disponible.

a) Dispositivo 1: Relevador, unidad de tiempo 520 VA a 100 A y 52.4°.

Z = PA/ I² = 500 VA / (100)² = 0.052 < 52.4° = 0.0317 + i 0.0411

Cos Ɵ = P/S = 0.61 Ɵ = Cos-1 x 0.61 = 52. 4°Z = r (Cos Ɵ + i Sen Ɵ) = 0.052 (Cos 52.4 + i sen 52.4) = 0.0317 + i 0.0411

b) Dispositivo 2: Relevador, unidad instantánea, 150 VA a 100 A y 78.5°.

Z = PA/ I² = 150 VA / (100)² = 0.015 < 78.5° = 0.003 + i 0.0147

Cos Ɵ = P/S = 0.20 Ɵ = Cos-1 x 0.20 = 78.5°Z = r (Cos Ɵ + i Sen Ɵ) = 0.015 (Cos 78.5 + i sen 78.5) = 0.003 + i 0.0147

c) Dispositivo 3: Medidor de Watts-horas 0.77 W a 5 A y 57.3°

VA = W/F.P = 0.77 W / 0.54 = 1.43 VAZ = PA/ I² = 1.43 VA / (5)² = 0.057 < 57.3° = 0.031 + i 0.048

Cos Ɵ = P/S = 0.54 Ɵ = Cos-1 x 0.54 = 57.3°Z = r (Cos Ɵ + i Sen Ɵ) = 0.057 (Cos 57.3 + i sen 57.3) = 0.031 + i 0.048El medidor de watts-horas tiene un circuito magnético de núcleo de hierro, el factor de potencia a 20 veces la corriente nominal es aproximadamente de 0.96 a 100 A (5 x 20).Z = resistencia / factor de potencia = 0.031 / 0.96 = 0.0323ΩCos Ɵ = P/S = 0.96Ɵ = Cos-1 x 0.96 = 16.2°Z = r (Cos Ɵ + i Sen Ɵ) = 0.0323 (Cos 16.2 + i sen 16.2) = 0.031 + i 0.009VA = I² x Z =(100)² x 0.0323 = 323 VA.

d) Dispositivo 4: Amperímetro 1.04 VA a 5 A y 18°.

Z = PA/ I² = 1.04 VA / (5)² = 0.042 < 18° = 0.003 + i 0.0147

Cos Ɵ = P/S = 0.95 Ɵ = Cos-1 x 0.20 = 18°Z = r (Cos Ɵ + i Sen Ɵ) = 0.042 (Cos 18 + i sen 18) = 0.040 + i 0.013

En amperímetro se aplica basicamente un circuito magnético de aire, la saturación no está presente a 20 veces la corriente. Así a 100 A:

VA = I² x Z =(100)² x 0.042 = 420 VA.

e) Dispositivo 5: Cable 1.72 Ω por 1000 ft a 25 °C, factor de potencia de 1.0. Asi a 100 A:

1.72 Ω / 100 x 50 ft = 0.086 Ω

VA = I² x Z = (100)² x 0.086 = 860 VALa distancia de una sola línea para un circuito trifásico y la distancia de dos líneas para un circuito monofásico.

f) Dispositivo 6 : Resistencia secundaría del transformador 0.298Ω a un factor de potencia de 1.0 Así a 100 A:

VA = I² x Z = (100)² x 0.298 = 2980 VA

Carga total del dispositivo 1 al 6 a 100 A:

Utilizando el método aproximado Z1 = 5253 / (100)² = 0.5253 Ω

Método exacto uso de la R + i X Z2 = 0.4897 + i 0.0779 = 0.4952 Ω

X = r cos ƟY = r sen ƟR = √ x² + y² = √ (0.4897)² + (0.0779)² = 0.4958 Ω

Nota: la Z1 es aproximado pero se compara favorablemente con la Z2 que es más precisa.

3.2.9.1.2 Paso b) a 100 A

La tensión necesaria en el transformador necesaria para producir una corriente secundaría de 100 A con la carga calculada en el paso a) es I x Z.

Vs = I x Z1 = 100 x 0.5253 Ω = 52.5 VoltsVs = I x Z2 = 100 x 0.4952 Ω = 49.5 Volts

3.2.9.1.3 Paso c) a 100 A

En la figura 3-4 encontramos al corriente de excitación secundaría Ie a una tensión de 52.5 Volts.

Vs = 52.5 Volts, Ie = 0.06 A. Este voltaje da como resultado una corriente inferior a 10 A (10% x 100 A ) con este resultado los relevadores deben funcionar adecuadamente.% error = Ie / Is x 100 = 0.06 / 100 X 100 = 0.06 %

3.2.9.1.4 Consideraciones futuras

Si existe alguna duda, el paso B y el paso C se debe repetir usando la corriente máxima primaria de 24 000 A (200 A en el secundario).

3.2.9.1.4.1 Paso b) a 200 A

La tensión necesaria en el transformador necesaria para producir una corriente secundaría de 200 A con la carga calculada en el paso a) es I x Z.

Vs = I x Z1 = 200 x 0.5253 Ω = 105 VoltsVs = I x Z2 = 200 x 0.4952 Ω = 99 Volts

3.2.9.1.3 Paso c) a 200 A

En la figura 3-4 encontramos al corriente de excitación secundaría Ie a una tensión de 105 Volts.Vs = 105 Volts, Ie = 0.11 A. Una vez más este voltaje es inferior a 10 A.

Así, para esta aplicación el TC es el adecuado. El resultado, sin embargo, es esencialmente el mismo independientemente del método de cálculo utilizado.

3.2.9.2 Ejemplo B: Utilizando un Tap de 200:5 del TC multirelacion 600:5

Cuando la corriente de carga es pequeña, la selección de un TC con menor relación puede ser adecuada. Utilizando la relación de 200:5 del Tap se provee la misma corriente de pickup cuando el relevador de sobre corriente de tiempo es ajustado para 12 A. La figura 3-4 muestra que la clase de precisión para la relación de 200:5 ya no es C200 sino que está cerca de C20. La resistencia secundaría del TC es menor, pero se supone que todos los valores de carga de los otros dispositivos son los mismos. En la figura 3-4 , la resistencia secundaria del TC es ahora de 0.114 a 25 °C.

Recalculando la carga de los dispositivos, pero utilizando la resistencia de la relación de 200:5 del TC:

X = r cos ƟY = r sen ƟR = √ x² + y² = √ (0.3057)² + (0.0779)² = 0.3155 Ω

El voltaje requerido para la relación del Tap de 200:5 es 0.3155 x 100 = 31.6 Volts.

De la figura 3-4 para 31.6 Volts, la corriente de excitación Ie = 0.4 A es menor que el error máximo de corriente10 A (10% x 100).

Para esta aplicación la corriente secundaria de 100 A (4000 A en el primario), la relación de 200:5 parece ser adecuada operando ligeramente por encima de la rodilla de la curva de excitación para el relevador en cuestión. Sin embargo, debido a que la corriente de falla actual es de 24000 (120 veces la capacidad del TC) el cálculo debe repetirse utilizando este valor.

Isec = 24000 / 200 = 600 A

El voltaje requerido por la carga para la relación de 200:5 es de 0.3155 × 600 = 189 V. El Tc entra en saturación, porque esta tensión esta mas allá de la capacidad de la relación de 200:5. Para evitar este problema se deberá utilizar un TC con mayor relación.

3.2.10 Saturación

A normalmente las altas corrientes de falla primarias, el flujo residual, una carga alta en el secundario o una combinación de estos factores darán lugar a la creación de una alta densidad de flujo en el núcleo de hierro en el transformador de corriente. Cuando esta densidad alcanza o excede los límites de diseño del núcleo, el resultado es la saturación. Este efecto causa que la exactitud de los transformadores de corriente se vuelva muy pronto y la forma de onda de salida puede ser distorsionada por las armónicas. Esto traerá como resultado una corriente secundaria inferior en magnitud de lo que se indica en la relación de transformación del transformador de corriente. Los efectos de saturación en sí mismo no suelen ser peligrosos para el equipo ya que es diseñado de forma adecuada. El mayor riesgo de este efecto es la perdida de la coordinación de los dispositivos de protección.

En otras palabras si se saturan los transformadores de corriente en un circuito derivado, el interruptor del circuito derivado, no podrá disparar, esto ocasionaría la operación del interruptor del circuito principal esto traería como consecuencia que todo el sistema o instalación saliera fuera de operación, en una falla que debió haber liberado el interruptor del circuito derivado. Para evitar o minimizar los efectos de saturación, la carga secundaria debe mantenerse lo más baja posible. Cuando la corriente de falla sea mayor de 20 veces la corriente de placa del transformador se debe considerar lo siguiente, diferente relación de transformación del TC o bien considerar menos carga conectada.

3.2.11 TCs auxiliares.

Los TCs auxiliares se pueden requerir en:

I. Coincidir con la relación de la bobina de otro TCII. Proporcionar diferentes relaciones de las que están disponibles.

III. Proporcionar un desplazamiento de fase de la corriente, oIV. Aislar el circuito

Solo se deberá utilizar para reducir la corriente, cuando sea posible, ya que esta conexión o acción refleja una menor carga en el TC principal. Para una carga ZB en el secundario de un TC auxiliar, la carga correspondiente ZB en el secundario del TC principal (ver figura 3-10) está dado pro la siguiente expresión:

Donde:

N es la relación del TC auxiliar

Así para una relación pasa bajo de 10:5, N = 2 y Z´B = 0.25 ZB. Sin embargo para una relación pasa alta de 5:10, N = 0.5 y Z´B = 4.9 ZB. El TC pasa baja debe usarse siempre que sea posible ya que reduce las cargas de de los dispositivos conectados en el TC principal (véase Dudor y Padden).

Figura 3-10 TCs auxiliares

3.2.12 Precauciones de seguridad.

Es muy importante tener precaución con respecto a los transformadores de corriente ya que no se deben de operar con el circuito secundario abierto debido a que se pueden generar tensiones muy elevadas que pueden resultar muy peligrosas. Cualquier transformador de corriente que se halla sometido a revisión cuando se abre el circuito secundario se debe de examinar por posibles daños antes de ser puesto en servicio de nuevo.

3.3 (VTs) Transformadores de voltaje (Potencial)

Un transformador de voltaje (Potencial) es básicamente un transformador convencional constituido por una bobina primaria y una secundaria, colocadas en una base común. Los transformadores de voltaje estándar, son unidades monofásicas diseñadas y construidas de manera que la tensión secundaria mantiene una relación fija con la tensión primaria. La tensión nominal primaria necesaria que se re quiere en un transformador de potencial se determina por el voltaje del sistema al que se conecta y por la forma en que se vaya a conectar. La mayoría de los transformadores de tensión están diseñados para proporcionar 120 Volts en la terminal secundaria cuando la tensión de placa del sistema se aplica en el primario. Los valores estándares de tensión se muestran en la tabla 3-5 y tabla 3-6. Los valores de tensión están disponibles para las aplicaciones con conexiones inusuales.

Los transformadores de tensión son capaces de proporcionar un funcionamiento continuo y preciso cuando el voltaje aplicado en el devanado primario es de 107% (más o menos) de la tensión primaria nominal.

Tabla 3-5 Capacidad y características de los TVs con una tensión nominal primaria del 100% cuando en el devanado primario es conectado línea a línea o línea a neutro.

Tabla 3-6 Capacidad y características de los TVs exclusivamente para un servicioa de línea alinea

aSe puede aplicar con un voltaje en la bobina de línea a línea o línea a neutro igual que la tensión nominal primaria dividida entre √3.

La clasificación de precisión de los transformadores de potencial tienen un rango de 0.3 - 1.2, representan porcentajes de corrección de error de relación para obtener una razón verdadera. Estas precisiones son lo suficientemente altas para que cualquier transformador estándar sea adecuado para los propósitos de protección de relevadores, siempre y cuando se apliquen en áreas al aire libre y considerando lo limites de voltajes térmicos. Las cargas estándar para transformadores de potencial con una tensión secundaria de 120 Volts se muestran en la tabla 3-7.

Tabal 3-7 Cargas estándar para TVs

aEsta designación es de carga no tienen ningún significado excepto para 60Hz.

Los limites de carga térmica, proporcionadas por los fabricantes de transformadores, no deben de excederse en la práctica normal, ya que la precisión del transformador y su vida útil se verá afectada negativamente. La carga térmica se da en voltio amperios y puede ser calculado por la suma aritmética de las cargas en voltios amperios de los dispositivos conectados en la terminal secundaria del transformador. Si la suma esta dentro de la carga térmica nominal el transformado deberá trabajar de manera satisfactoria en el rango de voltaje de 0-100% del voltaje nominal.

La polaridad de los transformadores de potencial se identifica normalmente marcando la terminal primaria con H1 y la terminal secundaria con X1.Como alternativa estos puntos pueden ser identificados con marcas de colores distintivos. La relación de voltaje estándar establece que las polaridades H1 y X1 son las mismas.

Cuando en el sistema está compuesto de cargas equilibradas y por lo tanto se proveen tensiones equilibradas el transformador de potencial suele conectarse en delata abierta. En caso de cargas conectadas con tensiones de línea a neutro los transformadores de potencial a menudo se conectan en estrella-estrella, especialmente cuan se aplican para propósitos de medición. Muchos dispositivos de protección tensiones específicas en delta o estrella, por lo tanto, es conveniente hacer un estudio de las necesidades antes de elegir el esquema de conexión. Estrella-delta o conexión delta estrella se utilizan en ocasiones en ciertas aplicaciones de relevadores especiales, pero esta conexión no se usa frecuentemente en aplicaciones industriales.

Cuando se utilizan sistemas de energía sin conexiona a tierra, se utilizan transformadores de potencial conectados en estrella o delta abierta y a veces se utilizan para la protección de falla a tierra. Cuando se conectan los transformadores de corriente es raro que se utilicen para otro propósito. La conexión delta abierta es utilizado en sistemas sin conexión a tierra, normalmente se debe incluir una resistencia de carga en el secundario para mitigar posibles ferro resonancias en el sistema y la VT B2.

La aplicación de los fusibles en los circuitos de los transformadores de potencial ha sido un tema de discusión durante muchos años. El objetivo de un fusible en el primario del transformador de voltaje es proteger el sistema contra cualquier condición anormal y poder des energizar el transformador de potencial. En la práctica general se pide un fusible limitador de corriente o su equivalente en la conexión primaria donde esta conexión se hace a un conductor sin conexión a tierra del sistema. La figura 3-11 muestra un transformador de potencial con un fusible típico.

Figura 3-11 Transformador de potencial típico