ficha técnica - elmec costa ricaelmecsa.com/productos-sitio/01-transformadores/07... · para los...

35
Transformadores para Instrumentos Información Técnica y Guía de Aplicación Ficha Técnica San José, Costa Rica 300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados Tel.: (506) 2251-4100 Fax: (506) 2251-3131 [email protected]

Upload: hanhi

Post on 19-Sep-2018

227 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Transformadores para InstrumentosInformación Técnica y Guía de Aplicación

Ficha Técnica

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

V

V2

I2

I1

1

Relé operado por tensión

Reléoperadopor corriente

Relé Corriente-Corriente

Transformador de Corriente

Transforma-dorde Potencial

Líneas en las cuales ya sea la corriente o la tensión sondemasiado altas para permitir conectar las líneasdirectamente al medidor o relé

Relé Corriente-Tensión

Voltímetro

Transformador o Subestación de Potencia

Vatímetro

H1 H2

X1 X2H1 X1

H2 X2

H1 H2

X1 X2

+-

+-

+-

+-

+-

+-

W

R

R

A B

V

R

RAmperímetro A

Figura 2: Conexiones de Transformadores de Corriente

A. El transformador de corriente está diseñado para conexión en serie con la línea para transformar la corriente de línea a los 5 amperios normalizados adecuados para el medidor o relé. El transformador de potencial está diseñado para conexión en paralelo con la línea para transformar la tensión de línea a 115 o 120 voltios, ade-cuados para el medidor o relé. Para mantener la tensión en los medidores o relés en un valor seguro, el cir-cuito secundario debe ser puesto a tierra.

B. Las marcas de polaridad indican la dirección relativa instantánea de corriente en los arrollamientos. La polari-dad o dirección instantánea de corriente no es de significativa diferencia para aparatos operados por corriente o tensión. La operación correcta de aparatos corriente-corriente, tensión-tensión o corriente-tensión, depende usualmente de las direcciones instantáneas relativas.

Figura 1: Símbolos de Transformador de Corriente y de Potencial y Conceptos Simplificados

I1

I2

V1

V2

Símbolo de un Transformadorde Corriente

Símbolo de un Transformadorde Potencial

Imagen conceptual de untransformador de corriente

Imagen conceptual de unTransformador de Potencial

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Las principales formas de construcción usadas para transfor-madores para instrumentos, junto con los símbolos estándar deacuerdo a la norma IEEE C57.13, se muestran en la Figura 3.

Tipos de Construcción

Figura 3: Tipos de Construción de Transformadores para Instrumentos

Formas Básicas Simples

Transformadorde Corriente

Transformador dePotencial

X1H1

X2H2

SecondaryPrimary

Ejemplo deCorriente

5:5 AmperiosRelación 1:1

H1

X1

H2

X2

CORE

Ejemplo de TensiónPrimario 7200 Voltios

Relación 60:1 o 7200:120 Voltios

Tipo Ventana odanaveDarraB opiT

X1 X2 X3 X4 X5

20 10 50 40

Arrollamiento Secundario 600:5

Multi-RelaciónAmperiosPrimario

Terminales secundario para

obtener 5 A50100150200250300400450500600

X2-X3X1-X2X1-X3X4-X5X3-X4X2-X4X1-X4X3-X5X2-X5X1-X5

600:5 Multi-Relación

H1

X2 X1

H1

X2 X1X1X2

H1

H2H1

X3

X2

X1

200/400:5 Amperios200 Amperios en H1-H2producirán 5 Amperiosen X2-X3 *

400 Amperios in H1-H2producirán 5 Amperiosen X1-X3 *

* Ver placa de características para conexiones reales

Ejemplo de Relación Doble Ejemplo de Multi-relación

Tipos de Construcción

Tipos de Secundario

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

En los pasados años 70, el medio aislante para las unidades de la másalta tensión (5 – 34.5 kV) fue la goma de butilo. El material por símismo es excelente, pero las presiones y temperaturas necesarias parausarlo como dieléctrico no fueron adecuadas para las distancias ygeometría exactas dentro de un transformador ya sea de potencial ode corriente. Sin un exceso de sujeción, el ensamble núcleo/bobina sedesplazaría durante el moldeo y fallaría durante la prueba de BIL.Con suficiente sujeción, el flujo de material dentro de la unidad serestringió, incrementando la posibilidad de vacíos (burbujas). Porestas razones, se ha buscado otro material aislante dieléctrico. Lagoma de butilo todavía la usan algunos fabricantes.

Materiales Usados en laConstrucción

Goma de Butilo

El epoxy cicloalifático (CEP) se introdujo primero en aisladoresuso exterior en los años 1970 debido a su muy buena resistencia ala humedad, radiación ultravioleta (UV), contaminantes externos yquímicos. Su sobresaliente resistencia mecánica y propiedadesdieléctricas fueron también muy deseadas.

El elastómero aromático de poliuretano (PUR) es otro aislamientorentable para equipos eléctricos de media tensión. Existen aproxi-madamente 14 tipos generales de PUR que han sido comercializa-dos exitosamente para una gran variedad de aplicaciones,incluyendo transformadores para instrumentos. Trece de estostipos son llamados gomas convencionales. Esto significa que sonmezclados, molidos y moldeados con técnicas que han estado enuso en la industria de la goma desde los años 1920.

Las materias primas de la goma de poliuretano son líquidas, lo quepermite que se bombeen, midan, mezclen y distribuyan conmáquinas bajo un control muy preciso de temperatura y propor-ciones de ingredientes. La mezcla líquida ingresa al molde a pre-sión de vacío y se cura a temperatura ligeramente más elevada.Esta característica única permite el moldeo de partes grandes queson completamente uniformes en toda su extensión. Cuando secompara con goma de butilo moldeada a alta presión y epoxy fun-dido en vacío, el PUR tiene en general el proceso más confiable.Los elastómeros PUR totalmente curados tienen un balancedeseable de facilidad de fabricación (a través de fundido en vacío),tenacidad mecánica (esto es, después de todo, una goma) y muybuenas propiedades eléctricas.

Epoxy Cicloalifático

Poliuretano Aromático

En los años 2000, un suministrador global de resina epoxy intro-dujo una versión hidrofóbica de CEP denominada EpoxyCicloalifático Hidrofófico (HCEP) al mercado. El HCEP está for-mulado para mantener la hidrofobicidad de la superficie mejor quesu contraparte CEP después de exposición prolongada a ambientesexternos agresivos, sin sacrificar otras propiedades químicas ymecánicas deseables. Es necesaria una superficie de aislamientohidrofófica para aplicaciones al exterior debido a que ésta evita queel agua desarrolle superficies completamente húmedas resistivasconductivas. De esta manera se reducen la corrientes de fuga, locual ayuda a reducir el riesgo de flameo. El resultado es una confia-bilidad mejorada. Además, menos actividad de descarga significamenos ataque y por lo tanto menos erosión de la superficie lo queextiende la vida del transformador.

Epoxy CicloalifáticoHidrofóbico

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Las características específicas de comportamiento de los transfor-madores para instrumentos se determinan fácilmente del circuitoequivalente. La Figura 4 opera bien para la mayoría de los transfor-madores para instrumentos. Para los transformadores de corriente, elvalor de la reactancia X se determina de una manera especial en formatal que ésta representa el flujo de dispersión. El flujo fluye en la partedel núcleo que está representada por el ramal de excitación de manoizquierda del circuito equivalente mostrado en la Figura 4.

Un arrollamiento adicional (o arrollamientos), colocado sobre lapierna(s) exterior del núcleo y conectado de nuevo en paralelo conel arrollamiento secundario como se muestra en la Figura 4, puedemantener el flujo de dispersión fuera del núcleo. La reactancia dedispersión está entonces conectada efectivamente delante de ambosramales excitadores como muestra la Figura 4. Esta diferencia esimportante para transformadores de corriente debido a que el flujode dispersión en el núcleo afecta la relación de corriente. Estomejora además el rendimiento de los transformadores de corriente ylo somete a un simple cálculo. Los transformadores de potencial sediseñan en forma tal que su impedancia de paso (RS, R, XP, y X) seatan baja como sea posible, mientras que los TC se diseñan en formatal que la impedancia de excitación (Zo y Zi) sea tan alta como seaposible. Ningún transformador es muy bueno para ejecutar la fun-ción del otro.

Caracteríticas deComportamiento

Circuitos Equivalentes

Rp Xp

Zo Zi

X Rs

adilaSadartnE

ImpedanciaExcitación

Transformador Ideal o Perfecto

Resistenciabobinaprimarial

Resistenciabobinasecundario

Reactanciasinternas

Rp Xp X

Zo

Rs

Retorno de circuitoprimario, lo suficiente-mente lejos para que ladispersión delmismo sea despreciable

Flujo de dispersiónque fluye en el núcleo

Arrollamiento primario encerrando un lado delnúcleo

Arrollamientosecundario

Flujo de dispersiónque no alcanzaal núcleo

Núcleo

D

Flujo de dispersión que no alcanza el núcleo

Arrollamiento Primario

Arrollamiento SecundarioFlujo operando

Flujo de dispersión quefluye en el núcleo, representado por lareactancia "X"

NúcleoArrollamiento auxiliar en la pierna externa del núcleo conectado en paralelo

A

B

C

Zi

Figura 4: Circuitos EquivalentesA. Un transformador típico y su circuito equiva-

lente. El flujo de dispersión se muestra ingresando ala parte exterior del núcleo y está representado por lareactancia X. La reactancia desarrolla una tensiónaplicada a la rama de excitación Zo que representa ellado exterior del núcleo. La impedancia serie RP + RS+ j (XP + X), es responsable por las pérdida de ten-sión en la transformación. Los transformadores depotencial se diseñan cuidadosamente para mantenerésta impedancia tan baja como sea posible. La pér-dida de corriente en la transformación se debe a lacorriente desviada por los ramales excitadores Zo andZi. Los transformadores de corriente se diseñanespecialmente para mantener esta impedancia deexcitación desviada tan alta como sea posible.

B. Una construcción común de TCs de HV o EHV.El flujo de dispersión ingresa al núcleo, aunque elarrollamiento esté devanado uniformemente sobre unnúcleo de anillo. El circuito equivalente es el mismocomo en la Figura A.

C. Construcción usada en TCs de HV o EHV. Elarrollamiento auxiliar paralelo mantiene efectiva-mente el flujo de dispersión fuera del núcleo enforma tal que la reactancia de dispersión en el cir-cuito equivalente está efectivamente delante de losramales excitadores. Esto simplifica los cálculos de lacorriente desviada a través de Zo and Zi.

D. Un TC tipo buje típico.Este se parece al transformador en B pero tiene úni-camente un flujo de dispersión despreciable en elnúcleo, debido a que el conductor de retorno estálejos. Este transformador todavía tiene un buen valorde reactancia de dispersión, pero el flujo de disper-sión no ingresa al núcleo en cantidades significativas.La reactancia está adelante de los ramales dedesviación Zo and Zi en forma tal que el compor-tamiento como transformador de corriente puedecalcularse fácilmente.

evisión de Tecnología

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

El valor de impedancia de paso es constante, pero el valor deimpedancia de excitación es variable. Las impedancias deexcitación que representan las corrientes de excitación para las 2partes del núcleo, dependen de la tensión aplicada a ellos, de lacorriente circulando en ellos, o de la densidad de flujo en elnúcleo. La vía más rápida para entender Zo y Zi, que es de funda-mental importancia en transformadores de corriente, es dibujarlas curvas de “saturación” mostrando como la corriente circu-lando dentro del ramal de excitación varía con la tensión aplicada,como se muestra en la Figura 5. La curva se grafica usualmentepara la combinación de Zo y Zi en paralelo.

Los transformadores de potencial están diseñados en forma talque el punto de operación sobre la curva de saturación, según laFigura 5, está típicamente a una tensión relativamente alta. Estoestá sujeto a la limitación de que este punto no debe ser tan altoque la corriente de excitación, por sí misma, sea excesiva. Lostransformadores de potencial están diseñados para operar sincorriente de excitación excesiva hasta 110% de su tensión nomi-nal. La norma IEEE para comportamiento requiere además unbuen rendimiento a 90% de la tensión. La Figura 5 muestra quela corriente de excitación no alcanzará un valor por unidad másalto, con el consecuente incremento de pérdida de tensión de lacorriente de excitación, a tensiones sobre el rango de 5% a 110%.

Los transformadores de potencial se diseñan enforma tal que el punto de operación sobre la curvade saturación está típicamente a una tensión relati-vamente alta. La tensión no será tan alta que lacorriente de excitación por si misma llegue a serdemasiado alta. Esto provocaría una caída de ten-sión en la impedancia primaria que conduciría a unerror excesivo en la relación del ángulo de fase. Lanorma IEEE C57.13 requiere que los compor-tamientos normalizados se cumplan a 110% delvalor nominal de tensión.La curva muestra la corriente de excitación porunidad, por debajo de la cual el error debido a lacaída de tensión causada por la corriente deexcitación por si mismo, será igual que al 110% delvalor nominal de tensión. El comportamiento atensiones por debajo del 5% no es significativa-mente diferente a la misma carga conectada alsecundario del transformador. Los límites de errorrequeridos por la norma C57.13 aplican no solo auna carga dada sino a cero carga.

Por otro lado, el transformador de corriente estádiseñado para operar en el rango bajo de la curva(ver región marcada en la curva), en forma tal quela corriente de excitación desviada será tan bajacomo sea factible. La curva muestra que según sereduce la tensión, la corriente de excitación no sereduce en proporción. Esto significa, en un trans-formador de corriente, que según disminuyen lacorriente primaria y la secundaria, la corrientedesviada que causa el error realmente se incre-menta en porcentaje. Los errores en la transforma-ción de corriente se incrementan típicamente a lascorrientes más bajas.

Figura 5: Curva de Saturación Típica de un Transformador

110100

50

20

10

5

2

1

0 21 5 10 20 50 100 300Corriente Excitación %

Tens

ión

aplic

ada

a te

rmin

ales

%

Transformadoresde corrienteoperados normalmentea corriente nominalen este rango

Línea de 45°representandola reactancia deexcitación constantepor unidad decorriente de excitación constante

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

El transformador ideal, induce la misma tensión por vuelta en elarrollamiento secundario según la aplicada al primario del trans-formador de potencial. Esto además produce los mismos ampe-rio-vueltas en el secundario según estén circulando en el primariodel transformador de corriente, para suministrar cualquierrelación deseada de tensión o corriente primaria a secundaria. Enel transformador real que se muestra en la Figura 4, la salida decorriente del secundario es deficiente en la cantidad de corrientedesviada por los ramales de excitación, Zo y Zi, y la tensión desalida del secundario es deficiente por la caída de tensión en laimpedancia de paso.

La placa de características del transformador muestra una“relación marcada”, usualmente un número par tal como 20 a 1.La relación real, de la cantidad primaria a secundaria puede serligeramente mayor o menor que el valor marcado en unacantidad1 denominada error de relación, que está definido en lanorma IEEE C57.13 como factor de corrección de relación(RCF). Por ejemplo, si la relación real es 20.2 a 1, entonces elRCF es 1.01 y el error de relación es 1%. La salida del secundariopuede estar ligeramente fuera de fase con la entrada del primario.Este error se denomina ángulo de fase (usualmente medido enminutos) y está designado como positivo si la salida secundariaadelanta a la entrada primaria.

1. La relación de vueltas se ajusta usualmente para “compensar” por las pérdidasen el transformador. Debido a esta “compensación”, la salida real del secun-dario puede ser mayor que lo que se esperaría de la relación marcada.

Error de Relación yAngulo de Fase

El efecto de Error deRelación y Angulo de Fasesobre las lecturas deVatímetros

Si el factor de corrección de relación excede 1.0, los medidoresleerán menos y las lecturas se deben multiplicar por el factor decorrección. El efecto del ángulo de fase, sin embargo, no es tanobvio. El factor de corrección de transformador (TCF) deter-mina límites razonables para RCF y ángulo de fase. Esto dependede ambos, RCF y ángulo de fase y se puede usar para corregir lalectura de un vatímetro. El TCF se basa en el hecho de que si elfactor de potencia de una carga de potencia medida es de 60% enatraso (representa el factor de potencia mínimo usual de cargasde potencia reales que están siendo medidas por medidores devatios hora), 2.6 minutos de ángulo de fase en la salida del trans-formador de corriente (o potencial) causará un error de 0.1% enla lectura del vatímetro.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

El RCF y ángulo de fase se deben determinar a la carga ( burden)específica involucrada. Sin embargo, al igual que con unamedición real, estos valores aplican a la tensión secundaria en losterminales del transformador. Si los cables de salida del transfor-mador a la carga son muy largos, estos pueden tener la suficienteimpedancia para introducir una caída de tensión adicional y error.La caída de tensión de los cables se puede calcular de la corrienteconsumida por el transformador y la impedancia de los cables. Siésta es de magnitud apreciable en porcentaje de la tensión delsecundario, se puede calcular el incremento al error de relación yde ángulo de fase de acuerdo al diagrama vectorial en la Figura 6y las fórmulas:

El Porcentaje de Relación se incrementará por:

Adicione este valor a la relación en porcentaje del transformadorpara tener la relación en porcentaje real de la tensión del primarioa la carga. El ángulo de fase se incrementará en:

.

Sume esta cantidad al ángulo de fase del transformador (alge-braicamente) para obtener la diferencia de fases real entre las ten-siones del primario y carga.

Transformadores dePotencial

RL

Ep EsIs

XL

E InstrumentoE

Instrumento

Transformador de Potencial

RsEs

Is

IsXL

IsRL

0

Figura 6: Efecto de los Cables de Salida en Transformadores de Potencial

RL y XL representan la resistencia y reactancia de los cables de salida. Método para calcular la caída de impedan-cia en los cables y errores resultantes de relación y ángulo de fase.

+ XL sin ) ES

IS (RL cos 0 0 x 100

- XL cos ) ES

IS (RL sin 0 0 x 3438 Minutes

El factor de corrección de relación y ángulo de fase se debendeterminar a la carga y corriente específicas involucradas. Lascaracterísticas de transformador de corriente a cargas especialesse pueden determinar únicamente con una medición real. Lacarga de prueba debe duplicar la carga real, incluyendo los cablesdel secundario. La tensión y factor de potencia de terminal delsecundario deben ser idénticos al de la instalación.Adicionalmente, estas mediciones necesitan hacerse y aplicarse alas corrientes reales de servicio.

Transformadores deCorriente

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Clasificaciones dePrecisión paraMedición

Figura 7: El Paralelograma Básico de Clase 0.3para Transformadores de Corriente

5

1.001

10 1551015

1.002

1.003

0.999

0.998

0.997

B

A

saMsoneM

RCF

Angulo de FaseMinutos

15.6 = 0.6 x 26

El paralelogramo de la Figura 7 bosqueja un área en la cual lasmediciones de RCF y Angulo de fase al 100% de la corrientese deben graficar para designar la precisión del transformadorcomo Clase 0.3, con TCF dentro de los límites de 0.997 y1.003. Por ejemplo, si el RCF a una carga dada a 100% de lacorriente es 0.998 (Relación 99.8%) y el Angulo de Fase es 3.5minutos, el punto A parece que caerá fuera del paralelogramo.

Otro ejemplo: Con RCF = 1.002, Angulo de Fase 5 minutos,representa un error absoluto mayor, el punto “B” está ahoradentro del paralelogramo y cumple los límites requeridos paraPrecisión clase 0.3. En el segundo caso, TCF es menor que1.003 debido a que el efecto del ángulo de fase en el vatímetrocompensa el error en la relación.

La norma IEEE C57.13 reconoce que los transformadores decorriente naturalmente tienen errores mayores a corrientespequeñas, y que el error a corrientes pequeñas no representausualmente un error significativo en el total del registro dekilovatios-hora. Esto permite duplicar el error a 10% que elpermitido al 100% de corriente. El error a la corriente máximapermitido por el Factor de Capacidad Térmica del transfor-mador (un multiplicador de 1.5 o 4.0 aplicado a muchos trans-formadores) está limitado al mismo valor a 100% de lacorriente.

Otras clases de precisión: Adicionalmente a la Clase 0.3, lanorma C57.13 reconoce las Clases 0.6 y 1.2 en las cuales loserrores permisibles son el doble de valor (0.6%) y doble nue-vamente (1.2) según se lo compare con la Clase 0.3.Cualquiera de estas clases se puede seleccionar para especifi-cación por el usuario, dependiendo de si 0.3%, 0.6% o 1.2%parece razonable para una aplicación dada.

El paralelogramo de la Figura 8 bosqueja un área en la cual lasmediciones de RCF y Angulo de Fase al 100% (también a110%) de tensión se deben graficar para designar la precisióndel transformador como Clase 0.3, con TCF dentro de loslímites de 0.997 y 1.003. Por ejemplo, si el RCF medido a unacarga dada es 0.999 y el Angulo de fase es – 8 minutos, elpunto A parece que caerá fuera del paralelogramo. Otro ejem-plo: RCF = 1.002, Angulo de Fase -10 minutos, ambos repre-sentan mayores errores absolutos, pero el punto “B” estáahora dentro del paralelogramo y cumple los límites requeri-dos para Precisión clase 0.3. En el segundo caso, el TCF esmenor que 1.003 debido a que el efecto del ángulo de fase enel vatímetro compensa el error en el ángulo de fase.

La razón para la apariencia invertida de la Figura 8 comparadacon la Figura 7 es que el ángulo de fase en el transformadorde corriente entrega la corriente secundaria más estrechamenteen fase con la tensión de la carga, incrementando la lectura delvatímetro. En el transformador de potencial el efecto es justa-mente lo contrario.

La norma IEEE C57.13 requiere que los límites se cumplantambién al 90% de tensión; realmente el comportamiento atensiones por debajo de 5% no es significativamente diferente,a la misma carga conectada al secundario del transformador.Los límites de error requeridos por la norma C57.13 aplicanno únicamente a una carga dada sino además a carga cero.Otras clases de precisión: Adicionalmente a la Clase 0.3, lanorma C57.13 reconoce las Clases 0.6 y 1.2 en las cuales loserrores permisibles son el doble de valor (0.6%) y doble nue-vamente (1.2) según se lo compare con la Clase 0.3.cualquiera de estas clases se puede seleccionar para especifi-cación por el usuario, dependiendo de si 0.3%, 0.6% o 1.2%parece razonable para una aplicación dada.

Figura 8: El Paralelograma Básico de Clase 0.3para Transformadores de Potencial

1.003

1.002

1.001

0.999

0.998

0.997

15 10 5 5 10 15

B

A

MasMenos

RCF

Angulo de FaseMinutos

15.6 = 0.6 x 26

Las Figuras 7 y 8 proporcionan una explicación de las clases deprecisión para transformadores de corriente y de potencial. Estasfiguras muestran las Clases de Precisión adoptadas por la IEEE,así como también las limitaciones especiales que aplican para trans-formadores de corriente y potencial. La norma IEEE C57.13 hareconocido 0.3% como un límite razonable de error y ha desig-nado éste como “Precisión clase 0.3”.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Los errores en relación y ángulo de fase dependen de la impedan-cia conectada al secundario del transformador. Esta impedanciaes referida comúnmente como “carga” (burden). Los cálculosrequeridos para determinar el comportamiento de un transfor-mador cuando se aplican diferentes cargas, están más allá delobjeto de esta discusión. Por lo tanto, las cargas estándar que seindican en la norma IEEE C57.13 se usan para representarcondiciones típicas de servicio. Cada transformador se dimen-siona de acuerdo a su comportamiento a estas cargas estándar.

Cargas

Cargas Estándar paraTransformadores deCorriente

Cargas Reales paraTransformadores deCorriente

Cargas Estándar para TCs con Secundario de 5 A*

DesignaciónCarga +

Resistencia(V)

Inductancia(mH)

Impedancia(V)

Voltios Amperios(at 5 A)

FactorPot.

Cargas MediciónB-0.1 0.09 0.116 0.1 2.5 0.9B-0.2 0.18 0.232 0.2 5.0 0.9B-0.5 0.45 0.58 0.5 12.5 0.9B-0.9 0.81 1.04 0.9 22.5 0.9B-1.8 1.62 2.08 1.8 45.0 0.9

Cargas RelésB-1 0.50 2.3 1.0 25.0 0.5B-2 1.00 4.6 2.0 50.0 0.5B-4 2.00 9.2 4.0 100.0 0.5B-8 4.00 18.4 8.0 200.0 0.5

Muchos transformadores de corriente alimentan únicamente unnúmero limitado de elementos de medidor de vatios hora con unnúmero limitado de circuitos. Para aplicaciones de medición yrelés, la norma IEEE C57.13 ha establecido las cargas estándarindicadas en la Figura 9.

Figura 9: Cargas Estándar para Transformadores de Corriente

* Si un transformador de corriente se dimensiona para un valor diferente de 5 A, la carga en Ohmios para laespecificación y valor nominal se puede derivar multiplicando la resistencia e inductancia de la tabla por [5/(valor nominal en amperios)]2, los VA a la corriente nominal y el factor de potencia se mantienen igual.

+ Esta designación normalizada de carga no es significativa a frecuencia diferente a 60 Hz.

Los aparatos reales conectados a transformadores para instru-mentos a menudo incluyen un inductor con núcleo de hierro, locual usualmente significa que la inductancia no es constante sinoque varía durante el ciclo y varía en forma diferente con corri-entes diferentes. Un análisis exacto del comportamiento de trans-formadores de corriente con tales aparatos es difícil.Afortunadamente, la impedancia de la mayoría de instrumentos ymedidores es suficientemente constante en forma tal que no seintroduce un error apreciable considerándolas constantes.Muchos relés electro-mecánicos sin embargo, tienen impedanciavariable. El análisis del comportamiento del transformador sebasa usualmente en un valor equivalente a la corriente normal.Esto se puede justificar en base a que la carga a corrientes másaltas es usualmente menor y entonces el transformador de corri-ente operará mejor que lo esperado de la carga equivalente.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Algunos relés operan desde dos o más fuentes de corriente: Relésdiferenciales (corriente-corriente), o de potencia o de mediciónde impedancia (corriente-tensión). Si los 2 circuitos están acopla-dos magnéticamente por el relé, la carga en una fuente es afec-tada por la corriente en la otra fuente y viceversa. La mayoría delos relés de 2 fuentes actúan por balancín u otros acoples mecáni-cos, por lo tanto, las cargas son fijas.

Cargas Estándar paraTransformadores dePotencial

Cargas Estándar para Transformadores de Potencial

DesignaciónTerminales

VoltiosAmperios

FactorPotencia

Impedancia CargaCarga 120 V Carga 69.3 V

CargasMedición

W 12.5 0.10 1152 384

X 25 0.70 576 192

M 35 0.20 411 137

Y 75 0.85 192 64

Z 200 0.85 72 24

ZZ 400 0.85 36 12

Figura 10: Cargas Estándar para Transformadores de Potencial

Las cargas normalizadas a usarse para prueba y comparación detransformadores de tensión están dimensionadas a 120 voltios ya 69.3 voltios. La norma IEEE 57.13 especifica que la carga a120 voltios nominal se usará por cualquier transformador con latensión secundaria en el rango de 115 a 120 voltios, mientras lacarga a 69.3 voltios se usará por cualquier transformador con latensión secundaria en el rango de 65 a 72 voltios. Esto significaque los voltios amperios reales en la carga en una prueba dadapueden ser diferentes que el valor nominal de la carga en voltiosamperios. Por ejemplo, si la carga estándar es 25 voltios amperios,la carga real cuando se use para probar un transformador con115 voltios de secundario es (115/120)2 o .918 veces el valornominal de 25.

Las cargas dimensionadas a 69.3 voltios tienen una impedanciade únicamente 1/3 de las cargas dimensionadas a 120 voltios yno deberían usarse para probar o dimensionar transformadoresde 115 a 120 voltios nominal. Los transformadores con 115 o120 voltios nominal deben tratarse como transformadores de 115o 120 voltios, y si se están usando realmente a tensión reducida,el rendimiento no será diferente si la carga a 120 voltios se usacomo base para rendimiento. Esto es debido a que el rendimientode un transformador debajo de tensiones de cerca 5% de su valornominal no es significativamente diferente del rendimiento al100% de la tensión. Refiérase a la Figura 10 para los valores decargas estándar para transformadores de potencial según se indicaen la norma IEEE C57.13

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Las clases de precisión para transformadores de corriente para relésse definen con una clasificación “C” o “T”.

C – indica que la relación del transformador se puede calcular.Estos son TC que se construyen en forma tal que el efecto de flu-jos de dispersión en su comportamiento es despreciable.

T – indica transformadores donde el flujo de dispersión tiene unefecto apreciable en la relación. Puesto que el cálculo de la corrientede excitación desviada es un proceso tedioso, el comportamientodel TC se puede determinar únicamente por pruebas.

La base para clasificación del comportamiento para uso en relés esun límite de error de 10% a cualquier corriente de 1.0 a 20 veces lonormal. La clase de precisión es la descripción de cuanta tensiónpuede suministrar el transformador al circuito de salida (carga), sinque el núcleo del transformador de corriente entre en saturación.Por ejemplo, un transformador que puede alimentar un circuito desalida de 2 ohmios (carga) a 100 A [20 veces la corriente normal (5A)] o 200V, sin la saturación del núcleo y dentro del límite de errordel 10%, es clasificado como clase de precisión 200. Ver Figura 11.

Las clases normalizadas de precisión, que se pueden asignar para untransformador de corriente para relés, son, 50, 100, 200 y 800. Si untransformador C200 puede suministrar una salida de secundario de100 A a exactamente 10% de error dentro de una carga de 2ohmios, entonces el ramal de excitación no está sobre 10 A. Si lacorriente es menor, entonces la carga puede ser mayor sin excederel límite de tensión de salida si un transformador puede manejar 2ohmios a 50 amperios y entregar 200 voltios. Sin embargo, si lacarga es 1 ohmio a 200 amperios, esto no funcionará en vista deque la impedancia interna será significativa en relación a la carga de1 ohmio.

Transformadores deCorriente: Clases dePrecisión para Relés

Figura 11: Gráfico de Estándar de Precisión para Transformadores de Corriente Clase C

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Volti

os e

n Te

rmin

al S

ecun

dario

Amperios Secundario

00101 90807060504020 30

C800

C100

C200

C400

1 Ohm

2 Ohm

4 Ohm

8 Ohm

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Sistemas deAislamiento

Descargas Parciales en elAislamiento deTransformadores

Figura 12: Descargas Parciales

Fuente deTensión

Electrodo

Aislamiento Sólido

Espacio Vacío(burbuja)

Fuente deTensión

Capacitancia representando

la burbuja

~~

Corriente Carga Normal

Fuente Tensión Aplicada

Cor

rient

e

Ten

sión

............................................................................................................... ........... .....

............................................................................................................... ........... .....

A B

C

A. Una muestra de aislamiento sólidoentre electrodos, que forma un con-densador, puede tener una burbujacomo se muestra.

B. La red de capacitancia equivalenteeléctricamente.

C. Tensión aplicada y la correspondi-ente corriente de PD provocadarompiendo la burbuja

Descargas parciales (PD) son descargas eléctricas insignificantes queresultan de los esfuerzos de campo eléctrico impuestos sobre cualquiersistema de aislamiento. Como su nombre lo sugiere, éstas no causan unafalla completa del aislamiento, por lo tanto, su efecto a corto plazo no escatastrófico. A largo plazo, si los esfuerzos del campo eléctrico sonaltos, la PD puede deteriorar lentamente la calidad del aislamiento. Ensistemas de aislamiento sólido, (tales como en transformadores parainstrumentos), puede ocurrir la PD donde se introduce una burbuja odiscontinuidad en el aislamiento sólido (Fig. 12).

Debido a la diferencia entre las propiedades dieléctricas de una burbuja(llena con aire o gas) y el material sólido, el esfuerzo eléctrico localizadoen la burbuja puede ser mayor que en la parte sólida. Esto provocaráque falle la burbuja aunque la tensión a través de la parte sólida se man-tenga (Figura 12). Estas fallas localizadas de burbujas resultan en impul-sos pequeños de corriente de alta frecuencia, que se pueden detectarusando instrumentación sensitiva. Por lo tanto, se deben hacer análisissofisticados y especializados de patrones de PD para tener una visión dela naturaleza de las mismas, su posible ubicación y mitigación. La PD semide en unidades de pico Culombios (pC) de carga eléctrica.Después de varios años de deliberación, diferentes normas para dife-rentes equipos eléctricos (ANSI, IEC, IEEE) no están de acuerdo con-sistentemente en los límites máximos permisibles de PD. Los fabricantesde transformadores para instrumentos usan diferentes maneras de mini-mizar o controlar el nivel de PD:

• Control del proceso de fabricación (fundido, curado, tempera-turas,vacío, viscosidades, etc.) para minimizar la introducción de burbujas

• Desarrollar materiales y técnicas de apantallamiento para mi-nimizar el crecimiento de esfuerzos eléctricos

• Llenar las burbujas con gas dieléctrico para disminuír el riesgo de falla de las mismas

• Usar materiales de aislamiento con constanes dieléctricas simi-lares para el sistema sólido de aislamiento

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Todos los materiales aislantes se deterioran por la combinaciónde sobrecalentamiento y exposición a la humedad, oxígeno en elaire y radiación UV en condiciones al exterior. Los sistemas deaislamiento de ABB están diseñados para soportar la degradacióncausada por todos estos factores ambientales.

La norma IEEE C57.13 reconoce 2 clases de aislamiento en lamedida en que se relacionan la resistencia con la temperatura: (a)55°C de aumento de temperatura y (b) 80°C de aumento de tem-peratura, ambas sobre una temperatura ambiente diaria promediode 30°C. Estos valores son el aumento de temperatura promediodel arrollamiento (medido por aumento de resistencia) durante laprueba de temperatura a la máxima corriente contínua nominal.La Guía para Carga reconoce que estas temperaturas pueden serexcedidas considerablemente durante períodos cortos de tiemposin causar un deterioro excesivo del aislamiento (referenciaSección 10 de IEEE C57.13).

Sobrecarga, Sobre calen-tamiento y Envejecimiento

Mantenimiento y Pruebade Inspección delAislamiento

Los usuarios de transformadores para instrumentos prueban ruti-nariamente transformadores nuevos, así como también transfor-madores en servicio, para asegurarse de que están adecuados parael servicio. Es muy raro que el usuario final pueda hacer una seriecompleta de pruebas pero hay algunas cosas que el mismo puedehacer para cerciorarse.

La medición de la resistencia de cada arrollamiento a tierra(cuando se mide un arrollamiento, ponga a tierra los terminalesde todos los demás arrollamientos) con un megger indicará sialgo ha pasado para reducir los valores de resistencia. Un inci-dente así es muy improbable en transformadores encapsulados.Todos los transformadores aislados de corriente y potencial deABB deben tener lecturas típicas del arrollamiento de alta tensiónal arrollamiento de baja tensión y tierra, sobre 1 Mega-ohmio porvoltio a 25° C.

La resistencia del aislamiento debe medirse a temperatura ambi-ente (no sobre 30° C) debido a que decrece rápidamente a altastemperaturas.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Tensiones Nominales

Tensiones Nominales paraTransformadores deCorriente

Los transformadores de corriente se dimensionan siempre para latensión línea-línea del sistema trifásico en el cual operarán. Untransformador de corriente de 13.8 kV, por ejemplo, se diseñapara uso en un sistema trifásico a 13.8 kV. La tensión real delarrollamiento primario del transformador de corriente a tierra esúnicamente 13.8/1.732 o 7.9 kV como se muestra en la Figura13.

13.8 kV

13.8 kV

13.8 kV

13.8/√3 kV13.8/√3 kV

13.8/√3 kV

Capacitancia deLínea

Figura 13: Diagrama Equivalente de Sistema

Si este neutro está o no conectado realmente a tierra, la simetría natural del circuito y los con-densadores iguales de línea a tierra, provocarán que el neutro asuma un potencial de tierra.

En la norma para transformadores IEEE C57.13, una clase de ais-lamiento, que tiene la apariencia de una tensión nominal del sis-tema, está asociada con cada uno de los arreglos normalizadospara pruebas de dieléctrico (60 Hz y tensión de impulso). Se haconvertido en una práctica estándar aplicar transformadores en sis-temas con tensión real mayor que el valor de la clase de ais-lamiento. Esto se hace en base de que si el sistema de potencia estádiseñado en forma tal (aterrizado, usualmente) que la tensión línea-a-tierra nunca pueda ser mayor que 70% u 80% del valor de línea-a-línea, se pueden usar pararrayos con una menor tensión nominaly el aislamiento está protegido de todas las tensiones más altas alos que podría someterse de otra manera.

Las tensiones de prueba de transformador consisten de impulsosde onda completa, ondas recortadas, aplicado a 60 Hz y prueba detensión inducida de acuerdo al programa indicado en la normaIEEE C57.13.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

La tensión que se puede aplicar a un transformador de potencialestá limitada no solo por la tensión permisible a tierra (como loes en un transformador de corriente) sino además por el ais-lamiento entre vueltas, entre capas, y secciones de bobina. Estálimitada además por la capacidad del núcleo para conducir sufi-ciente flujo magnético para inducir la tensión. El transformadorde tensión es un poco diferente del transformador de distribu-ción, y ciertamente del transformador de potencia, en que tieneuna muy limitada capacidad para almacenar energía.

Tensiones Nominales paraTransformadores dePotencial

Límites de sobretensión

Figura 14: Limitación de Aplicación - Transformadores de Potencial Grupo 1

Operación Normal Primarios de Transformador en Delta

Operación Normal Primarios de Transformador en Estrella.Neutro Transformador Puesto a Tierra

La falla a tierra debe despejarse rápidamente debido a que los transformadores del Grupo 1 son adecuados para únicamente el 125 % de tensión para servicio de emergencia

Puede permitirse falla a tierra hasta donde concierna al transformador

Sistema puesto a tierra o no

Sistema puesto a tierra o no

Tensión Línea-Línea del Sistema

Tensión Nominal Transformador

Tensión Línea-Línea del Sistema√3 x Tensión Nominal del Transformador

Arrolla

miento

Primar

io

H1

H1

H1

H1

H1

H1

H2

H2

H2

H2H2

H2

La norma IEEE C57.13 reconoce 5 grupos de transformadoresde potencial para diferentes capacidades y conexiones. Estos gru-pos se explican en la Figuras 14 hasta 18.

Todos los transformadores, de acuerdo a la norma IEEE C57.13,son capaces de operar continuamente y de mantener su precisióna 110% de la tensión nominal. Como se indica en las figuras, lostransformadores del Grupo 2 no necesitan hacer más que esto ylos transformadores del Grupo 1 serán capaces de operar (perono necesariamente mantener la precisión) a 125% de la tensióndurante emergencia, mientras que los transformadores de losGrupos 3 y 4 serán capaces de operar durante 1 minuto a la ten-sión línea-a-línea, que es 1.732 veces mayor que su valor nominal.El Grupo 5 debe ser capaz de operar (pero no necesariamentemantener la precisión) al 140% de la tensión durante un minuto.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Figura 15: Limitación de Aplicación - Transformadores de Potencial Grupo 2

Operación Normal Primarios de Transformador en Delta

Neutro del transformador puesto a tierra.

Operación Normal Primarios de Transformador en Estrella a Tensión Nominal / √3 Puede permitirse falla a tierra hasta

donde concierna al transformador

La falla a tierra debe despejarse rápidamente debido a que el aislamiento de los terminales de los transformadores del Grupo 2 no es adecuado para la tensión nominal a tierra del arrollamiento en forma contínua

Sistema puesto a tierra o no

Sistema puesto a tierra o no

Tensión Línea-Línea del SistemaTensión Nominal Transformador

Tensión Línea-Línea del Sistema

Tensión Nominal Transformador

Arrolla

miento

Primar

io

H1

H1

H1

H1

H1

H1

H2

H2

H2

H2H2

H2

en cada arrollamiento

√3

Figure 16: Limitación de Aplicación - Transformadores de Potencial Grupo 3

La falla a tierra debe despejarse dentro de un minuto debido a que los transforma-dores del Grupo 3 son adecuados para más de 110% de tensión durante únicamente 1 minuto. 173% durante 1 minuto para valores nominales hasta 92.000 para 161.000 Y aterrizada, 140% durante 1 minuto para valores nominales mayores.

Estos terminales son aislados únicamente para clase 5 kV (para permitir la medición de factor de potencia del aislamiento) y se deben conectar a tierra durante la operación normal. El valor nominal típico de transformador es 14.400 para 24.940 Y aterrizada.

Sistema Puesto a Tierra

Tensión Línea-Línea del Sistema

√3 x Tensión Nominal Transformador

Estos transformadores tienen 2 arrollamientos secundarios, uno con un valor nominal de 115 voltios(excepto para la capacidad menor de 14400 para 25000 en Y aterrizada que tiene 120 voltios nominal)y otro arrollamiento secundario con capacidad de aproximadamente 115/1.732 voltios. Este valor noes siempre exactamente 115/1.732 debido a que, por simplicidad, la relación de tensiónprimario/secundario se ajusta a un número redondeado.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Figura 17: Limitación de Aplicación - Transformadores de Potencial Grupo 4

La falla a tierra debe despejarse dentro de un minuto debido a que los transforma-dores del Grupo 4 son adecuados para 125% de tensión durante únicamente 1 minuto.

Estos terminales son aislados únicamente para clase 1.2 kV (para permitir la medición de factor de potencia del aislamiento) y se deben conectar a tierra durante la operación normal. El valor nominal típico de transformador es 7.200 para 12.470 Y aterrizada.

Sistema puesto a tierra

Tensión Línea-Línea del Sistema

√3 x Tensión Nominal Transformador

Figura 18: Limitación de Aplicación - Transformadores de Potencial Grupo 5

La falla a tierra debe despejarse dentro de un minuto debido a que los transforma-dores del Grupo 5 son adecuados para 140% de tensión durante únicamente 1 minuto.

Estos terminales son aislados únicamente para clase 1.2 kV (para permitir la medición de factor de potencia del aislamiento) y se deben conectar a tierra durante la operación normal. El valor nominal típico de transformador es 14.400 para 24.940 Y aterrizada.

Sistema Puesto a Tierra

Tensión Línea-Línea del Sistema

√3 x Tensión Nominal Transformador

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Calidad de Servicio

Bajones y Picos deTensión

InterrupcionesMomentáneas

Figuras 19A y 19B: Distribución de Eventos RMS

Monofásicos68%

DosFases

19%

Trifásicos13%

(V< 0.1)9%

0.1< V< 0.510%

0.5<V<0.981%

Interrupción

19A. Gráfico tipo pastel mostrando las estadísticas de bajonesde tensión e interrupciones. Note que la mayoría de loseventos (81%) son bajones (entre 0.5 pu y 0.9 pu).

19B. Gráfico tipo pastel mostrando las estadísticas de todos lostipos de eventos de calidad de servicio.Note que la mayoría de los eventos (68%) son monofási-cos.

La calidad de servicio es una consideración importante al diseñarcualquier sistema de potencia. Los sistemas de distribución sonespecialmente vulnerables a problemas de calidad de servicio.Estos problemas se deben tomar en consideración cuando seseleccione y adquiera equipos. Las distancias para despacho deenergía, densidad de carga y concentraciones de usuarios estánentre los aspectos que difieren entre el mercado ANSI deEstados Unidos y el mercado Europeo IEC. Los problemas decalidad de servicio incluyen:• Bajones y picos de tensión• Interrupciones momentáneas (flicker)• Armónicas (armónicas de corriente y/o de tensión)

Los bajones y caídas de tensión están asociados con maniobras oeventos de falla en el sistema de potencia que causan que las ten-siones en circuitos adyacentes o vecinos colapsen parcialmente.Estos eventos pueden durar de unos pocos milisegundos a másde un segundo.

Las interrupciones momentáneas son del mismo tipo de loseventos en sistemas de potencia como bajones y caídas de ten-sión, pero son causadas por rayos y otros transitorios. La mayordiferencia es que las interrupciones momentáneas ocurren princi-palmente en los circuitos involucrados directamente en el eventoen lugar de en circuitos adyacentes. Las interrupciones momen-táneas son problemas de calidad de servicio más severos que losbajones y caídas de tensión. Las siguientes figuras 19 A y 19 Bmuestran estadísticas de bajones de tensión e interrupcionesmomentáneas en un sistema típico de potencia ANSI.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Las armónicas son causadas por cargas no-lineales. La naturalezade los equipos de potencia no-lineales provocan que una formade onda perfectamente sinusoidal de tensión resulte en corrientesque contengan otras frecuencias. Una corriente sinusoidal puedeprovocar la generación de tensiones no-sinusoidales. El equipo depotencia no-lineal incluye transformadores saturados, motores ygeneradores, pero está principalmente asociado con electrónicade potencia. El evento de disparar o conmutar un SiliconControlled Rectifier (SCR), un diodo, un Insulated Gate BipolarTransistor (IGBT) o un Gate Turn-off device (GTO), es en prin-cipio una operación no-lineal. Los aparatos de electrónica depotencia tales como Adjustable Speed Driver (ASDs) o VariableSpeed Drivers (VSDs) pueden presentar un alto nivel de armóni-cas, a menudo mayores que 100% de Distorsión Armónica Total(THD). En el caso de los ASDs, este nivel de armónicas varíacon las rpm seleccionadas del motor y la carga mecánica en el eje.

Las armónicas son eventos no deseados en los sistemas de dis-tribución. Pueden causar calentamiento excesivo y daño enconexiones y cables del neutro, y pueden saturar los transfor-madores para instrumentos. Las armónicas pueden ademáspropagarse de la ubicación original del equipo no-lineal a otrasubicaciones tales como alimentadores o cargas. Pueden provocarademás disparos falsos o mal funcionamiento de equipos, lecturasfalsas de los TCs y TPs, relés especialmente sensitivos, cargas decomputadoras, otros ASDs y Controladores LógicosProgramables (PLCs).

Existe una variedad de técnicas para mitigar y controlar el nivelde armónicos, y normas de la industria regulando armónicas (verIEEE 519, Standard Practices and Requirements for HarmonicControl in Electrical Power Systems, o IEC 555/1000-3). Losposibles procedimientos de mitigación incluyen re-configuracióndel sistema, redimensionamiento de cables o transformadorespara incluir la carga adicional debido a las corrientes armónicas, oinstalar filtros y bloqueadores de armónicas. Es importante recor-dar que estas medidas trabajarán para algunas pero no para todaslos armónicas. A menudo se debe ejecutar un estudio completopara determinar el nivel de armónicas de corriente, su impacto enel sistema de potencia y las posibles medidas de supresión.

En sistemas reales, una perturbación en el sistema puede provo-car una cascada de otras perturbaciones. Por ejemplo, un frentede onda por rayos (transitorio rápido de sobre tensión) viajando alo largo de una línea aérea de alimentador puede causar unflameo y consecuente cortocircuito en una subestación que estéalimentando a una planta industrial, lo que a su vez puede causaruna aceleración anormal de un generador local y así sucesiva-mente.

Armónicas

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Un transformador de potencial se conecta a través de la línea olínea-tierra y se carga a un grado mayor o menor dependiendo delnúmero de aparatos conectados en paralelo a los terminales secun-darios (Figura 20). Según se incremente la carga, las curvas paraerror de relación y ángulo de fase mostrarán como es afectada laprecisión. Si la precisión no es importante, la carga se puede incre-mentar hasta la capacidad térmica en voltios-amperios, la máximaque puede ser manejada sin sobrecalentamiento. Los transfor-madores de potencial deben ser capaces de soportar un cortocircuitoaccidental durante un segundo. El primario de un transformador decorriente está conectado en serie con la línea y debe conducircualquier flujo de corriente en la línea. La impedancia de la cargaconectada a los terminales del secundario afecta la precisión, comose muestra en las curvas de error de relación y ángulo de fase, perogeneralmente no tiene efecto significativo en la temperatura.

Debido a que los medidores de vatio hora son capaces usualmentede conducir al menos 400% de su corriente nominal continuamente,muchos de los transformadores de corriente, usados casi exclusiva-mente con medidores de vatio hora, se han diseñado específica-mente para conducir de 2 a 4 veces la corriente normal. Además,debido a que muchos de estos transformadores de corriente se usancasi exclusivamente en tableros cerrados, ellos se deben diseñar paraoperar en alta temperatura ambiente (55° C), ellos conducirán 1.33veces la corriente normal en una temperatura ambiente normal(30°C promedio diario).

El factor que designa la capacidad continua de corriente en términosde corriente nominal a 30° ambiente se denomina factor de capaci-dad térmica de corriente. Los valores normalizados son 1.33, 1.5,2.0, 3.0 y 4.0. El factor de capacidad térmica continua se basa enuna temperatura ambiente de 30°C a menos que se indique otracosa.

La Guía de Carga de la IEEE reconoce que el aislamiento del trans-formador puede soportar un grado considerable de sobrecalen-tamiento durante un corto periodo de tiempo sin daño severo. Porejemplo, en el evento de un cortocircuito en la línea, la corriente defalla puede fácilmente ser de 50 veces la corriente nominal del trans-formador de corriente, pero circulará probablemente durante nomás de 1 segundo. La norma IEEE C57.13 permite una temperaturade 250° C durante este tiempo muy corto (comparado con 95°C detemperatura promedio continua del arrollamiento). Todos los trans-formadores de corriente tienen asignado un límite de corriente tér-mica de 1 segundo que denota cuanta corriente ellos conducirán(usualmente especificado en términos de veces la corriente nominalnormal) durante 1 segundo. Para duraciones de hasta cinco segun-dos, los transformadores de corriente conducirán corrientesmenores que ésta. El transformador conducirá más corrientedurante un tiempo menor que un segundo de acuerdo a la mismaregla, hasta el límite mecánico de corriente (que está dado tam-bién para transformadores de corriente normalizados). A estelímite de corriente, las fuerzas electromecánicas tienden a separarlas bobinas primarias y secundarias, llegando a ser suficiente-mente altas para dañar al transformador.

Condiciones deServicio

Capacidad de Sobrecargay Cortocircuito

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

El límite mecánico de corriente está especificado en términos delnúmero de veces la corriente nominal normal, tal como lo es el límitetérmico de 1 segundo, pero se ha asumido siempre que la corrientepuede estar totalmente desplazada inicialmente. Si es conocido que lacorriente no puede estar totalmente desplazada inicialmente, el trans-formador de corriente será capaz de soportar mecánicamente unvalor RMS mayor de corriente, mayor que su límite mecánico nomi-nal. La temperatura a estas corrientes altas y tiempos cortos (menosque 5 segundos) no puede medirse, pero se la calcula siempre en basea que todo el calor generado por la corriente se almacena en el cobredurante el tiempo que dure (no más de 5 segundos) la corriente alta.

Las corrientes mayores que el valor nominal, pero menores que ellímite de 5 segundos, se pueden determinar por las reglas indicadasen las Guías de Carga de la IEEE. El cálculo para un transformadordado es largo, y como guía general para transformadores normaliza-dos, se pueden usar las curvas de la Figura 20.

A temperaturas sobre la estándar promedio diaria ambiente de30° C, los TCs se deben re-potenciados a menos 1% por cadagrado arriba (hasta 55° ambiente). A temperaturas bajo 30° C,pueden ser re-potenciados a más 0.75% por cada grado (abajohasta 0°C). TCs de aplicaciones especiales están disponiblesdonde la temperatura de barras es tan alta como 135°C (refiérasea la Figura 21).

Temperaturas Ambientemás Altas y más Bajas

Figura 20: Capacidad de Sobrecarga de Transformadores de Corriente

20

15

109876

5

4

3

2

1.5

11 2 3 5 7 10 20 30 7050 100Tiempo en horas, minutos y segundos después de plena carga

Vece

s co

rrie

nte

térm

ica

máx

ima

cont

ínua

Horas

Minutos

Segundos

Guía recomendada para carga durante corto tiempo de transformadores de corrientedespués de carga nominal para 0.1% de pérdida de vida. Los transformadores cargadosasí, alcanzarán temperaturas en exceso de 55° C de aumento de temperatura sobre elambiente. La carga de acuerdo a esta curva no es segura si el ambiente excede 30° C sobreel promedio, o, si la sobrecarga ocurre más a menudo que una vez por día.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Tensión de CircuitoAbierto enTransformadores deCorriente

La Figura 2 (Página 5) muestra que la corriente de línea debe circu-lar a través del transformador de corriente, y la Figura 4 (Página 8)muestra que si el circuito secundario es abierto accidentalmente,toda la corriente tendrá que circular a través de los ramales de corri-ente de excitación del circuito equivalente. Esto desarrollará una altatensión a través del ramal de excitación, que aparecerá como unaalta tensión en los terminales secundarios. Debido a que esta tensiónes limitada por la saturación del núcleo, el valor RMS medido porun voltímetro no aparecerá como peligroso. Según la corriente pasepor cero cíclicamente, la tasa de cambio de flujo a corriente cero noes limitada por saturación, y de hecho es muy alta. Esto inducepicos o pulsos de tensión extremadamente altos.

Estos picos altos de tensión pueden no ser registrados en unvoltímetro convencional, pero ellos pueden hacer fallar el ais-lamiento y son peligrosos para el personal. Los TCs están aisladospara soportar, durante operación de emergencia, picos de tensiónsecundaria de hasta 3500 voltios. Esto protege a los transfor-madores más pequeños con clases de precisión para relés menorque T200, pero, si es probable un circuito abierto de transfor-madores más grandes, algún circuito de protección debe estarconectado permanentemente a los terminales del secundario. Engeneral, el circuito abierto en los terminales secundarios debe con-siderarse como un serio accidente. El pico real de tensión de cir-cuito abierto es difícil de medir precisamente, debido a que existeúnicamente como pico muy corto. El método indicado en la TestMethods Section de la norma IEEE C57.13 representa un compro-miso excelente entre precisión y factibilidad.

Figura 21: Guía de Carga Térmica de TCs de 55°C de Aumento de Temperatura

Temperatura promedio del aire ambiente de enfriamiento durante 24 horas, grados C.(La máxima temperatura ambiente del aire no excederá el promedio en más de 10°C.)

0 10 20 30 40 50 600

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

1.0

1.331.5

2.0

3.0

4.0

Por

cent

aje

de C

orrie

nte

Nom

inal

Prim

aria

Las designaciones de curva sonfactores de capacidad corriente térmica contínua a 30°C de aire ambiente

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Si ocurre un cortocircuito en el sistema, con una corriente variasveces la normal, la tensión en la carga será mas bien alta. La den-sidad de flujo en la reactancia de excitación equivalente (el núcleodel transformador de corriente) puede ser lo suficientemente altaque si la corriente de falla es interrumpida abruptamente, elnúcleo puede ser magnetizado permanentemente a una densidadde flujo bastante alta. Esto se denomina a menudo como magne-tización residual. Si el circuito secundario del TC es abierto acci-dentalmente, la densidad de flujo se volverá muy alta y aún si elcircuito es inmediatamente cerrado otra vez, el núcleo puede per-manecer con magnetización permanente.

Cuando se restablecen la corriente normal y variación de flujo, lavariación de flujo empieza del valor residual y varía como semuestra en la Figura 22. Si el flujo empieza a incrementarse delpunto a, la variación de flujo no puede ser mantenida en el lazoa–A en la Figura 22, debido a que tal lazo requeriría corrientedirecta para mantenerse en su posición desplazada. El lazo deflujo debe desplazarse hacia abajo (alrededor del eje vertical) allazo simétrico c-C. Según se desplaza hacia abajo, genera real-mente una pequeña corriente directa en el circuito secundario.La carga del secundario establecerá la tasa de cambio. Lavariación de flujo permanecerá en este lazo indefinidamente.

La pendiente del lazo c-C será menor que la pendiente del lazonormal, completamente simétrico en el origen. La corriente picode excitación S1’ será más alta que la corriente normal deexcitación S1. Si se incrementa la densidad de flujo alterno, el lazode histéresis se mueve a d-D y la pendiente de este lazo se hacecasi igual al lazo simétrico. La corriente de excitación S2’ estodavía mayor que el valor simétrico, pero no tan grande en por-centaje, como la diferencia entre S1’ y S1

El resultado final es que la corriente efectiva de excitación, queprovoca el error de relación y ángulo de fase, se incrementa si elnúcleo se vuelve permanentemente magnetizado. Esto provocaráusualmente no más de 0.1% y 3 minutos de error adicional en lapráctica con transformadores para medición a cargas demedición10. La diferencia es menor dependiendo de la carga ycorriente que podría esperarse. Esto es debido a que el incre-mento en la corriente de excitación del magnetismo permanentees menor a una variación baja de flujo, y se mueve a un valorconstante de amperios-vuelta según se incrementa la variación deflujo.

Si la precisión de medición de relación y ángulo de fase es impor-tante, especialmente si se compararán mediciones de relación yángulo de fase hechas en momentos diferentes o en diferenteslaboratorios, es deseable la desmagnetización del núcleo por elmétodo convencional de aplicar una tensión alterna lo suficiente-mente alta para circular la corriente nominal en el arrollamientosecundario, reduciéndola gradualmente a cero. (ver IEEEC57.13).

10 Al 100% de la corriente

Magnetización Permanentede Transformadores deCorriente

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Figura 22: Magnetismo Permanente en Transformadores de Corriente

Flujo

Amperios Corriente Excitación

Variación Igualde Flujo

a

c

d

S1

D

C

A

Y

Y

S2'

S1'

Para permitir que exista el lazo a-A, debe circular corriente directa, requiriendo una tensión de CD. Esto asu vez requiere un cambio descendente en flujo para inducirlo, con el resultado de que el lazo se desplazahacia abajo a c-C que es simétrico con respecto al eje vertical y no requiere corriente directa. Laoperación es estable sobre este lazo. El hierro está permanentemente magnetizado por haber estado en elpunto a, y el lazo c-C no se desplazará hacia abajo mas allá de sí mismo. La imposición de una variaciónde flujo de CA todavía alta, provocará que el lazo más grande d-D se desplace hacia debajo de c-C. Unadensidad de flujo muy alta restablecerá el lazo simétrico original y-Y.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Un sistema sin puesta a tierra está siempre realmente puesto atierra, aunque quizás muy pobremente, por la capacitancia yresistencia de su aislamiento a tierra, como se muestra en laFigura 24. Si un transformador de potencial se conecta de unalínea a tierra, éste está en efecto conectado en paralelo con uncondensador. El circuito equivalente se muestra en la Figura 24.Esta Figura muestra además como puede ocurrir resonancia enparalelo entre el transformador y el condensador, y como estopuede causar una tensión muy alta con la destrucción del trans-formador de potencial. Si al examinar un transformador depotencial fallado éste muestra únicamente el arrollamiento pri-mario uniformemente quemado de extremo a extremo, la causasin duda es una fuerte sobre excitación y se puede sospechar de“ferro resonancia”. Esto se denomina ferroresonancia debido aque esta resonancia depende de la saturación parcial de un núcleode hierro.

El número de combinación de constantes que pueden causar laferroresonancia es grande, y el análisis del circuito y predicciónde la posible tensión destructiva no es simple. Para los transfor-madores de ABB de presente y prevista fabricación, esto operacomo se muestra en la Figura 23. Estas cargas altas puedencausar errores mayores de 0.3% pero los transformadores conec-tados línea a tierra en un sistema sin puesta a tierra se usan rara-mente para medición en el mercado ANSI (es más común usarunidades conectadas línea a línea). Si 3 transformadores seconectan en Y en el primario, los secundarios nunca se debenconectar en Delta.

Transformador dePotencial conectadoLínea-Tierra en un SistemaSin Puesta a tierra

Figura 23: Carga en Vatios para evitar Ferro-resonancia

Clase Tensión(Primario)

Carga en vatios en elsecundario para evitar

ferro-resonancia

Resistencia equiva-lente aproximada en

ohmios por fase(120 V)

Conectado a través dela esquina de una delta

abierta

61227002005 oT

7200-15000 500 29 87

0602057sám y 00052

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Figura 24: Ferro-resonancia en Transformadores de Potencial

Circuito capacitancia línea-tierra

A

C

B

Tensión

Corriente TotalPosible sobre tensión concorriente de excitación muy alta

Tensión Normal

Corriente en atraso de transformador

Corriente en AtrasoCorriente en Adelanto

Corriente en adelantode condensador

Ep

A. Circuito de capacitancia línea-tierra

B. Circuito equivalente en Y

C. Curva aproximada posible de corriente (despreciando los componentes de resistencia) mostrando que a algún valor particular de tensión (Ep) la corriente reactiva del condensador y del transformador totalizan cero, representando impedancia infinita, con el resultado de quela tensión a tierra en esta línea puede alcanzar Ep. Esto es un valor lo suficiente alto para quela corriente de excitación excesiva queme el arrollamiento primario.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Muchos problemas en los circuitos se pueden resolverconectando un transformador de corriente para alimentar otrotransformador de corriente, usualmente denominado un transfor-mador de corriente Auxiliar, mostrado en la Figura 25. Los trans-formadores auxiliares de corriente operan igual que otrostransformadores de corriente, pero hay ciertos problemas asocia-dos con su uso que ameritan discusión.

Primero, el transformador auxiliar de corriente constituye unacarga adicional en el transformador de corriente principal, queusualmente incrementa los errores en el principal.

Segundo, el rendimiento de un transformador auxiliar de corri-ente no es usualmente tan bueno como del transformador princi-pal. Esto es debido a que el transformador auxiliar está diseñadopara imponer una carga tan baja como sea posible en el transfor-mador de corriente principal. Esto significa que su valor nominalde carga propia debe ser relativamente bajo.

Estas dos consideraciones significan que los errores de transfor-mación cuando se usa un transformador auxiliar de corriente,serán típicamente 3 veces del valor que podría esperarse con unsolo transformador. Sin embargo, las funciones especiales que sepueden ejecutar con los transformadores auxiliares, como se indi-can en la Figura 25, a menudo imponen su uso.

TransformadoresAuxiliares de Corriente

Figura 25: Transformadores Auxiliares de Corriente

Auto-transformador de relación ajustable para obtener cualquier relación especial deseada

Transformador de relación alta para producir corriente baja (0.1 Amp Típico), adecuada para transmisión a gran distancia

Transformador con relación de 1/√3 o múltiple relación para ciertos circuitos Y-Delta

Transforma-dor de Corriente Principal

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Los fusibles primarios se usan con transformadores de potencialprincipalmente para sacar el transformador de línea en el eventode una falla interna. Esto evita que un TP fallado se convierta enuna falla línea-tierra que requiere que el interruptor interrumpa elservicio eléctrico a los usuarios.

En vista de que los transformadores modernos son mucho másconfiables que los antiguos, los fusibles puede que nunca operendebido a una falla interna del transformador. La falla del transfor-mador puede todavía ser provocada por sobrecarga o cortocircuitoen el secundario, sin embargo, si ocurre tal falla, ésta involucraríaotros aparatos, causando quizás un apagón.

Los fusibles modernos son más sólidos y confiables que losfusibles antiguos, entonces se minimiza la posibilidad de falla defusible. Unicamente una instalación excepcional será tan dependi-ente de la continuidad de tensión, que el transformador de poten-cial deba estar conectado sólidamente al circuito primario. Con losfusibles modernos, las principales desventajas son el costo de losfusibles y el montaje y espacio requeridos.

La mayoría de los fusibles del primario protegerán además altransformador contra cortocircuito parcial en el arrollamiento pri-mario y contra cortocircuitos en el secundario. Algunos usuariosescogen fusibles que no operarán en condiciones de cortocircuitodel secundario.

Todos los fusibles para transformadores de potencial interrum-pirán únicamente a cierta corriente máxima de falla, por lo tanto,se usan fusibles limitadores de corriente. Estos tienen capacidadesde interrupción más altas y pueden, en la mayoría de los casos,usarse sin resistencias externas para limitar la corriente.

Los fusibles primarios se pueden instalar en transformadores deuso interior en la fábrica, o, en montajes separados. Generalmente,este montaje separado incrementa el costo y espacio requeridopara la instalación.

El uso o no de los fusibles está determinado por la prácticaestablecida por el usuario, pero la operación sin fusibles haprobado ser satisfactoria en la mayoría de las instalaciones. Lasmismas consideraciones aplican para transformadores uso exterior,pero se deben usar fusibles instalados por separado en sus propiasbases. Estos no se instalan en el transformador.

El uso de fusibles en el secundario es raro y es materia de selec-ción personal por el usuario. Tales fusibles deben dimensionarseen forma tal que conducirán la corriente secundaria indicada porla capacidad térmica VA del transformador, pero se deben fundiren un tiempo corto a cualquier corriente alta para proteger altransformador. Si ocurre falla mecánica de un fusible y no esdetectada rápidamente, puede ocurrir una pérdida considerable defacturación o protección.

Aplicando Fusibles enTransformadores dePotencial

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Nuevas Tecnologíasde Diseño

Nuevas Tecnologías deProcesos

Un equipo eléctrico rentable, altamente confiable, es el resultado deun proceso de diseño que combina características optimizadas dediseño eléctrico y mecánico, uso eficiente del mejor material aislantedisponible y procesos de fabricación altamente refinados. Esteenfoque innovador se usa en la próxima generación de transfor-madores para instrumentos de ABB.

Nuevas Tecnlogías deMateriales

La amplia disponibilidad de software avanzado de simulación haproporcionado a los ingenieros más herramientas para desarrollarnuevos productos y accesorios asociados sin incurrir en enormesgastos de prototipos.

En el diseño de la siguiente generación de transformadores parainstrumentos, ABB usa el software de simulación electrostáticaAnsoft's Maxwell® 3D. Este programa calcula la distribución delesfuerzo del campo eléctrico en la superficie y dentro del aparatoeléctrico fundido. Para cada candidato de material de aislamiento,se obtienen diferentes distribuciones de esfuerzos de campodependiendo de la propiedades dieléctricas del material.Adicionalmente, los ingenieros pueden variar las condiciones delambiente fuera del modelo de simulación, para tener la distribu-ción de esfuerzo de campo específica para el ambiente. Las carac-terísticas de diseño basadas en 3D se importan después dentro deun paquete de software propietario de ABB (Reactive MoldingRAMZES). Este programa optimiza el proceso y parámetros defundido y calcula los esfuerzos y deformaciones mecánicos resul-tantes que se desarrollan dentro de la fundición. Se puede diseñaruna robustez mecánica óptima dentro del producto a través devariaciones de estos parámetros de fundición

En las etapas iniciales, el proceso de encapsulamiento en vacío fuéel más usado comúnmente para epoxy. Este proceso más confiableeliminaba el costoso reforzamiento mecánico del ensamble núcleo-bobina requerido con el moldeado a alta presión de goma debutilo. Durante los años 1980, se introdujo el fundido a inyecciónde líquido de epoxy. El proceso más adelante se automatizó ydenominó gelatinado automático a presión (APG). El procesoAPG acortó efectivamente el tiempo de ciclo de encapsulamientoy se ha convertido en el proceso escogido para el epoxy.

Tecnologías Avanzadas deDiseño

Para conseguir los transformadores más confiables y asequibles, seconfiguró el epoxy cicloalifático hidrofóbico (HCEP) dentro delmodelo de simulación electrostática para optimización del pro-ducto. El HCEP lo desarrolló un suministrador global de epoxyusando una formulación propietaria y técnicas especiales de proce-samiento para producir un epoxy mejorado para uso exterior. Estemantiene mejor la hidrofobicidad de la superficie que su contra-parte cicloalifático (CEP) en base a una exposición prolongada aagresivos ambientes al exterior, sin sacrificar otras característicasquímicas y mecánicas deseables. (Las características ventajosas delas superficies de aislamiento hidrofóbicas se han discutido previa-mente en la sección Revisión de Tecnología). El equipo para usoexterior resultante tiene los siguientes atributos:• Resistencia mejorada al clima y envejecimiento al exterior• Mejor comportamiento en embientes altamente contaminados• Mejoradas la confiabilidad y expectativa de vida del producto

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

El mejor diseño usando el mejor material, no garantiza de todasmaneras un comportamiento confiable y larga duración si no sefabrica adecuadamente..

Aunque el proceso APG ha sido aplicado a fundiciones de epoxydurante muchos años, el gran espectro de parámetros de fundicióntales como temperatura, presión y tiempo de curado, presentantodavía un gran desafío de como optimizar el proceso paraobtener un producto superior. Un enfoque de prueba y error esuna manera, pero esto conduce a altos costos de prototipo ytiempo considerable de evaluación.

Como se mencionó previamente, el uso del software avanzado desimulación (RAMZES) ha acortado sobremanera este proceso ypermite a los ingenieros optimizar eficientemente el proceso defundido. Cuando el proceso APG se une con las últimas tec-nologías en el manejo, mezclado y control de procesos de resinas,el resultado en un producto confiable, robusto y rentable.

Sensor de Tensión

Paralelo a los transformadores para instrumentos, las nuevas técni-cas de medición de tensión y corriente se están presentando comer-cialmente.

Los divisores resistivos de tensión se han convertido en una alter-nativa comercialmente viable para la medición de tensión.Aunque ellos consumen una corriente (resistiva) ligeramentemayor, se pueden embeber en un material dieléctrico fundido osólido (tal como epoxy o poliuretano) y proporcionar una salidaestable en un amplio rango de frecuencias, incluyendo armónicasaltas. La tensión del divisor resistivo es igual a:

Los divisores capacitivos de tensión han estado en pruebas dealta tensión durante largo tiempo. Ellos proporcionan una salidaestable, proporcional a la relación de capacitancias.

Los divisores capacitivos de tensión tienen impedancia inherentemuy alta, en forma tal que ellos deben conectarse a una carga dealta impedancia (ligera). Con los avances de relés y medidoreselectrónicos, esto se ha convertido en una opción comercial-mente viable para algunas aplicaciones.Los sensores ópticos de tensión estan disponibles para aplica-ciones de alta tensión, donde el aislamiento línea a tierra es lamayor preocupación. Los sensores ópticos de tensión se basan enel fenómeno electro-óptico denominado efecto Kerr por el cualuna onda de luz se polariza dependiendo del campo eléctricogenerado por la tensión en el sistema. La tecnología estádisponible para usarse también en sistemas de distribución, peroson necesarias todavía algunas mejoras en costo y complejidaddel sistema óptico.

VSEC = VPRI * R SEC

R PRI + R SEC

VSEC = VPRI * C PRI

C PRI + C SEC

Nuevas Tecnologías deSensores

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

Las bobinas Rogowski o acopladores lineales son esencialmentetransformadores con núcleo de aire que usan un conductor depotencia como arrollamiento primario y una bobina con núcleode aire devanada alrededor de él como secundario. La diferenciaes que la corriente primaria induce una señal de tensión secun-daria en la bobina Rogowski (no una corriente), que es unaderivada proporcional de la corriente primaria dI/dt. Estorequiere algún cuidado procesando la señal dI/dt para convertirlaa la medición verdadera de la corriente primaria. Nuevamente,con los avances del procesamiento de señal electrónica, estosaparatos están ahora disponibles comercialmente. Las bobinas deRogowski son muy lineales y no se saturan, aún bajo condicionesextremas de corriente y altas frecuencias.

También se puede usar el fenómeno magneto-óptico, denomi-nado efecto Faraday para medir la corriente. Cuando una luzpolarizada pasa alrededor del conductor con la corriente, elcampo magnético asociado con la corriente cambia el ángulo depolarización de la luz. El cambio se puede medir ópticamente yconvertido a la señal eléctrica, proporcional a la corriente pri-maria. Los transductores ópticos son inherentemente buenospara tensiones muy altas en vista de que no requieren ningunaconexión eléctrica a los conductores primarios de fase. Losaparatos son lineales en todo su rango de corriente primaria.

Sensor de Corriente

Descripción General ABB ofrece una línea completa de transformadores para instrumen-tos desde 600 V hasta 34.5 kV. En la clase 600 V, ABB fabricatransformadores de corriente (TCs) y transformadores de potencial(TPs), usando tanto cajas de goma termoplástica como plásticas. Enlas clases de 5–34.5 kV, ABB proporciona un amplio rango de TCsy TPs para uso interior fundidos en poliuretano, usando un procesoinnovador de fundido. Los TCs y TPs de media tensión para usoexterior son fundidos en HCEP (epoxy cicloalifático hidrofóbico)usando un proceso automático de gelatinado a presión. Se ofrecenademás equipos especiales tales como acopladores lineales y TCstipo buje.

ABB fabrica transformadores para instrumentos en Pinetops,Carolina del Norte. La operación de Pinetops se inició en 1978 y esconsiderado un centro mundial de excelencia en transformadorespara instrumentos. La operación es ampliamente reconocida por suséxitos despachando a tiempo, cortos tiempos de entrega, enfoqueen calidad y sensibilidad para el cliente. Las iniciativas vigentes deoperación incluyen:• Sensibilidad hacia el cliente• Fábrica enfocada• Inversión en nuevos equipos• Mejora de la productividad• Reducción de inventario• Reducción del tiempo de ciclo de fabricación• Optimización completa

Los transformadores se fabrican según varias especificaciones,incluyendo normas ANSI, IEEE, CSA, IEC y Australianas. ABB-Pinetops recibió la certificación ISO-9001 de UL en Noviembre 29,1995 y la certificación ISO-14001 en Agosto 31, 2000.

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

La familia de productos de trasformadores para instrumentos deABB consiste de lo siguiente:• Media Tensión uso Interior (poliuretano)• Media tensión, uso Exterior (HCEP)• 600 V Interior (Caja plástica)• 600 V Interior/Exterior (Goma termoplástica)• Transformadores de Corriente Tipo Buje

Los rangos de tensión se definen como baja tensión por debajode 700 V y media tensión de 1.2 kV hasta 36 kV.

Media tensión, Uso Interior

DiseñoContemporáneo

Media tensión, Uso Exterior

Los transformadores de potencial de media tensión,uso interior, son encapsulados en poliuretano usandoun proceso de fundición en vacío. Están disponiblestransformadores de corriente y de potencial en clasesde tensión con rango de 5 kV a 34.5 kV. Las aplica-ciones típicas incluyen tableros y gabinetes blindadospara medición primaria y de facturación y protección

Las unidades de potencial están disponibles para aplica-ciones línea-línea, designadas como estrella Y, y paraaplicaciones línea-tierra, designadas estrella aterrizadaGY.

Los transformadores de potencial de media tensión, usoexterior, son encapsulados en epoxy cicloalifáticohidrofóbico (HCEP) usando el proceso automático degelatinado a presión (APG). Los transformadores decorriente y de potencial están disponibles en tensionescon clases desde 5 kV a 34.5 kV. Estas unidades las usantípicamente las empresas de servicio público en subesta-ciones.

Las unidades de potencial están disponibles para aplica-ciones línea-línea, designadas como estrella Y, y paraaplicaciones línea-tierra, designadas estrella aterrizadaGY

San José, Costa Rica300m. norte del BCR Plazoleta San Antonio de Desamparados

Tel.: (506) 2251-4100Fax: (506) [email protected]

600 V Interior (Caja Plástica)

600 V Interior/Exterior (Goma Termoplástica (TPR))

Transformadores de Corriente Tipo Buje(BCT)Las unidades BCT son transformadores de corrienteclase 600 V, tipo anillo. Se pueden envolver con cinta depoliéster o encapsular en poliuretano. Las aplicacionestípicas incluyen interruptores de alta tensión y transfor-madores de potencia.

Los transformadores TPR de 600 V estándisponibles en diseños de corriente y depotencial y son adecuados para uso en unavariedad de aplicaciones, icluyendo mediciónsecundaria para facturación

Los transformadores de corriente en caja plástica, 600V, tipo ventana, se ofrecen en una variedad de diámetrosinternos de ventana y se usan en varias aplicaciones detableros e interruptores al vacío uso exterior

Resumen Un número de consideraciones están involucradas en la adecuadaselección de transformadores para instrumentos. Muchos de lostipos de transformadores tienen características similares, pero cadatipo tiene su propia combinación única de características quecumple mejor con la aplicación para la cual está diseñado. Parainformación más específica, refiérase por favor a los boletinesdescriptivos que se pueden encontrar en el sitiowww.abb.com/mediumvoltage o contacte a su representante deventas de ABB.