Los transformadores de intensidad en general tienen la misión de
llevar a valores convenientes, normalizados y fácilmente medibles, el parámetro
“intensidad de corriente” que circula por una red de transporte de energía,
cumpliendo ciertas especificaciones de precisión.
Una vez transformada, la intensidad resultante puede ser
controlada bien mediante un instrumento de medida (amperímetro, vatímetro,
contador, etc.), bien mediante un relé de protección (de sobreintensidad,
direccional, etc.). Estos aparatos más la extensión de cable de conexiones
entre el transformador y los mismos constituye la “carga” del transformador
(Zn) y absorben la potencia aparente (Pn) en voltamperios.
La “carga de precisión” se define según IEC 60185 como el valor de
la carga en que están basadas las especificaciones de precisión.
La “potencia de precisión” es el valor de la potencia aparente en
voltamperios con un factor de potencia especificado que el transformador
suministra al circuito secundario con la intensidad nominal secundaria cuando
está conectado a su carga de precisión.
La misión de los instrumentos de medida y la de los relés de
protección son totalmente distintas.
Transformadores
de intensidad para medida
Los instrumentos de medida deben ser alimentados con una
intensidad secundaria siempre del orden de la nominal del transformador y lo
más exactamente proporcional posible a la primaria, así como desfasada de esta
en un ángulo próximo a cero para un
sentido apropiado de las conexiones. Normalmente estos instrumentos no están
preparados para soportar intensidades de corriente muy superiores a la nominal
(en contadores del orden de seis veces) pudiendo ser destruidos en caso
contrario. El transformador de intensidad que lo alimenta debe responder a unas
especificaciones que lo definen como “Transformador de Intensidad para Medida”
(IEC 60185).
Para evitar que circulen intensidades elevadas por los aparatos de
medida, interesa que a partir de un cierto valor de la sobreintensidad, el
secundario del TI deje de reflejar la sobreintensidad primaria, o sea "se
desacople" del primario. Esto se consigue diseñando el TI, de forma que el
núcleo se sature y el error de relación aumente rápidamente al aumentar la
intensidad primaria. Recuérdese que dicho error es siempre por defecto, o sea,
la intensidad real secundaria es menor que la teórica según la relación de
transformación K por el valor de la
corriente de excitación secundaria Ie.
Siendo la intensidad de excitación
según la característica magnética del núcleo del transformador, es
evidente que, con una carga Z2
determinada (la nominal u otra cualquiera) al aumentar la intensidad primaria I1 aumenta la secundaria I2 y por tanto E2 e Ie. Aumenta pues el error de intensidad por defecto.
Se diseña el circuito magnético de forma que rápidamente llegue a
la saturación, a partir de un cierto valor de sobreintensidad primaria, en
consecuencia la corriente de excitación Ie
crecerá mucho en detrimento de la I2
que pasa por los aparatos
hasta llegar a un punto a partir del cual la intensidad I2 no crece más, aunque siga
aumentando I1.
Por todo lo indicado anteriormente, los transformadores de
intensidad para medida presentan dos condiciones fundamentales:
- Tener una precisión adaptada a la aplicación para la corriente normal de utilización
- Proteger los aparatos en caso de corrientes de defecto
● La precisión viene
definida por la clase de precisión que determina el error admisible en fase y
en módulo en una extensión del 5 % al 120 % de la corriente primaria asignada.
Las clases de precisión normalizadas según IEC son: 0,1 – 0,2 –
0,5 – 1 – 3 – 5
Las clases 0,5 y 1 son las utilizadas en la mayoría de los casos
La clase 0,2 es utilizada para contadores patrón
Las clases 0,1 - 3 - 5 no se utilizan en media tensión.
Caso particular: Los transformadores de gama extendida pueden ser utilizados
permanentemente con corrientes primarias de 120, 150 o 200 % de la corriente
asignada. El calentamiento y su precisión están garantizados.
● La protección de los aparatos de medida en caso de defecto viene
definida por el factor de seguridad FS
(antiguamente denominado factor de saturación), como sigue:
Donde Ips, es la corriente
límite asignada e Ipn es la corriente
primaria nominal.
Los valores preferentes de FS
son 5 y 10
Figura 1: Relación
entre Ipn y la Isn para un Fs £ 5
En caso de cortocircuito en la línea en la que está intercalado el
arrollamiento primario del TI, la seguridad de los aparatos alimentados por el
secundario del TI es tanto mayor cuanto menor es el factor de seguridad FS.
En los TI para alimentación de contadores, el factor de seguridad
acostumbra a ser igual o inferior a 5 (FS
≤ 5)
La intensidad de seguridad es el valor indicado por el fabricante
como la intensidad primaria más baja Ipn
para la que el valor eficaz de la intensidad secundaria Isn multiplicado por la relación de transformación nominal Kn, no exceda de 0,9 veces el valor de
la intensidad del primario, estando el secundario conectado a la carga nominal.
Esto puede expresarse con la fórmula:
La
norma IEC 60185 da los errores máximos de corriente y desfase en función de la clase
de precisión y del porcentaje de la corriente primaria asignada (ver tabla 1).
Tabla 1: Errores máximos de
corriente y desfase en función de la clase de precisión pata TI utilizados para
medida
Ejemplo de
Transformador de intensidad utilizado para medida
Características: 500/1 A
15 VA cl 0,5
Corriente primaria asignada 500 A
Corriente secundaria asignada 1 A
Clase de precisión 0,5
Potencia de precisión 15 VA
Para una corriente entre 100 % y 120 % de la corriente nominal, el
error en corriente es inferior a ± 0,5 % y el error de desfase es inferior a ±
30 minutos (ver tabla 1)
Para una corriente entre el 20 % y 100 % de la corriente nominal,
el error en corriente es inferior a ± 0,75 % y el error de desfase es inferior
a ± 45 minutos. (ver tabla 1)
Transformadores
de intensidad para protección
Por el contrario, cuando se trata de alimentación de relés de
protección generalmente no es necesaria una precisión tan grande, ya que el
relé trabaja siempre durante un tiempo muy corto y no es tan preciso como un
instrumento de medida, si bien debe estar preparado para actuar cuando la
intensidad que pase por él, - reflejo de
la que circula por el sistema de energía en un momento dado – alcance los altos
valores correspondientes a un cortocircuito en dicho sistema, con el fin de que
sea posible detectarlo y aislarlo. El transformador de intensidad que se
utiliza para su alimentación debe responder a unos requisitos que lo clasifican
como “Transformador de Intensidad para Protección”.
Por tanto, contrariamente al caso de los TI para medida, los TI
para protección interesa diseñarlos de forma que no alcancen la saturación
hasta valores elevados de sobreintensidad primaria, o sea que el crecimiento de
Ie sea lento.
En su caso, los transformadores de intensidad para protección
presentan dos condiciones fundamentales: tener un factor límite de precisión y
una clase de precisión adaptados a la utilización.
● Tener un factor límite de precisión (FLP) adaptado a la
utilización
El factor límite de precisión es la relación entre:
-
La corriente
límite de precisión para la cual el error es garantizado inferior a 5 o 10%
según que la clase de precisión sea 5P o 10P (ver tabla 2).
-
La corriente
primaria asignada.
El transformador se saturara si FLP no es grande
Los valores IEC de FLP son: 5 – 10 – 15 – 20 – 30
Tabla 2: Errores máximos de
corriente y desfase en función de la clase de precisión para los TI utilizados
para protección
● Tener una
precisión adaptada a la utilización
La precisión está definida por la clase de
precisión
Las clases de precisión IEC son 5P y 10P. La
elección dependerá de los aparatos conectados, por ejemplo, protección
diferencial de alta impedancia = 5P, protección de máxima corriente de fase =
10P.
Ejemplo de transformadores de intensidad utilizados para protección
Características: 100/1 A 15 VA 5P10
Corriente primaria asignada (Ipn): 100 A
Corriente secundaria asignada (Isn): 1 A
Potencia de precisión: 15 VA
Clase de precisión: 5P
Factor límite de precisión (FPL): 10
Para una potencia prevista de 15 VA en 1 A, el error máximo en la corriente secundaria sera:
-
Inferior al 1% en Ipn = 100 A (ver tabla 2), en el secundario sería (Isn · 1%) = 1 A · 1% = ± 0,01 A
-
Inferior al 5% en (Ipn · FLP) =
100 A · 10 = 1000 A (ver tabla 2), en el secundario sería
(Isn · 10 · 5%) = 1 A · 10 · 5% = ±
0,5 A
La corriente en el secundario estaría comprendida
entre 9,5 y 10,5 A para una corriente
primaria de 1000 A (10 veces Ipn).
Transformadores
de intensidad para medida y protección
Esta diferente problemática en la alimentación de aparatos de
medida y de relés de protección hace aconsejable no mezclar en un mismo
circuito secundario de un TI, aparatos de medida y relés. Lo correcto es
destinar un TI (o bien un núcleo de un TI de doble núcleo), para los relés de
protección y otro núcleo para los relés de protección. Desde luego, cada núcleo
con las características adecuadas, a los aparatos que debe alimentar.
Obsérvese que se indica doble núcleo, no simplemente doble
arrollamiento secundario, pues las condiciones de saturación que son las
determinantes del distinto comportamiento frente a las sobreintensidades,
residen básicamente en la característica del circuito magnético.
Conclusión
Mientras que para alimentar instrumentos de medida es precisa una
intensidad secundaria muy fiel a la primaria y que no sobrepase un cierto
valor, para alimentar relés de protección no se precisa una fidelidad tan grande, pero es necesario que esta se
mantenga dentro de ciertos límites hasta los valores de la corriente primaria
que nos interese medir cuando se presenta un cortocircuito en la línea. Por
todo ello, los transformadores de intensidad “adecuados” para unos y otros
aparatos deberán responder a especificaciones, en parte, distintas.
FUENTES:
Norma IEC 60185: Transformadores de
corriente
Norma IEC 60044-1: Transformadores
de medida. Parte 1: Transformadores de corriente (sustituye a IEC 60185)
Arteche: Introducción
a los transformadores de medida
Cuaderno técnico nº
194, Schneider Electric
CH. PREVE: Protección
de Redes Eléctricas
POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:
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