Transformadores de corriente ópticos (Arteche)
En este post se indican
brevemente los nuevos captadores
híbridos (*), analizando también las ventajas e inconvenientes de cada solución,
según su aplicación.
(*) Captador híbrido: Captador de corriente o de tensión que
tiene por lo menos un elemento sensible a la magnitud a medir, acoplado a un
sistema eléctrico que entrega una señal secundaria (corriente o tensión) que es
imagen en módulo y en fase de la magnitud primaria.
Los captadores de corriente se clasifican en tres grandes
familias:
- los transformadores,
- los captadores específicos,
- los captadores híbridos.
Transformadores de
corriente –TC–
Este captador tiene dos circuitos eléctricos, primario y
secundario, y un circuito magnético.
Proporciona una señal secundaria
de la misma naturaleza que la magnitud primaria a medir; es una fuente de
corriente. A pesar de que no son lineales y de que su margen de utilización
está limitado por los fenómenos de saturación
magnética, son actualmente los captadores más utilizados en AT (Alta Tensión)
y MT (Media Tensión).
Un TC puede tener varios
secundarios, cada uno dedicado
específicamente a una función determinada, medida o protección.
- secundario de «medida»
- secundario de «protección»
Su gama de precisión es estrecha, estando normalmente limitada a corrientes iguales o inferiores a la corriente primaria asignada.
En este caso, el margen de precisión es mucho más amplio, llegando normalmente a unas veinte veces la corriente primaria asignada. El diseño del secundario de este tipo de captadores es muy diferente, según el modo de funcionamiento, régimen permanente o transitorio, al que se destinan. Hay que indicar que el margen de funcionamiento de un TC es generalmente mucho más amplio que su margen de precisión, porque aquél debe de tener en cuenta la corriente de cortocircuito.
El principio de funcionamiento de
este captador fue descrito por Rogowski en 1912. Se distingue de sus predecesores
porque en su constitución no interviene ningún material ferromagnético.
Esta ausencia le confiere una
perfecta linealidad en un margen muy amplio de valores de corriente. Esta linealidad
no se ve afectada por las diferentes frecuencias presentes en las redes AT y MT.
Este tipo de captador asociado a una impedancia de carga Z, de valor elevado (»
10 kΩ a 50 Hz), es una fuente de tensión (figura 1).
Figura 1: Esquema de
principio de un CS
Captadores híbridos
–CH–
La definición de captador híbrido dada en la terminología
abarca varios tipos de captadores.
Aquí sólo se citan los más conocidos y los más utilizados en
AT y MT.
- captadores de corriente óptica
Su elemento sensible es un una fibra óptica o un cristal óptico. En los dos casos se aplica el principio de Faraday, descubierto en 1845 por este físico.
Figura 2: Esquema de
principio de un TC de flujo nul
- captador de corriente de efecto Hall
Su elemento sensible es una célula de efecto Hall (figura 3). Permite medir correctamente tanto corriente continua como alterna. Puesto que suele utilizar un circuito magnético para aumentar su sensibilidad, sufre, como un TC, las consecuencias de los fenómenos de saturación.
Figura 3: Esquema de
principio de un captador de corriente de efecto Hall
Soluciones actuales
Actualmente, la mayor parte de
los equipos de protección y de control-mando en servicio utilizan tecnología
electromagnética o electrónica. Necesitan señales de potencia suficiente (» 5 a
50 VA) para captadores de corriente normalmente situados aproximadamente entre
2 y 150 m.
En los equipos de AT, son los
transformadores convencionales de corriente los que proporcionan esta energía.
Sin embargo, en MT hay varios
centenares de unidades digitales de protección y de control-mando digitales en
funcionamiento. La mayor parte, capaces de tratar señales de bajo valor
energético, están asociadas a captadores CS.
En AT se están probando captadores
de efecto Faraday con cristales y fibras ópticas.
Los TC de flujo nulo se utilizan
sobre todo en bancos de control y en las redes de transporte en corriente
continua.
Soluciones futuras
La rapidísima evolución de los
sistemas de protección y de control-mando hacia tecnología digital ha llevado
desde hace tiempo a modificaciones importantes de las especificaciones de los
captadores. Estas especificaciones favorecen la CEM, la linealidad y los
márgenes de utilización de los captadores.
- CEM
Está ligada a la utilización cada vez más extendida de las tecnologías electrónicas. En este campo, el captador óptico presenta un comportamiento ideal.
- linealidad
Los TC lineales (tipo TPZ) suelen ser voluminosos (presencia de entrehierro) y su linealidad no es perfecta. Al producirse un defecto, sobrecargan mucho térmicamente a los equipos a los que están conectados. El captador CS, puesto que tiene una linealidad perfecta, tiene prestaciones óptimas en este aspecto.
- margen de utilización
Un TC tiene un margen de utilización muy reducido que limita su utilización a una sola aplicación. Por el contrario, los captadores ópticos y CS, cuyo margen de utilización es más amplio (» 10 veces) tienen unas posibilidades de empleo más amplias, sólo limitadas por los equipos a los que están conectados.
Por tanto, los captadores ópticos y CS son los mejores en cuanto a sus nuevas exigencias técnicas. Un captador híbrido que utilice una bobina Rogowski como elemento sensible y fibra óptica como elemento de transmisión podría ser la solución ideal.
En MT, esta solución todavía no es utilizable. Por el contrario, la solución CS, por su coste y por las ventajas que proporciona es una solución actual y para el futuro.
En AT la utilización de estos nuevos captadores depende del desarrollo de soluciones digitales para las unidades de protección y de control-mando o de la creación de interfaces digitales para las unidades existentes. En cuanto estos equipos estén disponibles, la evolución de estos captadores será muy rápida. Esta evolución ha empezado: ya se han propuesto sistemas o «todo óptico» o siguiendo la solución ideal antes propuesta.
Por tanto, a medio plazo, en AT, los TC convencionales, cuyas prestaciones están limitadas y cuyo coste es relativamente elevado, están llamados a desaparecer, excepto los destinados a los contadores de energía eléctrica para su facturación.
Tabla comparativa, Resumen
FUENTE:
Schneider Electric: De los transformadores de corriente a
los captadores híbridos en AT (Ch. Teyssandier)
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