Aparamenta de Subestación: Transformadores de Tensión (T.T.) (y Parte 2)

Relación de transformación

Es la relación entre la tensión nominal primaria U1n y la tensión nominal secundaria U2n. Esta relación es proporcional a la relación de espiras del primario y secundario.

En los TT, el valor de la tensión secundaria tiene que ser prácticamente proporcional a la tensión aplicada al primario, y desfasada con relación a ésta un ángulo lo más próximo posible a cero (para un adecuado sentido de las conexiones).

A esta relación del valor secundario respecto del primario, se la denomina "relación de transformación" del T.T.

N1 = número de espiras del primario

N2 = número de espiras del secundario

El grado de exactitud de esta proporcionalidad de valores, respectivamente de la proximidad a cero del ángulo de desfase entre ambos, da la medida de la precisión del transformador.

En la realidad constructiva y asimismo por el propio principio de funcionalidad no es matemáticamente exacta, ni tampoco el ángulo de desfasaje es exactamente cero. Existe pues siempre un cierto grado de error en el valor real que aparece en el secundario, tanto en su magnitud como en su fase.

Valores normalizados para la tensión secundaria IEC 61869-3

Valores normalizados para la tensión primaria IEC 61869-2

Error de transformación y fase

Se denomina "error de tensión" en los TT, al error de magnitud debido a que la relación de transformación real no es igual a la relación de transformación teórica (nominal). A este error se le denomina también, genéricamente "error de relación".

El error de tensión, εu, que expresa la diferencia entre el valor medido, Us, y el valor esperado, Up/ Kn.

Expresado en porcentaje es:

Kn = Relación nominal de transformación.

Up = Tensión primaria real.

Us = tensión secundaria real.

Se denomina "error de fase" al desfasaje en el tiempo entre los valores primario y secundario de las tensiones Up y Us.

Esta definición es rigurosa solamente en el caso de tensiones senoidales, en que los valores pueden ser representados por vectores giratorios. La diferencia de fase, sea, el ángulo entre los vectores primario y secundario, es el "error de fase".

El error de relación de tensión afecta a todos los aparatos conectados al secundario de TT. En cambio el error de fase afecta solo a una parte de ellos.

Así por ejemplo, a un voltímetro les puede afectar el error de relación del transformador pero no el de fase, puesto que su misión es solo medir una tensión, sin tener en cuenta su fase en el tiempo.

En cambio, el error de fase puede afectar por ejemplo a un vatímetro o a un contador de energía, ya que estos aparatos miden el producto de una tensión por una intensidad por el coseno del ángulo de desfasaje entre ambos.

Así pues, el error de fase puede afectar solamente a aquellos aparatos de medida o protección (por ejemplo: relés), que miden o controlan no solo la magnitud de la tensión sino también su fase en el tiempo. Otros ejemplos pueden ser aparatos o equipos para sincronización de alternadores, los relés direccionales de energía, etc.

Las normas definen unas llamadas "clases de precisión" cada una de las cuales tienen asignadas unos límites admisibles en los errores de relación y de fase. Así, a cada transformador se le atribuye una determinada clase de precisión, a tenor de los errores de relación y de ángulo (fase) que presentan, los cuales deben quedar dentro de los límites correspondientes a aquella clase de precisión.

Los errores de relación de tensión se expresan en tanto por ciento, y los de fase en el valor del ángulo, en minutos o en centirradianes.

Los errores de relación y de fase que presenta un transformador no son constantes, dependen básicamente de las dos siguientes condiciones de empleo:

• Por una aparte, de la tensión aplicada al primario. Estos valores determinan los correspondientes valores secundarios de tensión en los TT. Las tensiones e intensidades en las líneas, varían en el tiempo, según el consumo de los receptores y en general según diversas circunstancias del servicio, por lo cual también varían las tensiones secundarias de los TT.
• Por otra parte, de la cantidad y la impedancia de los aparatos conectados al secundario, las cuales pueden ser diferentes en cada caso.

Clases de precisión para T.T. destinados a medida

La clase de precisión de un T.T. para medida está caracterizada por un número (índice de clase) que es el límite de error de tensión, expresado en %, para la tensión nominal primaria estando alimentado el transformador con la "carga de precisión".

Las clases de precisión de los T.T. normalizadas IEC para medida son: 0.1 - 0.2 - 0.5 - 1 y 3.

Las clases 0,1 y 0,2 se utilizan en aparatos de laboratorio, las clases 0,5 y 1 corresponden a la mayoría de los casos, la clase 3 es muy poco utilizada.

Para cada una de estas clases, los errores de tensión y de fase, a la frecuencia nominal, no deberán sobrepasar los valores de la tabla que sigue para las condiciones:

• ·      Entre el 80% y el 120% de la tensión nominal.
• ·     Entre el 25% y el 100% de la carga de precisión, bajo un factor de potencia de 0,8 inductivo.

Nota: Los errores deben determinarse en los bornes del transformador, comprendiendo los efectos de los elementos de protección que formen parte del mismo (por ejemplo, fusibles secundarios o interruptores magnetotérmicos de protección).

Ejemplo de TT para medida:

Se trata de un TT para medida con:

Tensión primaria

Potencia de precisión = 100 VA

Clase de precisión = 1, es decir para una carga comprendida entre 100/4 = 25 VA y 100 VA y una tensión primaria comprendida entre , el error de tensión será más o menos del 1% y el error de desfasaje no sobrepasará 40 minutos.

Clases de precisión pata T.T. destinados a protección

Los transformadores de tensión para protección deben especificarse también como los de medida. Su especificación será pues doble.

Como transformador de tensión para protección

La clase de precisión, como T.T. para protección, está caracterizada por un número (índice de clase) que indica el error máximo de tensión (expresado en %) que se permite. El índice va acompañado de la letra P.

Las clases de precisión como T.T. de protección normalizadas son: 3P - 6P. en la práctica solo se utiliza la clase 3P.

Para cada uno de estas clases, los errores de tensión y de fase a la frecuencia nominal no deberán sobrepasar los límites de la tabla que sigue para las condiciones:

• Entre el 5% de la tensión normal y el valor del factor de tensión (1, 2-1, 5-1, 9) por la tensión nominal.
• Para cualquier carga comprendida entre el 25% y el 100% de la carga de precisión con un factor de potencia de 0,8 inductivos.

Muchos TT para protección tienen dos secundarios, el segundo de los cuales se denomina "arrollamiento de tensión residual".

Cuando se trata de tres TT monofásicos para un circuito trifásico, estos segundos secundarios de los tres TT, se conectan entre si, formando un triángulo abierto. En el caso de una falta a tierra, entre los bornes del triángulo abierto, pueden medirse la tensión residual entre neutro y tierra que aparece debido a la falta.

Tensiones nominales normalizadas para estos segundos secundarios destinados a ser conectados formando un triángulo abierto:

Las clases de precisión de estos segundos secundarios son solo 3P o 6P para todo el margen de tensiones entre 0,05Un y 1,2Un, 1,5Un o 1,9Un según sea el factor de tensión nominal.

Como transformador de tensión para medida se siguen las reglas de los T.T. de medida.

Clases: 0.1 - 0,2 - 0.3 - 1 - 3.

En el margen:

·         Entre 80% y 120% de la tensión nominal.

·         Para cargas entre el 25% y el 100% de la carga de precisión y factor de potencia 0,8 inductivo.

Ejemplo de TT para protección: , kT = 1,9  8 horas (kT = factor de tensión asignado)

El error máximo de tensión será del 3% y de desfasaje máximo 120 minutos.

Si la carga está comprendida entre  el 25% · 100 =25 VA y 100 VA con un factor de potencia de 0,8 inductivo, la tensión máxima que puede soportar el TT es de  durante 8 horas.

Guía de aplicación de T.T. según su clase de precisión:

Potencia de precisión de un T.T.

La potencia de precisión o potencia nominal es el valor de la potencia aparente (V.A) que el transformador proporciona al circuito secundario a la tensión nominal, sin que se sobrepasen los errores máximos de la clase de precisión, con una carga inductiva que tenga un factor de potencia 0,8.

Zc = Carga de precisión

Valores normalizados de potencia de precisión en un T.T. (V.A)

Valores de la potencia de precisión para un factor de potencia 0,8 inductivo.

10 -15 -25 -30 -50 -75 -100 -150 -200 -300 -400 -500

Los valores en color rojo son preferentes.

Potencia térmica límite o de calentamiento

Es la potencia aparente que el transformador puede suministrar en régimen continuo a su tensión secundaria asignada sin sobrepasar los límites de calentamiento fijados por las normas.

Consumos de aparatos de medida y protección

Analógicos:

Digitales

En general, los aparatos electrónicos y digitales tienen unos consumos muy inferiores a los indicados para los analógicos (valores inferiores a 1 VA).

Carga a conectar en un T.T.

Es la impedancia del instrumento que se conecta en el secundario del T.T.

Sc   = Potencia de la carga (VA).

Us = Tensión secundaria.

Zc   = Impedancia de la carga.

Para una determinada impedancia secundaria Zc, la carga del transformador en VA varía pues cuadráticamente con la tensión secundaria y por tanto con la tensión primaria, en virtud de la relación entre ambas.

El T.T. adecuado se diseñará teniendo en cuenta:

● El consumo propio del aparato que se alimenta.

● La longitud de los cables de conexión y su sección.

Si existen varios aparatos conectados al mismo secundario, los consumos en VA se acostumbran a sumar aritméticamente, aun cuando la adición debería efectuarse vectorialmente (potencias complejas).

La longitud de los cables introduce una cierta caída de tensión que debe tenerse presente ya que se presenta una potencia adicional.

La longitud a utilizar es la total, ida más vuelta (2xl)

Potencia consumida por metro de conductor de cobre:

La longitud del conductor a considerar será la suma del de ida más la de retorno. Cuando la longitud total de los conductores es grande, es recomendable usar una intensidad secundaria de Isn = 1A.

Ferrorresonancia

En los circuitos de MT con el neutro aislado o conectado a tierra por medio de una impedancia de valor elevado, si se produce un cortocircuito a tierra en una de las fases, la tensión respecto a tierra de las otras dos fases, aumenta pudiendo llegar a ser de valor próximo al de la tensión entre fases es decir 1,73 V₀ (V₀ tensión simple fase-neutro).

Si en el circuito hay transformadores de tensión conectados entre fase y tierra, pueden producirse por esta causa (cortocircuito a tierra) unas importantes sobre tensiones en dichos TT, debidas a un fenómeno de resonancia entre la inductancia L del TT y la capacidad C respecto a tierra. Dichas inductancia L y capacidad C están en paralelo. Este fenómeno se denomina "ferrorresonancia" y puede provocar una grave avería en los TT.

Para evitarlo es usual la siguiente solución, posible cuando hay tres TT con los segundos secundarios ("arrollamientos de tensión residual") conectados entre sí formando un triángulo abierto.

Se conecta una resistencia ohmica R entre los bornes de dicho triángulo abierto. En situación normal (sin defecto a tierra) no hay tensión entre los bornes del triángulo abierto y por tanto no circula corriente por la resistencia. Ahora bien en caso de defecto a tierra de una de las fases, aparece una tensión entre los bornes del triángulo abierto y la consiguiente corriente por la resistencia. Esta corriente produce un efecto amortiguador de la ferrorresonancia. El valor de esta resistencia acostumbra a ser de 20 a 50 ohm.

Esquemas típicos para la conexión de T.T.

FUENTES

ARTECHE: Catalogo Transformadores de medida, Alta Tensión

Merlin Gerin: DMT Partenaire

Norma IEC 61.869: Transformadores de medida. (partes 1 a 5)

POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:

http://www.mediafire.com/file/ih16w2puz8h9o0f/Transformadores_de_tension_.pdf


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