3.TRANSFORMADORES DE MEDIDA TI-TV REDUCIDO.pdf

TRANSFORMADORES DE MEDIDA TI-TV

1. PROTECCIÓN DE SISTEMAS
ELÉCTRICOS DE POTENCIA
TRANSFORMADORES DE MEDIDA TI -TV
INSTITUTO DE ENERGÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD DE MENDOZA
Prof. Ing. Roberto E. Campoy

2. TRANSFORMADORES
DE CORRIENTE

3. Tipos constructivos
mas comunes

4. Eltransformadordeintensidadestá
constituidopordoscircuitos,elprimarioyel
secundario,acopladosporuncircuito
magnético.
Cuandohayciertonúmerodeespirasenel
circuitoprimario,eltransformadoresdetipo
primariodevanado.
Cuandoelprimarioesunconductorúnico,el
transformadorpuedeserdetipoprimario
barrapasante(primariointegradoconstituido
porunabarradecobre),detiposoporteo
ventana(primarioformadoporunconductor
sinaislardelainstalación)odetipotoroidalo
anillo(primarioconformadoporuncable
aisladoonodelainstalación).
Tipos constructivos

5. Tipos y modelos constructivos de
transformadores. Convencionales. AltaTensión
Primario Barra
pasante

6. Cabello pasante
Ojo-ventana
Núcleo superior

7. Tipos y modelos constructivos de
transformadores. Convencionales. Media Tensión

8. Tipos y modelos constructivos de
transformadores. Captor. MT.

9. Transductores de intensidad de baja potencia (LPCT).
Sonsensoresdesalidadetensiónespecialesdetipotransductordeintensidaddebajapotencia(LPCT),que
cumplenconlanormaIEC60044-8.
LosTIBPseutilizanparafuncionesdemedidayprotección.
Estándefinidospor:
•Lacorrienteprimarianominal.
•Lacorrienteprimariaampliadanominal.
•Lacorrienteprimariadelímitedeprecisiónnominal.
Tienenunasalidalinealporencimadeunrangodecorrientesamplioycomienzanasaturarseenniveles
superioresalascorrientesquesedebeninterrumpir.
EjemplodecaracterísticasdemedidasegúnIEC60044-8:
•CorrienteprimarianominalIpn=100A.
•CorrienteprimariaampliadanominalIpe=1.250A.
•TensiónsecundariaVsn=22,5mV.
•Clase0.5:
−Precisióndel0,5%de100Aa1.250A.
−Precisióndel0,75%a20A.
−Precisióndel1,5%a5A.
EjemplodecaracterísticasdeprotecciónsegúnIEC60044-8:
•CorrienteprimariaIpn=100A.
•TensiónsecundariaVsn=22,5mV.
•Clase5Pde1,25kAa40kA.

10. Identificación de Bornes
Chapas Características

11. Polaridad de un arrollamiento
Lapropiedadfundamentalquecaracterizalapolaridadrelativaeslaque,suponiendountransformador
monofásicoeimaginandounidosporunpuentelosterminalesdeigualpolaridad,hacequelacorrientedecarga
circuleencadainstanteencoincidenciadefaseporlaslíneasprimariasysecundarias,esdecir,supuestode
relación1:1,comosíelmismonoexistiese.Lasflechasenlaslíneasindicanelsentidoreal,físicodelas
corrientesyseveclaramentequeenelbobinadocirculanendirecciónopuestaoseaenoposicióndefase.
Ya sea que la corriente entre o salga por
los puntos indicadores de polaridad,
siempre en el devanado secundario
tendrán sentido opuesto al de la corriente
primaria. Esto se visualiza con las flechas
verdes. Si se requiere que la flecha verde
de la derecha llegue al relé invertida como
la flecha azul, se deben invertir los
terminales del secundario tal como se
indica en el dibujo de abajo.

12. Polaridad de un arrollamiento
Paraobtenerenelsecundariolacorrientedeneutrooresidualdelsistema,esusualconectarlos3
TIdefasesenestrella,formandouncircuitoresidualpordondecirculalacorrienteresultantedelas
trescorrientesdefase,siemprefasorialmente.
Lacorrienteenelcircuitoresidual,noseránula,aunqueelsistemaprimarioestéperfectamente
equilibrado(cosaqueesaltamenteimprobable),siexisteunerrorenelconexionadodelosTIde
unafase.Cuandolacorrientecirculanteenelcircuitoprimarioalcanceciertovalor,podría
producirselaactuaciónincorrectadelrelédeneutro.
Polaridad correcta
Polaridad cambiada
Corriente
invertida
por error
de
polaridad

13. Polaridad de un arrollamiento
EnestafiguraseobservaparaunaProtecciónDiferencialelproblemadelamalaconexióndelosTIencuantoasu
polaridad.
Se
cancelan
Se suman

14. DETERMINACIÓN DE LA
POLARIDAD DE UN BOBINADO

18. TIERRAS DE SEGURIDAD
Es muy importante la tierra de seguridad de los secundarios. Cada circuito de corriente debe tener un único punto
de conexión a tierra. De existir, por ejemplo dos tierras, es posible que en caso de circulación de corriente por la
red de tierra de AT, pase cierta corriente a través de los relés produciéndose una operación intempestiva.
También es posible el caso contrario o sea la no operación del relé al desviarse por tierra parte de la corriente que
debería provocar su operación.
Dos tierras
operación
errónea
Dos tierras no
operación

19. Las marcas de los bornes identifican
Los arrollamientos primario y secundario.
Las secciones de cada arrollamiento, cuando estén divididos en secciones.
Los bornes de cada arrollamiento, cuando estén divididos en secciones.
Las polaridades relativas de los arrollamientos y de las secciones de los
arrollamientos.
Las tomas intermedias, si existen.
100 –200/5
Ninguno de los secundarios
puede permanecer abierto
No está normado pero
el punto que
generalmente se
conecta a tierra es el
otro del homólogo
Uno de los secundarios
puede permanecer
abierto

21. Circuito equivalente y
curvas de saturación

22. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TI
Flujos = y
opuestos

23. CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TI
Régimen
estcionario
Régimen con
posible
saturación
La curva de magnetización
puede representarse por el
valor de tensión generada
en estado estacionario en
lugar del flujo
ESTA
CAÍDA DE
TENSIÓN
ES LA QUE
SE UTILIZA
PARA
ALIMENTAR
CIRCUITOS
ELECTRÓNI
COS DE
BAJO
CONSUMO

24. PÉRDIDAS EN EL
NÚCLEO
CORRIENTE DE
EXCITACIÓN O
MAGNETIZACIÓN
DIAGRAMA VECTORIAL
CON UNA CAÍDA DE
TENSIÓN
REPRESENTADA
MAGNIFICADA
Ie ATRASA 90º
RESPECTO A Vcd, Y ES
LA FUENTE DE ERROR
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN TI

25. En esta
zona el TI
NO debe
trabajar
Respuesta
cuasi lineal

27. EL PROBLEMA DE
LA SATURACIÓN

28. La corriente de cortocircuito es máxima cuando la
tensión pasa por cero y mínima cuando la tensión pasa
por el máximo, al momento de producirse la falla, lo que
indica que hay componente de continua en el primer
caso y esto se produce siempre.
El flujo alterno sería único si no hubiera componente de
corriente continua.
Si la impedancia de magnetización fuera infinita, la cte
de tiempo del circuito llegaría a (1), pero como no es
así, la componente asimétrica de la corriente secundaria
es menor a la primaria en la cantidad absorbida por la
corriente de magnetizacióny la componente asimétrica
de Ises < Ip.
Entonces la corriente diferencial en estado transitorio y
estable, puede presentar una componente aperiódica
con una ctede tiempo de aproximadamente un
segundo, en el cual su valor es varias veces mayor al de
su estado estable. Además durante aproximadamente 5
milisegundos, no hay saturación y la corriente
diferencial mantiene su valor y después de los 5
milisegundos sí se produce el pico.
Comportamiento de un transformador ideal
y saturado
(1)

31. EFICAZ

32. RespuestadeTIenestadosaturado
Cuandoestásometidoaunacorrienteprimariamuyalta,elTIsesatura.Lacorrientesecundariayanoes
proporcionalalacorrienteprimaria.Elerrordecorrientequecorrespondealacorrientedemagnetización
aumentademanerasignificativa.
Tensióndecodo:Eselpuntoenlacurvademagnetizacióndeltransformadordeintensidadenlaqueun
aumentodel10%enlatensiónErequiereunaumentodel50%enlacorrientedemagnetizaciónIm.
ElsecundariodelTIcumplelaecuación:
(RTI+Rcarga+Rcable)•FLP•Isn2<Vlímite(segúnseestablezca,porerroroportensióndecodo)
donde: Isn= corriente secundaria nominal.
FLP = factor de límite de precisión:
indica la sobrecorrientepara la cual se alcanza el límite de error
Isat= FLP • Isn.

33. Conceptos a tener en cuenta respecto a
la Saturación

34. TOROIDE

35. Protección de Falla a Tierra Sensible
(FTS) (SEF)
Siunaredespuestaatierraatravésdeunaalta
impedanciaoestásujetaaunaaltaresistenciade
faltaatierra,elniveldefaltaatierraestará
severamentelimitado.Enconsecuencia,la
proteccióndefaltaatierraaplicadarequiere,para
serefectiva,tantounacaracterísticaapropiada
comounrangodeajusteadecuadamentesensible.
LaFTSnormalmente sealimentadeun
transformadordeintensidadtiponúcleo(toroide)
montadoalrededordelastresfasesdelcable
alimentador.Sinembargo,sedebetenercuidado
enlaposicióndelTIconrespectoalapuestaa
tierradelacubiertadelcable.

36. Protección de falla a tierra sensible
(FTS) (SEF)
Comosepuedeverenel
diagrama,silacubiertadelcable
seterminaenelprensaestopa
delcableyseponeatierraen
estepunto,unafaltadelcable
(defasealacubierta)no
ocasionaráningúndesequilibrio
deintensidadenelTItipo
núcleo.Porlotanto,antesdela
puestaatierra,laconexióndebe
regresarseatravésdelTItipo
núcleoparaserpuestaatierraen
elladodelalimentador.Asíse
asegura elfuncionamiento
adecuadodelrelédurantelas
condicionesdefaltaatierra.

40. s

41. •Características generales de los TI
•Errores
•Niveles de aislamiento

42. Características generales
LosTIsecaracterizanporlosvaloressiguientes(segúnlanormaIEC60044)(1):
•NiveldeaislamientonominaldeTI
Deberesponderalniveldeaislacióndelsistemaenesepunto,puestoqueelprimarioestáelniveldealtatensióny
queunodelosterminalessecundariossueleestarengeneralconectadoatierra.
Aligualqueparaotrosequipos,sedefinenlosvaloressiguientes:
•Tensiónderesistenciade1minutoafrecuenciaindustrial.
•Tensióndeimpulsoresistida.
Ejemplo:Paraunatensiónnominalde24kV,elTIdeberesistir50kVdurante1minutoa50Hzyunatensión
impulsivade125kV.
•Relacióndetransformaciónnominal
SesueleindicarporlogeneralcomolarelacióndetransformaciónentrelacorrienteprimariaysecundariaIp/Is.La
corrientesecundarianominalsuelesernormalmente5Ao1A.
•Precisión
Sedefineporelerrorcompuestoparalacorrientedelímitedeprecisión.Elfactordelímitedeprecisiónesla
relaciónentrelacorrientedelímitedeprecisiónylacorrientenominal.
ParaclaseP:
5P10significaun5%deerrorpara10Iny10P15significaun10%para15In,5Py10Psonlasclasesdeprecisión
estándarparalosTIdeprotección,5In,10In,15In,20Insonlascorrientesdelímitedeprecisiónestándar.
LaclasePRsedefineporelfactorderemanencia,larelaciónentreelflujoremanenteyelflujodesaturación,que
debeserinferioral10%.5PRy10PRsonlasclasesdeprecisiónestándarparalosTIdeprotección.
LaclasePXesotromododeespecificarlascaracterísticasdeTIbasándoseenla"tensióndecodo“,laresistencia
secundariaylacorrientemagnetizante.
FLP=I
límite precisión/I
nominal
5 es el error y 10 la corriente límite de precisión
Imprescindible a la hora de legir TI para sitemas de AT con RECIERRE

43. •Salidanominal
EslapotenciaaparenteenVAqueelTIpuedeproporcionaralcircuitosecundarioconla
corrientesecundarianominalsinprovocarerroresporsuperarlosvaloresespecificados.
Representalapotenciaconsumidaportodoslosdispositivosycablesconectados.Sise
cargaunTIconunapotenciainferioralasalidanominal,suniveldeprecisiónreales
superioralniveldeprecisiónnominal.Deigualmodo,unTIqueestásobrecargado
pierdeprecisión.
•Corrientetérmicadecortaduración
ExpresadaenrmskA,lacorrientemáximaautorizadadurante1segundo(Ith)(yaqueel
secundarioestáencortocircuito)representalaresistenciatérmicadelTIalasmáximas
intensidades.ElTIdebepoderresistiralacorrientedecortocircuitoduranteeltiempo
necesarioparacorregirla.
LaresistenciaelectrodinámicaexpresadaenpuntakAesalmenosiguala2,5•Ith
Valoresnormalesdecorrientesprimariasnominales(enA):10-12,5-15-20-25-30-40
-50-60-75ymúltiplososubmúltiplosdecimales.
(1)Sedebentenerencuentaigualmenteloselementosrelacionadosconeltipode
montaje,característicasdelainstalación(porejemplo,temperatura,etc.),frecuencia
industrial,etc.
CAMMESA, SMEC R
Ith = 80 In

44. IEC 60044

45. Errores de intensidad, de tensión y de fase
Error de intensidad en %, en los transformadores
de corriente.
Error compuesto en TI
Error de tensión en %, en los transformadores de
tensión.
Error de fase en %, en los transformadores de
tensión y corriente.
Es el ángulo entre los vectores primario y secundario que
puede afectar a: un contador de energía, sincronización de
alternadores, los relés direccionales de energía, etcT 2
e
c s p
0
pp
100 1
η 100
T
I
ii
II cs
fZ
Ie = I`p -Is

48. Es la admitancia o impedancia del circuito
secundario.(RTI+Rcarga+Rcable)

(2. R
cables+R
burden+(I
1/350)
1,15
/(I
2)
2
)
Se expresa como potencia aparente en VA.
Los errores de relación y de fase varían con la carga del transformador.
Los errores de precisión y/o fase pueden variar con el factor de potencia de la
carga.
«Potencia de precisiónCarga2
2
2
22
Z
U
IUS 2
2
2ZIS

49. Lasfuerzascontraelectromotrizprimariayelectromotrizsecundaria,respondena
lasfórmulas:
U
1-E
1=4,44N
1f
E2=4,44SN
2f=U2
Lainducciónmagnética,magnitudquedeterminaelcomportamientodelcircuito
magnético,resultainversamenteproporcionalalafrecuenciaimpuestaporla
líneaaltransformador,yportantoesfuncióndelamisma.
Lafrecuenciaespuesunadelasmagnitudesquedeterminanlascondicionesde
funcionamientodeltransformador.
«Potencia Carga

50. Factor de corriente térmica continua nominal (RF):
EselnúmeroporelcualsedebemultiplicarlacorrienteprimarianominaldeunT.C.
paraobtenerlamáximacorrienteprimariaquepuedeatravesarlosinexcederel
limitedecrecimientodetemperaturadesdelatemperaturaambientepromedio.El
RFdeunTI,conderivacionesomúltiplesrelacionesseaplicaalarelaciónmás
alta.
Los valores aceptados de RF son: 1.0, 1.33, 1.5, 2.0, 3.0 y 4.0
NORMALMENTE LOS FABRICANTES NO DAN ESTOS DATOS
DATOS RECABADOS DE CONSULTAS CON FABRICANTES, INTERESANTES AL
MOMENTO DE CONDICIONES DIFÍCILES PARA EL SISTEMA:
1)1,2 I
NOMIAL PRIMARIA EN FORMA PERMANENTE (ESTABLECIDO POR NORMA)
2)1,3 I
NOMINAL PRIMARIA DURANTE 8 HORAS
3)1,5
INOMINAL PRIMARIADURANTE 45 MINUTOS
«Características nominales normalizados en TC

51. Potencia de exactitud
2,5 -5 -10 -15 -30 VA.
Intensidad térmica nominal de cortocircuito
Eselvaloreficazdelacorrienteprimariaqueeltransformadorpuedesoportar
durante1s,conelarrollamientosecundarioencortocircuito,(osea,sincarga),
sinsufrirefectosperjudiciales.
Seconsideraqueeltiempode1s(1000ms)essuficienteparaquelas
proteccionesdelcircuitoactúenylosinterruptoresdesconecten.Esta
intensidadtérmicaadmisibleseacostumbraaexpresarcomounmúltiplodela
intensidadnominalprimariaIn,porejemploI
térmica=80I
n,1segundo.
Intensidad dinámica nominal de cortocircuito
Eselvalorcrestadelacorrienteprimariaqueeltransformadorpuede
soportar,conelarrollamientosecundarioencortocircuito,sinsufrirefectos
perjudiciales.
I
d= 2,5 I
térmica (2,5 =1,8 x2 )
Clase de precisión ( Índice de clase )
0,1 -0,2 -0,5 -1,0 -3,0.

52. Nivel de aislamiento nominalTensión más elevada para el
material Um

kV (valor eficaz)
Tensión resistida al
impulso atmosférico
1,2/50µs
kV
Tensión soportada asignada de
corta duración a frecuencia
industrial 1 minuto
kV (valor cresta)
0,72 3
1,2 6
3,6 20 rígido a tierra
40 neutro aislado
10 rígido a tierra
10 neutro aislado
7,2 40
60
20
20
12 60
75
28
28
17,5 75
95
38
38

53. Los esquemas de
conexión

54. I
2

55. Umbral
mínimo para
falla a tierra

56. Básicamente la
diferencia está en que
la medición con toroide
es más precisa, en
condción NORMAL

59. 3Io=IR=I1+I2+I3

61. Esquema del
SIEMENS
SIPROTEC 7UM62

62. PROTECCIÓN DE GENERADOR

63. TI PARA PROTECCIÓN
TI PARA MEDICIÓN

65. TI IDEAL

66. Transformadores de corriente de protección
LosTCdestinadosaalimentarrelésdeprotección,loque
interesaesque,alaparecerelevadassobreintensidades
comosonlasdecortocircuito,elsecundariosigareflejando
loquesucedeenelprimario,aunqueseaconerrores
mayores,puesendefinitivalosrelésnonecesitantanta
precisión(nosonaparatosdemedida).
Enefecto,porlamisiónquetienenencomendada,losrelés
deprotección,deben seguir«viendo» las
sobreintensidadesaúnensusvaloresmáselevados,afinde
darlarespuestaadecuada,yNOSATURARSE.

67. Transformadores de corriente de medición
Paraevitarquecirculenestaselevadasintensidadesporlos
transformadoresdemedida,interesaqueapartirdeunciertovalordela
sobreintensidad,elsecundariodelTC,dejedereflejarlasobreintensidad
primaria,osea«sedesacople»delprimario.
Estoseconsiguedeformaqueelerrorderelaciónaumenterápidamente
alaumentarlaintensidadprimaria.Esteerroressiemprepordefectoosea,
laintensidadrealsecundariaesmenorquelateóricasegúnlarelaciónde
transformaciónKporelvalordelacorrientedeexcitaciónsecundariaIe.
Si se diseña el circuito magnético de forma que rápidamente lleguea la
saturación, a partir de un cierto valor de sobreintensidad primaria, la
corriente de excitación Ie crecerá mucho en detrimento de la I
2que pasa
por los aparatos.

68. EnlosTCparamedidadebefigurartambiénelfactordeseguridad,Fs
(paraevitarcargarlosaparatosdemedida),acontinuacióndelosdatos
delapotenciaylaclasedeexactitud(porejemplo,15VAclase0,5y
3Fs5).
EnlosTCparaproteccióndebefigurarelfactorlímitedeexactitud
asignado,acontinuacióndelapotenciaylaclasedeexactitud(porejemplo,
30VAclase5P10).
EjemplosdeunTCdemedida
400/5–5A1S,15VA,clase0,52S,30VA,clase0,213,2/38/95Kv
3Fs5
EjemplosdeunTCdeprotección
400/5A 30VAclase5P10 13,2/38/95kV
«Chapa de características de un TC

70. TRANSFORMADORES
DE TENSIÓN

72. Tipos y modelos constructivos de
transformadores
Con núcleo magnético y arrollamientos primarios
y secundarios
En general son monofásicos
AISLACIÓN

73. TV

74. Las marcas de los bornes identifican
Los arrollamientos primario y secundario.
Las secciones de cada arrollamiento, cuando estén divididos en secciones.
Los bornes de cada arrollamiento, cuando estén divididos en secciones.
Las polaridades relativas de los arrollamientos y de las secciones de los
arrollamientos.
Las tomas intermedias, si existen.

79. Errores de intensidad, de tensión y de fase
Error de intensidad en %, en los transformadores
de corriente.
Error de tensión en %, en los transformadores de
tensión.
Error de fase en %, en los transformadores de
tensión y corriente.
Es el ángulo entre los vectores primario y secundario que
puede afectar a: un contador de energía, sincronización de
alternadores, los relés direccionales de energía, etc

80. Tensión primaria nominal
Tensión secundaria nominal:
100 V y 110 Vpara tensiones entre fases.
100 / 3 y 110 / 3 Vpara tensiones fase tierra.
Relación de transformación nominal
Frecuencia nominal
50 Hz.
60 Hz.
«Características nominales y valores normalizados
en TT

81. Factor de tensión nominal
debenpodersoportarpermanentementeunatensiónaplicadaasu
primariodehasta1,2veceslatensiónnominalysinsobrepasarel
calentamientoadmisible,niloslímitesdeerrorcorrespondientesasu
clasedeprecisión.
1,2Unpermanentemente.
1,5Undurante30segundos.
Nivel de aislamiento nominal
Potencia de precisión
1,2 10, 15, 25, 30, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 VA.
Con un factor de potencia de 0,8 inductivo.
Clase de precisión ( Índice de clase )
0,1 -0,2 -0,5 -1,0 -3,0.
«Características nominales y valores normalizados
en TT

82. El nombre del fabricante o una indicación que permita identificarlo fácilmente.
El número de serie y la designación del tipo.
La relación de transformación: (13200 / 110 V o bien 13,2 / 0,110 kV ).
La frecuencia asignada (Ejemplo: 50 Hz).
La potencia de exactitud.
La clase de exactitud.
La tensión más elevada para el material (Ejemplo: 13,2 kV).
El nivel de aislamiento asignado (Ejemplo: 38 / 95 kV).
El factor de tensión nominal y duración nominal correspondiente.
«Chapa de características de un TT
Ejemplos de un TT de medida
13,2 / 0,110 kV 50 VA clase 1 13,2 / 38 / 95 kV
Ejemplos de un TT de protección
13,2 / 0,110 kV 100 VA clase 3P 13,2 / 38 / 95 kV

83. Clase de precisión para transformador de tensión de medición
Clase de precisión para transformador de tensión de protecciónClase de
exactitud
Error de tensión
en % (±)
Error de fase ±
minutos centirradianes
0,1 0,1 5 0,15
0,2 0,2 10 0,3
0,5 0,5 20 0,6
1,0 1,0 40 1,2
3,0 3,0

Clase de
exactitud
Error de tensión
en % (±)
Error de fase ±
minutos centirradianes
3P 3,0 120 3,5
6P 6,0 240 7,0


Error 3% igual Medición

84. MUCHAS
GRACIAS
Prof. Ing. Roberto
Campoy