Transformador de corriente

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Transformador de corriente de medición : es un transformador elevador diseñado para convertir una gran corriente [1] en un valor conveniente para la medición. El devanado primario del transformador de corriente es un conductor con una corriente alterna medida, y los instrumentos de medición están conectados al secundario. La corriente que fluye en el devanado secundario de un transformador de corriente es proporcional a la corriente que fluye en su devanado primario. El número de vueltas en el devanado secundario se toma de tal manera que la corriente de operación sea de 5 A (o en diseños integrados en multímetros, unidades de miliamperios [2] ).

Los transformadores de corriente (en lo sucesivo, CT) se utilizan ampliamente tanto para medir la corriente eléctrica como en dispositivos de protección de relés para sistemas de energía eléctrica. Además de su objetivo principal (ampliar los límites de medición de los dispositivos), los transformadores de corriente protegen los dispositivos de los efectos dañinos de las corrientes de cortocircuito . Los transformadores de corriente también se utilizan para medir la corriente (incluso una pequeña cantidad) en instalaciones de alto voltaje, que a menudo alcanza cientos de kilovoltios. La medición directa (sin CT) significa peligro de tocar el amperímetro, es decir, a un cable de alto voltaje.

Los CT están sujetos a altos requisitos de precisión. Los CT se realizan con uno, dos o más grupos de devanados secundarios: uno se usa para alimentar dispositivos RZiA , el otro, más preciso, para conectar dispositivos de medición y medición (por ejemplo, medidores eléctricos ).

Características del diseño

Estructuralmente, los transformadores de corriente se fabrican en forma de un núcleo laminado de acero de transformador de silicio laminado en frío , sobre el cual se enrollan uno o más devanados aislados secundarios. El devanado primario también se puede hacer en forma de bobina enrollada en un núcleo o en forma de barra. A menudo, en los diseños de transformadores para corrientes nominales altas, no se proporciona un devanado primario incorporado: se realiza durante la instalación del transformador pasando un cable (bus) a través de una ventana en la carcasa. Los devanados y el núcleo de los TC modernos están revestidos para aislar y proteger los devanados. Además, en algunos diseños modernos de CT, el núcleo está hecho de aleaciones nanocristalinas (amorfas) para ampliar el rango en el que opera el transformador en la clase de precisión.

Los devanados secundarios de CT (al menos uno para cada núcleo magnético) deben cargarse. La resistencia de carga está estrictamente regulada por los requisitos de precisión de la relación de transformación. Una ligera desviación de la resistencia del circuito secundario del valor nominal especificado en el pasaporte del TC, módulo la impedancia Z o el factor de potencia cos φ (normalmente cos φ = 0,8 induct.) conduce a un aumento del error de conversión. El devanado del amperímetro tiene una resistencia muy baja y, por lo tanto, el transformador de corriente opera en condiciones cercanas a un cortocircuito. Un aumento significativo en la resistencia o una apertura completa del circuito de carga crea un alto voltaje en el devanado secundario, que puede atravesar el aislamiento del transformador, lo que conduce a la falla del transformador. Un devanado secundario de TC completamente abierto no crea un flujo magnético compensador en el núcleo, lo que conduce al sobrecalentamiento del circuito magnético, el aislamiento, su posterior envejecimiento y posible avería. En este caso, el flujo magnético creado por el devanado primario tiene un valor muy alto; el transformador zumba mucho y las pérdidas en el circuito magnético lo calientan.

La relación de transformación de los transformadores de corriente de medida es su principal característica. El coeficiente nominal (ideal) se indica en la placa de identificación del transformador como la relación entre la corriente nominal de los devanados primarios (primarios) y la corriente nominal de los devanados secundarios (secundarios), por ejemplo, 100/5 A o 10-15- 50-100/5 A (para devanados primarios con varias secciones de espiras). Al mismo tiempo, la relación de transformación real es algo diferente de la nominal. Esta diferencia se caracteriza por la magnitud del error de conversión, que consta de dos componentes: en fase y en cuadratura. El primero caracteriza la desviación en magnitud, el segundo caracteriza la desviación de fase de la corriente secundaria real de la nominal. Estos valores están regulados por GOST y sirven como base para asignar clases de precisión a los transformadores de corriente en el diseño y la fabricación. Dado que en los sistemas magnéticos hay pérdidas asociadas con la magnetización y el calentamiento del circuito magnético, la corriente secundaria es menor que la corriente nominal (es decir, el error es negativo) para todos los TC. En este sentido, para mejorar el rendimiento e introducir un sesgo positivo en el error de conversión, se utiliza la corrección de giro. Y esto significa que la relación de transformación de dichos transformadores corregidos no corresponde a la fórmula habitual para la relación de vueltas de los devanados primario y secundario.

Diagramas de conexión de transformadores de corriente de medida

Los transformadores de corriente se denominan TAa, TAs o TA1, TA2 y los relés de corriente KA1, KA2. En redes trifásicas con neutro aislado (redes con una tensión de 6-10-35 kV), los transformadores de corriente suelen instalarse en solo dos fases (generalmente las fases A y C). Esto se debe a la ausencia de un cable neutro en las redes de 6-35 kV y la información sobre la corriente en una fase en la que falta un transformador de corriente se puede obtener fácilmente midiendo la corriente en dos fases. En redes con un neutro sólidamente conectado a tierra (redes de hasta 1000 V) o un neutro conectado a tierra de manera efectiva (redes con un voltaje de 110 kV y superior), los TC deben instalarse en las tres fases.

En el caso de instalación en tres fases, los devanados secundarios del CT se conectan de acuerdo con el esquema "Estrella" (Fig. 1), en el caso de dos fases: "Estrella incompleta" (Fig. 2). Para la protección diferencial de transformadores de potencia con relés electromecánicos, los transformadores se conectan según el esquema "Triángulo" (para proteger el devanado del transformador conectado en estrella cuando el transformador protegido se conecta "triángulo - estrella", lo cual es necesario para compensar la fase desplazamiento de las corrientes secundarias para reducir la corriente de desequilibrio). Para ahorrar dispositivos de medición en los circuitos de protección, a veces se usa el esquema "Para la diferencia de fase de las corrientes" (no debe usarse para proteger contra cortocircuitos detrás de transformadores de potencia con una conexión delta-estrella).

Clasificación de los transformadores de corriente

Los transformadores de corriente se clasifican según varios criterios:

1. Con cita previa:

medición;
protector;
intermedio (para incluir instrumentos de medida en los circuitos de corriente de protección de relés, para igualar corrientes en circuitos de protección diferencial, etc.);
laboratorio (alta precisión, así como con muchas relaciones de transformación).

2. Por tipo de instalación:

para instalación exterior (en aparamenta abierta);
para instalación en interiores;
incorporados en aparatos y máquinas eléctricas: interruptores, transformadores, generadores, etc.;
arriba: colóquelo encima del aislador del buje (por ejemplo, en la entrada de alto voltaje de un transformador de potencia);
portátil (para medidas de control y pruebas de laboratorio).

3. Según el diseño del devanado primario:

multivueltas (bobina, con devanado en bucle y con el llamado "ocho devanado");
de una sola vuelta (varilla);
neumático.

4. Según el método de instalación:

recorridos;
apoyo.

5. Para la implementación del aislamiento:

con aislamiento seco (porcelánico, baquelita, aislamiento epoxi colado, etc.);
con aislamiento papel-aceite y con aislamiento papel-aceite de condensador;
lleno de gas ( gas SF6 );
con relleno compuesto.

6. Según el número de pasos de transformación:

escenario único;
dos etapas (cascada).

7. Voltaje de funcionamiento:

para tensión nominal superior a 1000 V;
para tensión nominal hasta 1000 V.

8. Transformadores de corriente especiales:

secuencia cero;
cinturón rogowski .

Parámetros de transformadores de corriente

Los parámetros importantes de los transformadores de corriente son la relación de transformación y la clase de precisión.

Relación de transformación

La relación de transformación del CT determina la clasificación de medición de corriente y significa a qué corriente primaria fluirá cierta corriente estándar en el circuito secundario (la mayoría de las veces es 5 A, rara vez 1 A). Las corrientes primarias de los transformadores de corriente se determinan a partir de un rango de corrientes nominales estandarizadas. La relación de transformación de un transformador de corriente generalmente se escribe como una relación entre la corriente primaria nominal y la corriente secundaria nominal en forma de fracción, por ejemplo: 75/5 (cuando fluye una corriente en el devanado primario 75 A - 5A en el devanado secundario, cerrado a los elementos de medida) o 1000/1 (cuando fluya en el circuito primario de 1000 A, fluirá una corriente de 1 A en los circuitos secundarios. En ocasiones, los TC pueden tener una relación de transformación variable, lo que es posible mediante la reconexión de los devanados primarios de la conexión en paralelo a la serie (por ejemplo, esta solución se utiliza en los transformadores de corriente TFZM-110) o la presencia de tomas en los devanados primarios o secundarios (este último se utiliza en los transformadores de corriente de laboratorio del tipo UTT) o cambiando el número de vueltas del cable primario que pasa a través de la ventana de los transformadores de corriente sin devanado primario propio (transformadores de corriente UTT).

Clase de precisión

Para determinar la clase de precisión del TC, se introducen los siguientes conceptos:

errores de corriente , donde es la corriente secundaria real, es la corriente primaria reducida, es la corriente primaria, es la relación del transformador de corriente; $\Delta I=I_{2}-I_{1}^{'}$ $yo_{2}$ $I_{1}^{'}=I_{1}/n$ $yo_1$ $norte$
errores de ángulo , donde es el ángulo de cambio de fase teórico entre las corrientes primaria y secundaria  = 180°, es el ángulo real entre la corriente primaria y secundaria; ${\ estilo de visualización \ delta = \ alfa _ {1} - \ alfa _ {2}}$ $\alpha_{1}$ $\alpha_{1}$ $\alpha_2$
error total relativo , donde es el módulo de la corriente reducida compleja. ${\displaystyle\varepsilon\%=(|I_{1}^{'}-I_{2}|)/|I_{1}^{'}|}$ $|Yo_{1}^{'}|$

Los errores de corriente y ángulo se explican por la acción de la corriente magnetizante. Para los transformadores de corriente industriales se establecen las siguientes clases de precisión: 0,1; 0,5; una; 3, 10R. Según GOST 7746-2001, la clase de precisión corresponde al error de corriente ΔI, el error de ángulo es: ±40′ (clase 0,5); ±80′ (clase 1), para clases 3 y 10P el ángulo no está estandarizado. En este caso, el transformador de corriente puede estar en la clase de precisión solo si la resistencia en el circuito secundario no es mayor que el valor establecido y la corriente en el circuito primario es de 0,05 a 1,2 de la corriente nominal del transformador. La adición de la letra S después de la designación de la clase de precisión de los transformadores de corriente (por ejemplo, 0,5 S) significa que el transformador estará en la clase de precisión de 0,01 a 1,2 de la corriente nominal. La clase 10R (según el antiguo GOST D) está diseñada para alimentar circuitos de protección y se clasifica de acuerdo con el error total relativo, que no debe exceder el 10% a la corriente máxima de cortocircuito y una resistencia dada del circuito secundario. De acuerdo con la norma internacional IEC (IEC 60044-01), los transformadores de corriente deben estar en la clase de precisión cuando la corriente que fluye a través del devanado primario es del 0,2 al 200 % de la corriente nominal, lo que generalmente se logra fabricando un núcleo a partir de aleaciones nanocristalinas. .

Designaciones de transformadores de corriente

Los transformadores de corriente domésticos tienen las siguientes designaciones:

la primera letra de la designación "T" es un transformador de corriente;
la segunda letra es un tipo de construcción: "P" - paso, "O" - soporte, "Sh" - neumático, "F" - en un neumático de porcelana;
la tercera letra es el material de aislamiento: "M" - aceite, "L" - aislamiento fundido, "G" - gas ( SF6 ).

Además, a través del guión, se escribe la clase de aislamiento del transformador de corriente, la versión climática y la categoría de instalación. Por ejemplo: TPL-10УХЛ4 100/5А: "transformador de corriente de aislamiento fundido con clase de aislamiento 10 kV, para climas templados y fríos, categoría 4 con una relación de transformación de 100/5" (léase "cien por cinco").

Notas

A diferencia de un transformador de voltaje, un transformador de corriente tiene un modo de ralentí que es de emergencia. El flujo magnético resultante en el circuito magnético CT es igual a la diferencia entre los flujos magnéticos creados por los devanados primario y secundario. En condiciones normales de funcionamiento del transformador, es pequeño. Sin embargo, cuando se abre el circuito del devanado secundario, solo existirá el flujo magnético del devanado primario en el núcleo, que supera significativamente la diferencia de flujo magnético. Las pérdidas en el núcleo aumentarán drásticamente, el transformador se sobrecalentará y fallará ("fuego de acero"). Además, aparecerá un gran EMF en los extremos del circuito secundario roto , peligroso para el trabajo del operador. Por lo tanto, el transformador de corriente no se puede conectar a la línea sin un dispositivo de medición conectado. Si es necesario desconectar el dispositivo de medición del devanado secundario del transformador de corriente, debe cortocircuitarse.
De acuerdo con el PUE, el devanado secundario del TC debe estar conectado a tierra (para protegerlo contra descargas eléctricas durante la ruptura del aislamiento o cuando se induce alto voltaje debido a un circuito secundario abierto).

Véase también

Literatura

PUE
Shabad M.A. Transformadores de corriente en circuitos de protección de relés. Edición educativa. — 1998.
Rodshtein L.A. Aparatos eléctricos: un libro de texto para escuelas técnicas. - 3ra ed. - L . : Energoizdat. Leningrado. departamento, 1981.
Afanasiev V. V. y otros Transformadores de corriente. - L. : Energoatomizdat, 1989.
Chernobrov N. V. Protección de relé. - M. : Energía, 1974.

Notas

↑ Qué es la corriente eléctrica: conceptos básicos y características . Electroinfo.net (2 de mayo de 2020). Fecha de acceso: 12 de agosto de 2021. (Ruso)
↑ Corriente, voltaje, resistencia, potencia y otras cantidades. (ruso) ? . Electrovida . Fecha de acceso: 12 de agosto de 2021. (indefinido)

Enlaces

El dispositivo de los transformadores de corriente.
Transformadores de instrumentos de CA
Medición de transformadores de corriente y tensión