Transformadores de Medida

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2.7 Transformadores de Medida (t/m) y filtros de secuencia
Se denominan transformadores de instrumentos o de medición, a los que se emplean para
alimentar circuitos que tienen instrumentos de medición o protección. El uso de estos
transformadores se hace necesario en las redes de alta tensión en donde se requiere reducir los
valores de voltaje y corriente a cantidades admisibles para los instrumentos ya sea por razones de
seguridad o comodidad.
El propósito específicos para los que sirven los transformadores de instrumentos son entre otros
los siguientes :
i) Aisla a los instrumentos de medición y protección del circuito primario o de alta tensión,
permitiendo así medir altos voltajes y altas corrientes con instrumentos de bajo alcance.
ii) Da mayor seguridad al no tener contacto con partes en alta tensión.
iii) Permite la normalización de las características de operación de los instrumentos.
Existen dos tipos de transformadores de medida : Los transformadores de potencial (T/P), se
conectan en paralelo en el circuito, y los transformadores de corriente (T/C) que normalmente
reducen la corriente, que se conectan en serie con el circuito.
Transformadores de corriente.
Un transformador de corriente, es aquel en el cual el devanado primario se encuentra en serie con
el circuito al cual se quiere medir la corriente. En el devanado secundario se conectan en serie los
instrumentos. Normalmente estos dispositivos tienen a una muy baja impedancia que
prácticamente mantienen el t/C en condiciones de cortocircuito en el secundario.
Para que el transformador pueda cumplir con su función de indicar exactamente el valor de la
corriente circulante en el circuito primario, se debe mantener si es posible, el valor de la carga, por
lo cual se trata de reducir al mínimo la corriente magnetizante. Para esto, el diseño debe
considerar un núcleo magnético muy compacto, con entrehierros casi nulos y pérdidas en el fierro
muy pequeñas.
En la figura siguiente, se muestra el esquema físico de un transformador de corriente:

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En cualquier transformador se cumplen las relaciones fundamentales de este tipo de circuitos; es
decir,
N1/N2 = V1/V2 = I2/I1
El número de espiras en el TC se calculan a partir del hecho que los amperes-vueltas del primario
y del secundario deben ser iguales.
En la práctica, esta relación no es exactamente igual, ya que los flujos de ambos bobinados, no
son exactamentte iguales, entonces se tiene un flujo magnético resultante, cuyo valor se calcula
como :
r = p - s
Este flujo resultante r da origen a una inducción magnética  en el núcleo del transformador de
valor bajo, pero que es suficiente para producir en el devanado secundario un voltaje inducido s
que mantiene la corriente que se mide.
Si por alguna razón se abre el devanado secundario, la variación del flujo con el tiempo (d/dt),
induce un valor de tensión alto que puede ser peligroso. Por esta razón el secundario debe estar
conectado a tierra y nunca debe estar en circuito abierto. Se recomienda cortocircuitar el
secundario ANTES de retirar el instrumento.

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En el diagrama vectorial siguiente se muestran las relaciones de tensiones y de fase que producen
estas diferencia según el modelo de circuito mostrado.

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En el caso de un transformador de corriente, el error es igual a Io que es el vector diferencia entre
la corriente primaria y secundaria, y será máxima cuando Is e Ip esten en fase. El error se expresa
en función de la corriente primaria.
 = (R Is - Ip) / Ip ............. Siendo Is = Is = Es / Zt ......... Zt = Zc + Zs
Es = 2.22 Ns B S 10-6
Con lo cual, el error será :
 = 450000 ( L Zt ) / ( Ns
2
S  )
Por lo tanto, el error dependerá del tipo de material utilizado en el núcleo. Si por la expresión es
posible disminuir el error aumentando el número de espiras en el secundario, esto hace aumentar

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la impedancia del secundario. Por tanto un aumento del error. De aquí se debe llegar a un
compromiso entre todos los parámetros en el momento de calcular un TC.
Un fenómeno que debe tenerse muy en cuenta cuando se utilizan TC en la proximidades de
generadores, es que cuando se producen cortocircuitos, la corriente tiene una componente de
corriente continua cuyo valor dependerá del momento en el cual se producen las fallas. Es máxima
cuando la tensión pasa por cero y el tiempo de duración depende de la relación X/R del circuito.
Puede apreciarse que el flujo máximo es varias veces superior al flujo alternativo alterno, que sería
el único requerido si no hubiese componente asimétrica en el arrollamiento primario.
Es notorio que si la impedancia de magnetización (Z0) fuese infinita, el máximo flujo transitorio
dependerá del grado de asimetría la propia corriente primaria, es decir, de la constante de tiempo (
X/R ) del sistema primario, y abarcaría el total de la zona sombreada de la figura. Sin embargo,
cuando el valor de Z0 es finito, como sucede en la práctica, la componente asimétrica de Is, es
inferior a la de Ip en la cantidad absorbida por la corriente de excitación I0. Esto reduce la

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componente asimétrica en la salida Us y, por consiguiente, se reduce el flujo unidireccional
necesario para establecerla.
En la figura siguiente, se puede ver la respuesta de un TC al aplicarle una intensidad primaria I0
con un gran contenido de componente continua, resultando una corriente Is, fuertemente
deformada.
En los sistemas de alta tensión AT y muy alta tensión MAT, resulta imprescindible que los
transformadores de corriente sean capaces de reproducir sin dificultades las corrientes de
cortocircuito del SEP a fin de evitar falsas actuaciones o retrasos en las protecciones. Para cumplir
con esto se han desarrollado tres tipos de transformadores según denominaciones Comité
Europeo Industrial, CEI.
Tipo TPX : Sobredimensionados ( sin entrehierro)
Tipo TPY : Antirremanentes ( pequeños entrehierros)
Tipo TPZ : Lineales ( amplios entrehierros)

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En la utilización de los transformadores de corriente, es muy frecuente que los TM son sometidos a
sobrecargas. En los siguiente gráficos se muestran algunas de estas condiciones.

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Factor de sobrecarga.
El factor de sobrecarga, es el número N que indica un múltiplo de la corriente primaria, que, debido
a la saturación del núcleo produce un error de la corriente de -10 %, cuando la carga secundaria
es de su valor nominal. En la gráfica anterior, se muestra que con un valor de corriente primaria ( Ip
) de 20 veces su valor nominal, la corriente secundaria Is es 10 % que su valor nominal, o sea, que
el factor de sobrecarga es 20. Es decir, el factor es 1.2.
En relación con los errores de los transformadores de medida, la norma ANSI, C57.13-1968
establece los siguiente parámetros en relación con los errores de fase y de relación de
transformación.

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Estructuras de los transformadores de corriente :
Los transformadores tipo Bushing y los tipo ventana diseñados con aislamiento parcial del primario,
suelen tener su secundario conectado a la masa de fábrica. Si no fuese así, deberá efectuarse esta
conexión en terreno cuando se instale.
Las pruebas a las cuales deberán someterse son Prueba de aislamiento en baja tensión entre
bobinados y tierra
i) Pruebas de potencial inducido
ii) Ensayo de precisión
iii) Ensayo de polaridad
La polaridad relativa de los terminales de un transformador de corriente deberá estar claramente
marcada.

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En la figura siguiente se muestran las gráficas de tensión inducida de transformadores de corriente
en los cuales se observan los valores máximos de no saturación.

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Según ANSI se tienen los siguiente límites para la precisión para el rango de clase 0.3
transformador utilizado en medición.
Gráficamente, se tienen :

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Para los transformadores de potencial utilizados en medición, se tienen los siguientes valores en
precisiones de 0.3 , 0.6 y 1.2.

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Cuando se utilizan transformadores de potencial en circuitos de alta tensión, se producen
oscilaciones a frecuencias diferentes de las nominales que se pueden clasificar en dos tipos :
i) Ferroresonancia. Se producen cuando se satura el núcleo, pudiendo llegar a ser estable y
producir medidas incorrectas y averías tanto en los equipos de medida y protección como
en el TP.
ii) Transitorias. Estas se producen por bajadas momentáneas de la tensión, al quedar
energía almacenada en el conjunto formado por las capacidades y las inductancias. Esta
energía se disipa por medio de oscilaciones más o menos amortiguadas que causan una
desviación de la tensión secundaria respecto de la primaria.
Para reducir estas anomalías a valores aceptables, generalmente es suficiente la utilización de un
circuito oscilante ( filtro) paralelo, adaptado a la frecuencia de la red, al que se le incorpora una
resistencia serie de amortiguamiento. A este circuito se le lla protección antiresonante. Si se
utilizan protecciones estática ultrarápidas es posible que no sea suficiente este circuito y entonces
se incorpora una protección electrónica, con lo cual la duración de estos fenómenos se reduce en
forma drástica.
En las figuras siguientes se muestran las diferencias en los disturbios con y sin filtros.

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En la figura se muestra un corte de un transformador de potencial con todos sus elementos y filtros.
i) Tensión de aislamiento y naturaleza de la misma.
ii) Realización ( hardware).
iii) Forma constructiva. Inductivos o capacitivos
iv) Carga secundaria.
v) Potencia nominal. Valores usuales 5,10,15,30,60,100 VA, etc.

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vi) Clase de precisión. Se dsignan por las cifras 0.1, 0.2 y 0.5 etc.,corresponden al error
máximo de relación admisible en porcentaje y ángulo en minutos para una tensión de 0.8 a
1.2 Vn, cos  = 0.6 y una carga comprendida entre 0.25 a 1 del valor nominal.
vii) Potencia límite térmica. Es la potencia límite aparente que puede ser conectado al TP,
fuera de su clase de precisión, sin sufrir daño permanente.
Los efectos del calentamiento del aire para temperaturas máximas permisibles de 55°C. Estas
curvas se aplican cuando el tranformador es energizado a su voltaje y frecuencia. nominal