Este documento describe los transformadores de medida, incluidos los transformadores de tensión y de corriente. Los transformadores de medida aíslan circuitos de medida de alta tensión o corriente elevada, permitiendo mediciones seguras. Los transformadores de tensión reducen la tensión a niveles medibles, mientras que los transformadores de corriente reducen la corriente. Ambos tipos presentan errores como el error de relación o el error de ángulo que deben mantenerse dentro de ciertos límites para garantizar la precisión de las mediciones.

1. UNIVERSIDAD FERMIN TORO
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRICA
TRANSFORMADORES DE MEDIDA
Alumno: Raúl Alcides Chávez D.
25.541.399

2. Mediciones Eléctricas
TRANSFORMADORES DE MEDIDA
Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un
circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el
caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas
reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, entre otras
características.
También se puede decir que los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un
núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primarios y
secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También
existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de
menor tensión que el secundario.
Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para
instalar instrumentos, contadores y relees protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente.
Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relees, permitiendo una mayor
normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relees.Los transformadores de medida
por su parte traducen las intensidades y tensiones de las líneas de Alta Tensión a valores medibles por
contadores y protecciones. Los Transformadores de Medida con aislamiento seco están diseñados para
reducir intensidades o tensiones a valores manejables y proporcionales a las primarias originales.
Los instrumentos de medidas eléctricas modernos se producen para corrientes no mayores de algunas
decenas y centenas de amperes y tensiones del orden de cientos de volt. La aislación de la mayoría de los
instrumentos de medida eléctricas se calculan para tensiones de varios de miles de volt. Mientras tanto,
con el actual nivel técnico es necesario medir corrientes alternas del orden de miles y decenas de miles de
amperes, tensiones de cientos de miles de volt y potencias que alcanzan valores de 500 MVA y más.
Para medir grandes valores de magnitudes eléctricas mediante los habituales instrumentos de corriente
alterna es necesario ampliar sus alcances y garantizar la seguridad del trabajo con esos aparatos. La
ampliación de los alcances en circuitos de corriente alterna y la garantía de la seguridad de la medición de
altas tensiones se logra con ayuda de los transformadores de medida.

3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Según la estructura y principio de funcionamiento, los transformadores de
medidas son semejantes a los habituales transformadores de potencia, sin
embargo, se diferencian de estos últimos por el régimen de trabajo, forma
constructiva, potencia y dimensiones.
La parte fundamental del transformador de medida es el núcleo, compuesto
de chapas delgadas (0.35 mm) de acero electrotécnico de alta calidad o
bien de otras aleaciones especiales, sobre el que se colocan dos devanados
aislados uno del otro.

4. TIPOS DE TRANSFORMADORES DE MEDIDA
De manera general tenemos dos tipos de transformadores de medida como lo son:
TRANSFORMADORES DE TENSIÓN:
Son transformadores en los cuales su relación de transformación viene dada por los
valores de tensión en bornes del arrollamiento con relación a la tensión aparecida
entre los extremos del bobinado secundario. Son empleados para el acoplamiento de
voltímetros siendo su tensión primaria la propia de línea. Dependiendo de las
necesidades surgidas en cada momento, pueden disponer de varios arrollamientos
secundarios.
TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD:
En estos transformadores, la intensidad primaria y la secundaria guardan una
proporción, siendo ésta igual a la relación de transformación característica del propio
transformador. Se utilizan cuando es necesario conocer la intensidad de línea. En este
caso se intercala entre una de las fases el bobinado primario de tal manera que éste
que conectado en serie a la fase y al secundario se conecta el aparato de medida de la
misma manera que en los transformadores de tensión constructivamente son
diferentes a los de tensión.

5. CONEXION DEL BOBINADO PRIMARIO EN LOS
TRANSFORMADORES DE TENSIÓN
BOBINADO PRIMARIO CONECTADO ENTRE FASES:
en este tipo de conexión, los bornes del bobinado primario se conectan
directamente a las fases de la línea. Este conexionado es el utilizado cuando
lo que se quiere es medir la tensión de línea o tensión entre fases.
BOBINADO PRIMARIO CONECTADO A TIERRA:
en ocasiones es necesario medir las tensiones que aparecen entre fases y tierra
por razones de seguridad. Dicha medida se consigue conectando uno de los
bornes del bobinado primario a la fase y el otro borne a tierra.

6. TRANSFORMADORES DE TENSIÓN
Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un
secundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único
objetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que
se mida con instrumentos incorporados, en estos transformadores el devanado
primario de alta tensión se compone de un gran número(miles) de espiras de hilo
de cobre delgado del diámetro de 0,1 a 0,2 mm.
El devanado secundario de baja tensión, está compuesto de un número
relativamente pequeño de espiras (cientos) de hilo de cobre de diámetro de 0,8 y
1 mm.Las construcciones de los transformadores de tensión son de lo más
variadas. Según su destino, se producen de un solo alcance o de múltiples
alcance, portátiles o estacionarios, para instalación interior o exterior,
monofásica o trifásica, de aislación seca para tensiones de hasta 3 kV o en aceite
para tensiones mayores de 3 kV. En los transformadores con aislación de aceite,
el núcleo con los devanados está ubicado en un tanque de acero lleno de aceite
de transformador, las salidas de alta y baja tensión se encuentran en la tapa
superior del tanque.

7. Circuito equivalente
Los transformadores de potencial se comportan en
forma similar a un transformador convencional
de dos bobinas.
Por lo tanto el circuito equivalente referido al
secundario es el siguiente.

8. ERRORES EN LOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
En los transformadores de potencial existen 2 tipos de errores que afectan a la precisión
de las medidas hechas con transformadores de potencial.
ERROR DE RELACIÓN: Es la diferencia entre la relación verdadera entre la tensión del
primario y secundario y la relación indicada en la placa característica.
ERROR DE ÁNGULO:Es la diferencia en la posición de la tensión aplicada a la carga
secundaria y la tensión aplicada al devanado primario.
El error de ángulo se representa con el símbolo (g), está expresado en minutos y se
define como positivo cuando la tensión aplicada a la carga, desde el terminal
secundario marcado al no marcado, está adelantada respecto a la tensión aplicada al
primario desde el terminal marcado al no marcado.

9. CLASIFICACIÓN DE LOS ERRORES
En el transformador de potencial interesa que los errores en la relación de
transformación y los errores de ángulo entre tensión primaria y secundaria
se mantengan dentro de ciertos límites. Esto se obtiene
sobredimensionando tanto el núcleo magnético como la sección de los
conductores de los enrollados. La magnitud de los errores depende de la
característica de la carga secundaria que se conecta al transformador de
potencial. Para su clasificación desde el punto de vista de la precisión (error
máximo en la relación de transformación) las diversas normas sobre
transformador de potencial exigen que los errores se mantengan dentro de
ciertos valores para determinadas características de la carga.

10. TRANSFORMADORES DE TENSION

11. TRANSFORMADOR DE CORRIENTE
Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de
corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las
gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros
dispositivos de medida y control.
Los valores nominales de los transformadores de corriente se definen
como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas
relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser 600
/ 5, 800 / 5, 1000 / 5. Los valores nominales de los transformadores
de corriente son de 5 A y 1 A.
El primario de estos transformadores se conecta en serie con la carga,
y la carga de este transformador está constituida solamente por la
impedancia del circuito que se conecta a él.

12. Tipos De Construcción
 TIPO PRIMARIO DEVANADO: Consta de dos devanados primarios y secundarios
totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético.
 TIPO BARRA:Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un
solo conductor recto de tipo barra.
 TIPO TOROIDAL (VENTANA):Tiene un devanado secundario totalmente aislado y
montado permanentemente sobre el circuito magnético y una ventana a través de la
cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario.
 TIPO PARA BORNES:Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los
bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado
primario.
Los transformadores de corriente se clasifican de acuerdo con el aislamiento principal
usado, como de tipo seco, rellenos de compuestos, moldeados o en baño de líquido.

13. Circuito equivalente
El circuito equivalente de un transformador de corriente es el siguiente
Dónde: Yo: admitancia de excitación.
Z2: Impedancia de carga.
Zeq: Impedancia equivalente referida al secundario.
La inducción normal máxima en el Fe es muy baja, para trabajar linealmente y
producir pérdidas magnéticas despreciables (la corriente de excitación "Io" es
muy pequeña).
La impedancia equivalente referida al secundario coincide prácticamente, con la
impedancia de dispersión del secundario dado que el primario suele ser solo
una barra.

14.  DEFINICIONES IMPORTANTES RELACIONADAS CON LOS
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
a)Relación (Ratio). Es la relación de la corriente nominal de servicio del
transformador y su corriente nominal en el secundario, el estándar más usado
es de 5 Amps en el secundario.
b) Precisión (Accuracy). Es la relación en porciento, de la corrección que se haría
para obtener una lectura verdadera. El ANSI C57.13-1968 designa la precisión
para protecciones con dos letras C y T. "C" significa que el porciento de error
puede ser calculado, y esto se debe a que los devanados están uniformemente
distribuidos, reduciendo el error producido por la dispersión del flujo en el
núcleo.
"T" significa que debe ser determinado por medio de pruebas, ya que los devanados
no están distribuidos uniformemente en el núcleo produciendo errores
apreciables.
El número de clasificación indica el voltaje que se tendría en las terminales del
secundario del TC para un burden definido, cuando la corriente del secundario
sea 20 veces la corriente nominal, sin exceder 10% el error de relación.

15. c) Burden o Potencia Nominal de un Transformador de Corriente. Es la
capacidad de carga que se puede conectar a un transformador, expresada en
VA o en Ohms a un factor de potencia dado. El término "Burden" se utiliza
para diferenciarlo de la carga de potencia del sistema eléctrico. El factor de
potencia referenciado es el del burden y no el de la carga.
d) Polaridad. Las marcas de polaridad designan la dirección relativa
instantánea de la corriente. En el mismo instante de tiempo que la corriente
entra a la terminal de alta tensión con la marca, la corriente secundaria
correspondiente está saliendo por la terminal marcada.
e) Capacidad de Corriente Continua. Es la capacidad de corriente que el TC
puede manejar constantemente sin producir sobrecalentamiento y errores
apreciables. Si la corriente del secundario de un transformador de corriente
esta entre 3 y 4 Amps., cuando la corriente del primario está a plena carga,
se dice que el transformador está bien seleccionado. No se recomienda
sobre dimensionar los TC's porque el error es mayor para cargas bajas.

16. f) Capacidad de Corriente Térmica de Corto Tiempo. Esta es la máxima
capacidad de corriente simétrica RMS que el transformador puede soportar por 1
seg., con el secundario en corto, sin sobrepasar la temperatura especificada en sus
devanados. En la práctica esta se calcula como:
I Térmica (KA) = Potencia de Corto Circuito (MVA)/ (1.73* Tensión (KV)).
Como la potencia de precisión varía sensiblemente con el cuadrado del número de
Ampere-Vueltas del primario, para un circuito magnético dado, la precisión de los
TC's hechos para resistir grandes valores de corrientes de corto circuito, disminuye
considerablemente
g) Capacidad Mecánica de Tiempo Corto. Esta es la máxima corriente RMS
asimétrica en el primario que el TC puede soportar sin sufrir daños, con el
secundario en corto. Esta capacidad solo se requiere definir en los TC tipo
devanado. En la práctica esta corriente se calcula como:I Dinámica (KA) = 2.54 *
I Térmica

17. TRANSFORMADORES DE CORRIENTE