Transformador de corriente: qué es y cuál elegir

Embrasul
27 abr
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El transformador de corriente, o simplemente TC, es un dispositivo electromagnético capaz de transformar corrientes elevadas, del orden de decenas, centenas y miles de amperios, en corrientes más pequeñas, del orden de 1, 5 o 10 amperios.

Se utilizan en circuitos de corriente alterna y permiten el acceso a dispositivos de medida, control y protección en sistemas que no permiten dicho acceso directo debido a la baja resistencia de estos instrumentos. (Equipos que naturalmente se dañarían (léase: quemarían, tostarían, explotarían) si se conectan directamente).

¿Cómo especificar un transformador de corriente?

Hay varios detalles que deben comprobarse en cuanto a la elección del TC adecuado para cada aplicación. Por lo tanto, a partir de ahora, ejecutaremos una especificación resumen, con el fin de permitir al lector aplicarla algorítmicamente para la medición de energía y el control del factor de potencia .

Para los siguientes ejemplos nos centraremos en la opción de TCs aptos para medida en contadores y controladores, de forma que el lector sea consciente de la precisión que suponen los consumos, las potencias y la posible concatenación de errores en sistemas con TCs o rangos mal dimensionados.

Las aplicaciones aquí se limitan a las mencionadas, por lo tanto, para diferentes aplicaciones, es importante que el lector valide su diseño y elección, junto con los estándares y consideraciones actuales de cada fabricante.

Destino, precisión y saturación de la TC

El destino, o propósito, es la primera información requerida para dimensionar un transformador de corriente. Destacamos aquí algunos de los propósitos más conocidos, centrándonos en la medición.

TC para medición y control de FP

Aquí queremos medir la corriente y/o la potencia o el factor de potencia. En este caso, debemos prestar más atención a la precisión del dispositivo, que puede variar entre 0,3%, 0,6%, 1%, 1,2% y 3,0% (valor no recomendado debido al alto error de desfase, que perjudica la medición o el control de potencia y factor de potencia, respectivamente).

La clase de precisión debe representar nominalmente el error esperado del transformador

corriente, teniendo en cuenta el error de relación de transformación (el valor de la corriente en magnitud o amplitud), y el error de desfase (la inserción de un retraso o adelanto en la señal) entre las corrientes primaria y secundaria.

NBR 6856/92 garantiza la precisión teniendo en cuenta tanto los errores como los principales actores del mercado, respetando otras normas internacionales. Sin embargo, tenga mucho cuidado con los TC que tienen poca documentación, o poca información, y por lo tanto son más baratos financieramente.

Para la mayoría de ellos, la aplicación está restringida a amperímetros analógicos, es decir, sólo de corriente, por lo que se omite la información relativa al error de desfase, y en aplicaciones de medición de energía, consumo o factor de potencia (principalmente), la precisión puede variar en valores absurdos y totalmente inconsistentes con la realidad.

Para aplicaciones de medición de energía y factor de potencia, elija TC con mayor saturación (o mayor corriente dinámica nominal). Esto es importante porque en diferentes situaciones de medición podemos tener grupos de diferentes cargas siendo medidas por los mismos TC (considerando 1 por fase). A menudo, en este grupo medido, es posible tener varios motores, por lo que es necesario verificar opciones que admitan corrientes de arranque. Vea a continuación la aplicación en CCMs.

A continuación enumeramos otros posibles usos de los transformadores de corriente:

TC para Protección: Para circuitos que deban ser protegidos contra sobrecorrientes, utilizando relés de protección (Se recomienda optar por saturación a 20 veces la corriente nominal o más).

TC para CCMs (Centro de Control de Motores): Como estamos en circuitos con motores, bombas o máquinas, el TC debe soportar picos de corriente en el arranque, sin saturar (saturación a 10 veces la corriente nominal o más, dependiendo del motor), ya que este comportamiento es natural, para sacar de inercia al equipo. Es aconsejable realizar una medición, ya que los tipos de salida, y su simultaneidad, son factores a la hora de definir el TC.

TC auxiliares: aplicación más específica debido a corrientes no estandarizadas como 10/0,1A o 0,05/1A. Posiblemente personalizado.

Tipos y usos

Al referirnos al uso, es importante decidir si es para uso interior (resguardado) o para uso exterior (expuesto a algunas condiciones climáticas, “en la calle”). En la inmensa mayoría de los casos, el uso se realiza en una subestación protegida de la intemperie, o incluso en el interior de paneles, pero es posible ver algunos en la red de distribución de la concesionaria, en la calle o en subestaciones.

Disponemos de numerosos tipos que influyen principalmente en aspectos mecánicos y constructivos. Para nuestra aplicación (medición de energía y control de FP, por ejemplo), destacamos los modelos de ventana fija y partida (preferible), en material termoplástico o epoxi .

Barra colectora CT: Devanado primario consistente en una barra colectora fijada a través del núcleo;
TC bobinado: Devanado primario constituido por una o más espiras que rodean el núcleo;
TC de ventana fija: Tiene un primario fijo en el transformador y consiste en una abertura a través del núcleo, por donde pasa el conductor que forma el circuito primario.
TC tipo buje: Similar al TC tipo barra, sin embargo se instala en el buje del equipo (transformadores, interruptores, etc.), que funciona como devanado primario.
TC dividido : similar a los TC de tipo ventana, excepto que el núcleo se puede separar para permitir que el conductor que funciona como devanado primario se enrolle a su alrededor.
TC con múltiples devanados primarios: Los devanados primarios están aislados y solo hay un devanado secundario. En este tipo, las bobinas primarias se pueden conectar en serie o en paralelo, lo que permite obtener diversas relaciones de transformación.
TC con núcleos secundarios múltiples: Consiste en dos o más devanados secundarios montados separadamente, cada uno de los cuales dispone de su propio núcleo, formando junto con el devanado primario un único conjunto.
TC de devanado secundario múltiple: Este tipo consta de un único núcleo rodeado por el devanado primario y varios devanados secundarios.
TC tipo shunt secundario: Consiste en un único núcleo rodeado por los devanados primario y secundario, el cual está provisto de una o más conexiones shunt. Sin embargo, el primario puede constar de uno o más devanados.

TC con núcleo bipartito	TC con ventana fija

Relación CT

La relación de TC es la relación entre la corriente primaria y la corriente secundaria. Un factor de multiplicación establece la transformación. Mirar:

Para un TC con una relación de 500/5A (que se lee quinientos a cinco), el factor de multiplicación es 100, porque si multiplicamos la corriente secundaria, 5A, por 100, tenemos la corriente primaria, 500A.

Normalmente nos ceñimos a la relación de aplicación y elección, y no al factor de multiplicación, es decir, elegimos en función de la corriente nominal de nuestro circuito, por el valor del primario del TI. Consulte la tabla a continuación para ver algunas relaciones disponibles.

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Es muy común a la hora de elegir la relación optar por corrientes en el primario, revisando interruptores o dispositivos de protección, para tener una idea de la corriente que circulará en el primario, sin embargo, esto no siempre favorece la medición.

Por razones de seguridad, existe la tendencia a tener sistemas con dimensiones mayores a la carga instalada, es decir, imaginemos un interruptor de 400A, pero en él, las cargas o la carga, en total, nunca llegan a 50A. Si dimensionamos un TC de 400/5A para esta aplicación, éste siempre estará trabajando subutilizado, con valores cercanos al límite inferior del rango, introduciendo un error en la medida. Este error aumenta cuando trabajamos cerca de los límites inferior y superior del rango de medición (40A a 400A, respectivamente).

¡Es muy importante estudiar la carga y su dinámica (entradas y salidas de carga y sus salidas) para saber qué relación de CT utilizar! Esto garantiza que la mayor parte de la medición permanezca dentro del rango, entre el 10 y el 100% del valor primario.

En este ejemplo anterior, un TC 50/5 o 100/5 podría ser suficiente y mucho más preciso, si por supuesto el tamaño de la ventana (medidas internas) coincide con el tamaño del cable. ¡Hablaremos de eso más tarde!

A continuación, se muestra una situación de especificación real, basada en una corriente medida con un analizador de potencia. Tenga en cuenta que si no hubiera medición, el TC posiblemente sería demasiado grande.

Para el gráfico anterior, se adoptó un TC1200/5 y tenga en cuenta que la corriente nunca superó los 1040 A. El disyuntor era de 2000A, lo que llevó a la elección de un TC 2000/5. En este estudio se conectaron simultáneamente el 90% de las cargas y se estimó el 10% instaladas.

La especificación consideró corrientes de entrada y tuvo tiempo suficiente para asegurar la mejor interpretación de la dinámica operativa del sistema a lo largo del tiempo. ¡Si se cambia el circuito, se debe reevaluar el TC!

Ventana y dimensiones

Defina dónde se instalarán los TC y mida las distancias entre cables o barras colectoras y su sección transversal. Recuerde, el TC debe estar bien acomodado y fijado, y en términos de fijación, delinear la estrategia adecuada para la ubicación.

Tenga en cuenta que además de la ventana interior, las medidas externas son importantes para saber si el TC encajará en el espacio o entre barras colectoras, por ejemplo.

¡Existen TC con ventanas con geometría adecuada para cables y barras! ¡Consulte siempre los catálogos y hojas de datos!

Potencia del TC

Muy importante a la hora de dimensionar, debemos prestar atención a la potencia en la salida secundaria. Cuando conectamos una carga al secundario, existe un límite de potencia establecido por los fabricantes del transformador. Vea a continuación un ejemplo de tabla extraída de un catálogo, donde el fabricante indica explícitamente las diferentes potencias para una misma clase o una misma relación.

Tenemos las relaciones de transformación en la primera columna, y las demás están separadas por potencias: 2,5VA; 5,0 VA; 12,5 VA; 25VA. Tenga en cuenta que un modelo puede tener más de un

Debemos elegir el modelo de TC adecuado a la carga instalada, teniendo en cuenta la aportación de los cables que lo conectan a dicha carga.

Los tramos de cable más largos requieren mayor potencia, por lo que se debe considerar la potencia disipada por la impedancia del cable y agregarla a la potencia disipada por la impedancia de carga, ya sea un medidor, un controlador u otro dispositivo.

Carga (VA) = Consumo del dispositivo (VA) + potencia consumida en los 2 cables para conexión (VA).

Cuidado de la aplicación

Nunca deje abierto el secundario del transformador cuando esté bajo carga. ¡Manténgalo conectado a la carga o en cortocircuito! Esto evitará daños al sistema y al TC.

La imagen lateral muestra un sistema con TC instalados y cortocircuitados, no conectados a cargas o desactivados deliberadamente para la inserción de bobinas, en rojo.

¡Utilice claves de calibración para todas las instalaciones! Garantizan una maniobra segura, evitando paradas o daños en un TC con secundario abierto.

En caso de duda o incompatibilidad entre características técnicas…

Este contenido pretende resumir un tema amplio. Sin embargo, facilita la tarea a quienes buscan una solución para la detección de corriente, para casos de medición de energía y control del factor de potencia.

Siguiendo los pasos anteriores probablemente conseguirás el dimensionamiento correcto, pero hay casos en los que es necesario pasar a otros tipos de detección. Veamos un ejemplo práctico:

En la foto lateral vemos un disyuntor de 500A, conectado con cables de 240mm². En este sistema se instalan un contador de energía y 3 TC compatibles con la corriente de interruptor: 500/5A.

Con el tiempo, se observaron grandes diferencias en los kWh medidos en comparación con lo facturado en la factura de energía, y nuevamente se utilizó un analizador para auditar esta diferencia.

Se encontró que durante el tiempo medido de 30 días, la corriente máxima no alcanzó los 50 A, permaneciendo por debajo del 10 % de la corriente primaria del TC el 100 % del tiempo. Un caso clásico de sobredimensionamiento.

La estructura está diseñada para una carga mucho mayor a la instalada, lo que no es difícil de encontrar en innumerables casos por n razones.

A primera vista un TC50/5 solucionaría el problema, sin embargo, el tamaño del cable no lo permite. La ventana del TC es más pequeña que la sección transversal del cable. No pasa. Por lo tanto, tenemos que aumentar el ratio TC hasta encontrar una ventana que se ajuste.

Básicamente se trata de ir evaluando la mesa hasta que la ventana permita el paso del cable. Ahora bien, haciendo esto, ¿es correcto en términos de medición? ¡La respuesta es NO! porque nuevamente estamos sobredimensionando la relación respecto a la corriente nominal debido a una incompatibilidad mecánica.

¡Utilice bobinas, no transformadores!

Los sensores flexibles son bobinas de Rogowski . Este tipo de sensor permite calibrar el equipo para medir cualquier corriente, con una bobina de cualquier tamaño. En otras palabras, se puede realizar una bobina del tamaño adecuado para el cable, calibrando teniendo en cuenta la corriente nominal real. En este caso la precisión tanto en módulo como en fase es mucho mayor que utilizando TC.

Ejemplo de especificación

A continuación se muestra una especificación resumida que le ayudará a especificar correctamente su TC:

Aspectos mínimos para la aplicación de la medición y control:

Finalidad (medición y/o protección): Medición o Control;
Uso (interior o exterior): Interior (dentro del marco);
Clase de precisión: 1,2% o 0,6% o 0,3%;
Relación de transformación; 200/5 u otro según tabla;
Dimensional: ? 42 mm o según conductor e instalación;
Carga nominal (Potencia): 2,5 VA mín. o más dependiendo de la instalación y la carga;
Frecuencia nominal: 60HZ o 50HZ para otros países.