Transformadores de corriente: principio de funcionamiento y aplicación.

Cuando se trabaja con sistemas de energía, a menudo es necesario convertir ciertas cantidades eléctricas en análogos similares a ellos con valores proporcionalmente modificados. Esto le permite simular ciertos procesos en instalaciones eléctricas y realizar mediciones de forma segura.

El funcionamiento del transformador de corriente (TC) se basa en la ley de la inducción electromagnéticaoperando en campos eléctricos y magnéticos que varían en forma de armónicos de magnitudes sinusoidales alternas.

Convierte el valor primario del vector de corriente que fluye en el circuito de potencia en un valor reducido secundario, respetando la proporcionalidad del módulo y la transmisión del ángulo exacto.

El principio de funcionamiento del transformador de corriente.

El diagrama explica la demostración de los procesos que tienen lugar durante la transformación de la energía eléctrica en el interior del transformador.

La corriente I1 fluye a través del devanado primario de potencia con el número de vueltas w1, superando su impedancia Z1.Alrededor de esta bobina se forma un flujo magnético F1, que es captado por un circuito magnético situado perpendicularmente a la dirección del vector I1. Esta orientación asegura una pérdida mínima de energía eléctrica cuando se convierte en energía magnética.

Al cruzar las vueltas del devanado w2 ubicadas perpendicularmente, el flujo F1 induce en ellas una fuerza electromotriz E2, bajo cuya influencia surge una corriente I2 en el devanado secundario, que supera la impedancia de la bobina Z2 y la carga de salida conectada Zn. En este caso, se forma una caída de tensión U2 en los terminales del circuito secundario.

Se llama la cantidad K1, determinada por la relación de los vectores coeficiente de transformación I1 / I2... Su valor se establece durante el diseño de dispositivos y se mide en estructuras prefabricadas. Las diferencias entre los indicadores de los modelos reales y los valores calculados se evalúan por la característica metrológica: clase de precisión de un transformador de corriente.

En funcionamiento real, los valores de las corrientes en las bobinas no son valores constantes. Por lo tanto, el coeficiente de transformación suele estar indicado por valores nominales. Por ejemplo, su expresión 1000/5 significa que con una corriente primaria de operación de 1 kiloamperio, en los secundarios actuarán cargas de 5 amperios. Estos valores se utilizan para calcular el rendimiento a largo plazo de este transformador de corriente.

El flujo magnético F2 de la corriente secundaria I2 reduce el valor del flujo F1 en el circuito magnético. En este caso, el flujo del transformador Ф creado en él está determinado por la suma geométrica de los vectores Ф1 y Ф2.

Factores peligrosos durante el funcionamiento del transformador de corriente.

Capacidad de verse afectado por un potencial de alto voltaje en caso de falla del aislamiento

Dado que el circuito magnético del TT está hecho de metal, tiene buena conductividad y conecta magnéticamente los devanados aislados (primario y secundario) entre sí, existe un mayor riesgo de descarga eléctrica para el personal o daños al equipo si se rompe la capa de aislamiento.

Para evitar tales situaciones, se utiliza la conexión a tierra de uno de los terminales secundarios del transformador para drenar el potencial de alto voltaje a través de él en caso de accidentes.

Este terminal siempre está marcado en la carcasa del dispositivo y está indicado en los esquemas de conexión.

La posibilidad de verse afectado por un potencial de alto voltaje en caso de falla del circuito secundario

Las conclusiones del devanado secundario están marcadas con «I1» e «I2», por lo que el sentido de circulación de las corrientes es polar, coincide en todos los devanados. Cuando el transformador está funcionando, siempre deben estar conectados a la carga.

Esto se explica por el hecho de que la corriente que pasa por el devanado primario tiene un alto potencial de potencia (S = UI), que se transforma en un circuito secundario con bajas pérdidas, y cuando se interrumpe, el componente actual disminuye bruscamente a los valores de fuga a través del medio ambiente, pero al mismo tiempo la caída aumenta significativamente las tensiones en la sección rota.

El potencial en los contactos abiertos del devanado secundario durante el paso de corriente en el circuito primario puede alcanzar varios kilovoltios, lo cual es muy peligroso.

Por lo tanto, todos los circuitos secundarios de los transformadores de corriente deben montarse siempre de forma segura y los cortocircuitos de derivación siempre deben instalarse en los devanados o núcleos fuera de servicio.

Soluciones de diseño utilizadas en circuitos de transformadores de corriente.

Cada transformador de corriente, como dispositivo eléctrico, está diseñado para solucionar determinados problemas durante el funcionamiento de las instalaciones eléctricas. La industria produce una gran variedad de ellos. Sin embargo, en algunos casos, al mejorar las estructuras, es más fácil usar modelos prefabricados con tecnologías probadas que rediseñar y fabricar otros nuevos.

El principio de crear un TT de una sola vuelta (en el circuito primario) es básico y se muestra en la foto de la izquierda.

Aquí, el devanado primario, cubierto con aislamiento, está hecho de un bus de línea recta L1-L2 que pasa por el circuito magnético del transformador, y el secundario está enrollado con vueltas a su alrededor y conectado a la carga.

El principio de crear un CT de múltiples vueltas con dos núcleos se muestra a la derecha. Aquí se toman dos transformadores de una sola vuelta con sus circuitos secundarios y se hace pasar un cierto número de vueltas de devanados de potencia a través de sus circuitos magnéticos. De esta manera, no solo se incrementa la potencia, sino que se incrementa aún más el número de circuitos conectados de salida.

Estos tres principios se pueden cambiar de diferentes maneras. Por ejemplo, el uso de varias bobinas idénticas alrededor de un solo circuito magnético está muy extendido para crear circuitos secundarios separados e independientes que funcionan de forma autónoma. Estos se llaman núcleos. De esta manera, la protección de interruptores o líneas (transformadores) con diferentes propósitos se conecta a los circuitos de corriente de un transformador de corriente.

Los transformadores de corriente combinados con un potente circuito magnético, utilizados en los modos de emergencia de los equipos, y el habitual, diseñados para medidas a parámetros nominales de red, trabajan en dispositivos de equipos de potencia.Las bobinas envueltas alrededor de la barra de refuerzo se usan para operar dispositivos de protección, mientras que las bobinas convencionales se usan para medir corriente o potencia/resistencia.

Se llaman así:

• bobinas de protección marcadas con índice «P» (relé);

• medida indicada por los números de la clase de precisión metrológica TT, por ejemplo «0,5».

Los devanados de protección durante el funcionamiento normal del transformador de corriente proporcionan una medición del vector de corriente primaria con una precisión del 10 %. Con este valor, se denominan "diez por ciento".

Errores de medición

El principio de determinar la precisión del transformador le permite evaluar su circuito equivalente que se muestra en la foto. En él, todos los valores de las cantidades primarias se reducen condicionalmente a la acción en bucles secundarios.

El circuito equivalente describe todos los procesos que operan en los devanados, teniendo en cuenta la energía gastada en magnetizar el núcleo con corriente I.

El diagrama vectorial construido sobre su base (triángulo SB0) muestra que la corriente I2 difiere de los valores de I'1 con el valor de I hacia nosotros (magnetización).

Cuanto mayores sean estas desviaciones, menor será la precisión del transformador de corriente.Para tener en cuenta los errores de medición del TC, se introducen los siguientes conceptos:

• error de corriente relativo expresado en porcentaje;

• error angular calculado a partir de la longitud del arco AB en radianes.

El valor absoluto de la desviación de los vectores de corriente primario y secundario está determinado por el segmento de CA.

Los diseños industriales comunes de transformadores de corriente se fabrican para operar en clases de precisión definidas por las características de 0.2; 0,5; 1,0; 3 y 10%.

Aplicación práctica de transformadores de corriente.

Un número diverso de sus modelos se pueden encontrar tanto en pequeños dispositivos electrónicos ubicados en una caja pequeña como en dispositivos de energía que ocupan dimensiones significativas de varios metros, se dividen según características operativas.

Clasificación de transformadores de corriente

Por convenio, se dividen en:

• medición, transferencia de corrientes a instrumentos de medición;
• protegido, conectado a circuitos de protección actuales;
• laboratorio, con una alta clase de precisión;
• intermedios utilizados para la reconversión.

Cuando se operan instalaciones, se utiliza TT:

• instalación al aire libre al aire libre;

• para instalaciones cerradas;

• equipo incorporado;

• desde arriba: inserte la manga;

• portátil, lo que le permite tomar medidas en diferentes lugares.

Por el valor de la tensión de funcionamiento del equipo TT hay:

• alto voltaje (más de 1000 voltios);

• para valores de tensión nominal de hasta 1 kilovoltio.

Asimismo, los transformadores de corriente se clasifican según el método de los materiales de aislamiento, el número de pasos de transformación y otras características.

tareas completadas

Los transformadores de corriente de medida externa se utilizan para el funcionamiento de circuitos eléctricos de medida de energía eléctrica, medidas y protección de líneas o autotransformadores de potencia.

En la siguiente fotografía se muestra su ubicación para cada fase de la línea y la instalación de los circuitos secundarios en la caja de bornes de la celda de 110 kV para el autotransformador de potencia.

Las mismas tareas las realizan los transformadores de corriente de la aparamenta externa-330 kV, pero dada la complejidad de los equipos de mayor tensión, tienen dimensiones mucho mayores.

En los equipos de potencia, a menudo se utilizan diseños integrados de transformadores de corriente, que se colocan directamente en la carcasa de la planta de energía.

Tienen devanados secundarios con conductores colocados alrededor del buje de alto voltaje en una carcasa sellada. Los cables de las abrazaderas CT se enrutan a las cajas de terminales conectadas aquí.

Los transformadores de corriente internos de alto voltaje suelen utilizar aceite de transformador especial como aislante. En la foto se muestra un ejemplo de tal diseño para transformadores de corriente de la serie TFZM diseñados para operar a 35 kV.

Hasta 10 kV inclusive, se utilizan materiales dieléctricos sólidos para el aislamiento entre los devanados en la fabricación de la caja.

Un ejemplo de un transformador de corriente TPL-10 utilizado en KRUN, aparamenta cerrada y otros tipos de aparamenta.

Se muestra un ejemplo de conexión del circuito de corriente secundario de uno de los núcleos de protección REL 511 para un interruptor automático de 110 kV con un diagrama simplificado.

Fallas del transformador de corriente y cómo encontrarlas

Un transformador de corriente conectado a una carga puede romper la resistencia eléctrica del aislamiento de los devanados o su conductividad bajo la influencia de sobrecalentamiento térmico, influencias mecánicas accidentales o debido a una mala instalación.

En los equipos operativos, el aislamiento se daña con mayor frecuencia, lo que provoca un cortocircuito de vuelta a vuelta de los devanados (reducción de la potencia transmitida) o la aparición de corrientes de fuga a través de circuitos de cortocircuito creados al azar.

Para identificar los lugares de instalación deficiente del circuito de alimentación, periódicamente se realizan inspecciones del circuito de trabajo con cámaras termográficas.En base a ellos, los defectos de los contactos rotos se eliminan de inmediato y se reduce el sobrecalentamiento del equipo.

La ausencia de cierre de vuelta a vuelta es comprobada por los especialistas de los laboratorios de protección y automatización de relés:

• tomando la característica corriente-voltaje;

• cargar el transformador desde una fuente externa;

• mediciones de los principales parámetros en el esquema de trabajo.

También analizan el valor del coeficiente de transformación.

En todos los trabajos se estima por magnitud la relación entre los vectores de corriente primario y secundario. Sus desviaciones de ángulo no se realizan debido a la falta de dispositivos de medición de fase de alta precisión que se utilizan para verificar transformadores de corriente en laboratorios metrológicos.

Las pruebas de alto voltaje de las propiedades dieléctricas se asignan a los especialistas del laboratorio del servicio de aislamiento.