Transformadores de Instrumentos.
Los aparatos de medida y los relés de protección no pueden soportar, por lo general,
Ni elevadas tensiones ni elevadas corrientes, ya que de lo contrario se encarecería
Sobremanera su construcción. Por otra parte es conveniente evitar la presencia de
Elevadas tensiones en aquellos dispositivos que van a estar al alcance de las
Personas.
Son éstas las principales razones para la utilización de los transformadores de medida
Y protección, a través de los cuales se pueden l levar señales de tensión y corriente,
De un valor proporcional muy inferior al valor nominal, a los dispositivos de medida y
Protección. Se consigue además una separación galvánica, (entre las magnitudes de
Alta y baja tensión), de los elementos pertenecientes a los cuadros de mando, medida
Y protección con las consiguientes ventajas en cuanto a seguridad de las personas y del
Equipamiento.
Como las mediciones y el accionamiento de las protecciones se hallan referidas, en
Última instancia, a la apreciación de tensión y corriente, se dispone de dos tipos
Fundamentales de transformadores de medida y protección:
Transformadores de tensión.
Transformadores de corriente.
Normalmente estos transformadores se construyen con sus secundarios, para corrientes
De 5 ó 1 A y tensiones de 100, 110, 100/ 3, 110/ 3 V.
Los transformadores de corriente se conectan en serie con la línea, mientras que los de
Tensión se conectan en paralelo, entre dos fases o entre fase y neutro. Esto en sí,
Representa un concepto de dualidad entre los transformadores de corriente y los de tensión. A continuación se ven, por separado, las características principales de cada uno de los dos
Tipos de transformadores arriba mencionados. Ambos pueden utilizarse para protección, para
Medición, o bien, para los dos casos simultáneamente siempre y cuando las potencias y clases
De precisión sean adecuadas a la función que desarrollen.
Transformadores de corriente.
Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales de
Operación, es prácticamente proporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente
Desfasada. Desarrollan dos tipos de función: transformar la corriente y aislar los
Instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión.
El primario del transformador, que consta de muy pocas espiras, se conecta en serie con el Circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas
De corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados. Las espiras del arrollamiento primario suelen ser una o varias, las cuales se pueden a su vez
Dividir en dos partes iguales y conectarse en serie o paralelo para cambiar la relación, y
Atraviesan el núcleo magnético, cuya forma suele ser cerrada tipo toroidal o puede tener un
Cierto entrehierro, sobre el cual se arrollan las espiras del secundario de una forma uniforme,
Consiguiendo así reducir al mínimo el flujo de dispersión. Este arrollamiento es el que se
Encarga de alimentar los circuitos de intensidad de uno o varios aparatos de medida
Conectados en serie.
Se puede dar también la existencia de varios arrollamientos secundarios en un mismo
Transformador, cada uno sobre su circuito magnético, uno para medida y otro para protección.
De esta forma no existe influencia de un secundario sobre otro.
Si el aparato tiene varios circuitos magnéticos, se comporta como si fueran varios
Transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieren
Mayor precisión, y los demás se pueden utilizar para protección. Por otro lado, conviene que
Las protecciones diferenciales de cables o transformadores de potencia y de distancia se
Conecten a transformadores de corriente independientes.
Los transformadores de corriente se pueden fabricar para servicio interior o exterior. Los de
Servicio interior son más económicos y se fabrican para tensiones de servicio de hasta 36 kW,
Y con aislamiento en resina sintética. Los de servicio exterior y para tensiones medias se
Fabrican con aislamiento de porcelana y aceite, o con aislamientos a base de resinas que
Soportan las condiciones climatológicas. Para altas tensiones se continúan utilizando aislamientos a base de papel y aceite dentro de un recipiente metálico, con aisladores
Pasa tapas de porcelana. Actualmente se utilizan resinas dentro de un aislador de
Porcelana, o gas SF6 y cubierta de porcelana.
La tensión del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuando menos, igual a
La tensión más elevada del sistema al que va a estar conectado.
Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con relés digitales se
Requieren núcleos que provoquen menores saturaciones que en el caso de los relés de tipo
Electromagnético, ya que las velocidades de respuesta de las protecciones electrónicas son
Mayores.
Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección, mixtos o
Combinados.
Transformador de medición. Los transformadores cuya función es medir, requieren
Reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente. Su precisión debe
Garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal del orden del 10%, hasta un
Exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal.
Transformadores de protección. Los transformadores cuya función es proteger un circuito,
Requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente
Nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario
Requerir treinta veces la corriente nominal.
En el caso de los relés de sobre corriente, sólo importa la relación de transformación, pero en
Otro tipo de relés, como pueden ser los de impedancia, se requiere además de la relación de
Transformación, mantener el error del ángulo de fase dentro de valores predeterminados.
Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se diseñan para una
Combinación de los dos casos anteriores, un circuito con el núcleo de alta precisión para los
Circuitos de medición y uno o dos circuitos más, con sus núcleos adecuados, para los
Circuitos de protección.
Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un
Transformador de corriente y otro de tensión.
Se utilizan en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.
Descripción de los transformadores de corriente.
Los componentes básicos son:
Aislamiento externo: el aislamiento externo consta de una envolvente cerámica con una
Línea de fuga lo suficientemente larga como para que ningún arco pueda contornear bajo
Condiciones de contaminación, como lluvia, niebla, polvo, etc.
Aislamiento interno: puede variar según sus características constructivas. Un caso es aquél
En que las partes activas se moldean en resina de epoxi que las fija, las separa y las aísla,
Existiendo una cámara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de
Resina. Esta cámara se sella herméticamente con juntas de caucho nitrílico y se la rellena
Con aceite aislante o gas SF6.
Existe otro tipo constructivo, indicado para potencias de precisión elevadas y grandes
Intensidades de cortocircuito, en que el aislamiento interno suele ser cartón prespán
Impregnado en aceite para el conjunto de los núcleos, arrollamientos secundarios y la bajante de los conductores que unen los arrollamientos secundarios con sus cajas de
Bornes. Esta bajante lleva incorporada en el interior de su aislamiento una serie de pantallas
Metálicas de forma cilíndrica, estando todo ello envuelto por un tubo metálico en forma
Decreciente, de forma cónica. Este conjunto constituye un capacitor que permite un reparto
Uniforme de tensión a lo largo de toda la aislación interna. El aceite que se utiliza para
Impregnar el cartón es des gasificado y filtrado, y cuando se rellena el transformador se hace
Bajo condiciones de vacío. Los transformadores con aislamiento de cartón impregnado en
Aceite suelen disponer de un depósito de expansión (donde va a parar el aceite sobrante
Cuando éste se calienta) en su extremo superior. Conviene indicar que la parte superior del
Transformador, donde se halla el conjunto del núcleo y arrollamiento secundario, está
Moldeada en resina epoxi, formando una cabeza donde da cabida también al depósito de
Expansión de aceite. Este tipo constructivo de transformador se utiliza para tensiones desde
36 hasta 765 kV.
Núcleo: los transformadores de intensidad, tanto de medida como de protección, se
Construyen con núcleos de chapa magnética de gran permeabilidad. Cabe diferenciar que
Cuando un núcleo va destinado para un transformador de medida se utiliza una chapa de
Rápida saturación, mientras que si va destinado para protección, la chapa a utilizar será de
Saturación débil o lenta. Veamos las siguientes curvas de imantación:
1.- Chapa con alto porcentaje de silicio.
2.- Chapa de aleación ferromagnética a base de níquel (30% al 70%) de gran permeabilidad
Magnética y débil poder de saturación.
3.- Ídem anterior pero con gran poder de saturación.
Las chapas de las curvas 2 y 3 se llaman comercialmente Mu – Metal o Permaloy.
Con esta distinción de núcleos se garantiza, cuando se utiliza una chapa de gran
Permeabilidad y de rápida saturación en los transformadores para medida, una buena
Precisión para corrientes primarias no superiores al 120 % de la corriente primaria nominal,
Mientras que las sobre intensidades y cortocircuitos no se transfieren al secundario gracias a
La rápida saturación de la chapa.
Por otra parte, cuando se elige una chapa de gran permeabilidad y saturación débil para
Transformadores de protección, se garantiza el mantenimiento de la relación de transformación para valores de intensidad primaria varias veces superior a la nominal, con lo
Que en el secundario se pueden obtener valores proporcionales a las corrientes de
Sobrecarga y cortocircuito apto para poder accionar los dispositivos de protección.
Con estos razonamientos en la elección del tipo de chapa para los núcleos se puede
Comprender que se instalen núcleos separados cuando se desea tener en un mismo
Transformador un devanado secundario para medida y otro para protección.
Arrollamiento primario: es de pletina de cobre electrolítico puro, en barra pasante o
Formando varias espiras distribuidas por igual alrededor del núcleo. Existe la posibilidad de
Construir el arrollamiento partido con acceso a los extremos de cada parte para que a
Base de realizar conexiones en serie o paralelo de las partes del arrollamiento, se puedan
Obtener diferentes relaciones de transformación.
Arrollamiento secundario: es de hilo de cobre
Electrolítico puro, esmaltado, uniformemente
Distribuido alrededor del núcleo. Existe la
Posibilidad de cambio de relación de
Transformación por toma secundaria. Es el
Arrollamiento que alimenta los circuitos de
Intensidad de los instrumentos de medida,
Contadores, y relés.
Bornes terminales primarios: pueden ser
De latón, bronce o aluminio, están ampliamente
Dimensionados y son de forma cilíndrica,
Planos o con tornillos.
Bornes terminales secundarios: son de latón
Y se hallan alojados en una caja de bornes de
Baja tensión estanca.
1. Diafragma.2. Domo metálico.
3. Indicador de nivel de aceite.
4. Bornes terminales primarios.
5. Arrollamiento primario.
6. Arrollamiento secundario.
7. Aislamiento de papel aceite.
8. Aceite aislante.
9. Bushing interno.
10. Soportes aislantes.
11. Aislador de porcelana.
12. Conexiones secundarias.
13. Grampas sujeción aislador.
14. Caja de terminales secundarios.
15. Base metálica de fijación.
Transformador de corriente QDR 123 a 245 kV serie Balteau de Alsthom.
1. Caperuza de aluminio o domo.2. Diafragma de goma corrugada.
3. Indicador de nivel de aceite.
4. Descargador.
5. Bornes para cambio relación.
6. Bornes terminales primarios.
7. Bobinado primario.
8. Bobinados secundarios.
9. Aislación de papel aceite.
10. Cabezal de resina sintética.
11. Grampas superiores de fijación.
12. Aislador de porcelana.
13. Aceite aislante.
14. Blindaje de baja tensión.
15. Conexiones secundarias.
16. Grampas inferiores de fijación.
17. Base metálica de fijación al pedestal.
18. Caja de terminales secundarios
Transformador de tensión
Un transformador de tensión es un dispositivo destinado a la alimentación de aparatos de
Medición y /o protección con tensiones proporcionales a las de la red en el punto en el cual está
Conectado. El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el
Secundario se conecta en paralelo con las bobinas de tensión de los diferentes aparatos
De medición y de protección que se requiere energizar. Cada transformador de tensión
Tendrá, por lo tanto, terminales primarios que se conectarán a un par de fases o a una fase y
Tierra, y terminales secundarios a los cuales se conectarán aquellos aparatos.
En estos aparatos la tensión secundaria, dentro de las condiciones normales de
Operación, es prácticamente proporcional a la tensión primaria, aunque ligeramente
Desfasada.
Desarrollan dos funciones: transformar la tensión y aislar los instrumentos de
Protección y medición conectadas a los circuitos de alta tensión.
En esta definición tan amplia quedan involucrados los transformadores de tensión que consisten
En dos arrollamientos realizados sobre un núcleo magnético y los transformadores de tensión
Que contienen un divisor capacitivo. A los primeros los llamaremos en adelante
"Transformadores de Tensión Inductivos" y a los segundos "Transformadores de Tensión
Capacitivos".
Es de hacer notar que estas denominaciones no son de uso universal, pero consideramos que
Son las que mejor se adaptan a la Norma IRAM 2271, que incluye a los dispositivos con divisor
Capacitivo.
Estos transformadores se fabrican para servicio interior o exterior, y al igual que los de
Corriente, se fabrican con aislamientos de resinas sintéticas (epoxi) para tensiones bajas
O medias de hasta 33 kV, mientras que para altas tensiones se utilizan aislamientos de
Papel, aceite, porcelana o con gas SF6.
Generalidades.
Un Transformador de Tensión Inductivo (TT) consiste en un arrollamiento primario y un
Arrollamiento secundario dispuesto sobre un núcleo magnético común.
Como dijimos los terminales del arrollamiento primario se conectan a un par de fases de la red, o
A una fase y a tierra o neutro. Los terminales del arrollamiento secundario se conectan a los
Aparatos de medición y / o protección que constituyen la carga.
En realidad la idea expuesta corresponde a un TT monofásico, que es el modelo más usado en
Todas las tensiones y casi indefectiblemente para tensiones superiores a 33 kV.
La tensión primaria de un TT es elegida de acuerdo a la tensión de la red a la cual está
Destinado. Si se trata de medir la tensión entre fases, la tensión nominal primaria estará en
Correspondencia con la tensión compuesta, pero si se trata de medir tensión entre fase y tierra la
Tensión nominal primaria será 1 / 3 veces la tensión compuesta.
La tensión nominal secundaria de un TT depende del país en él se utilice, pero en le República
Argentina se ha normalizado en 100 V, 110 V, o en 200 V y 220 V para la aplicación en circuitos
Secundarios extensos, para transformadores usados entre fases.
Para transformadores usados entre fase y tierra, las tensiones secundarias nominales son aquellas
Divididas por 1,73.
El tamaño de los TT está fundamentalmente determinado por la tensión del sistema y la aislación
Del arrollamiento primario a menudo excede en volumen al arrollamiento mismo. Un TT debe
Estar aislado para soportar sobretensiones, incluyendo tensiones de impulso.
Si se debe lograr eso con un diseño compacto, la tensión debe estar distribuida uniformemente a través del
Arrollamiento, lo cual requiere una distribución uniforme de la capacidad del arrollamiento o la
Aplicación de apantallado electrostático.
Un TT convencional tiene, en la mayoría de los casos, un solo arrollamiento primario, cuya
Aislación presenta grandes problemas para tensiones superiores a 132 kV. Esos problemas son
Solucionados con los TT en cascada repartiendo la tensión primaria en varias etapas separadas.
En la figura se muestra un corte esquemático de un TT monofásico para redes de 132 kV , de la
Marca Trench.
1 Borne terminal primario 10 Ojales para izase
2 Fuelle metálico de expansión 11 Indicador nivel de aceite
3 Tapón orificio llenado aceite 12 Bushing interior
4 Aislador de porcelana 13 Bobinados secundarios
5 Caja de bornes secundarios 14 Bobinado primario
6 Bornes secundarios 15 Domo de aluminio
7 Válvula drenaje aceite 16 Tanque metálico de Al
8 Terminal de tierra 17 Núcleo magnético
9 Placa de salida cables
En la figura se muestra esquemáticamente la disposición de un TT en
Cascada, que en realidad está constituido por varios transformadores
Individuales cuyos arrollamientos primarios están conectados en serie.
Cada núcleo magnético tiene el arrollamiento primario (P) repartido en
Dos lados opuestos, mientras que el arrollamiento secundario (S)
Consiste en un solo bobinado colocado únicamente en la última etapa.
Los arrollamientos de acoplamiento (C), conectados entre etapas
Proveen los circuitos para la transferencia de Amper - vueltas entre ellas
Y aseguran que la tensión se distribuya igualmente en los distintos
Arrollamientos primarios.
El potencial de los núcleos y de los arrollamientos de acoplamiento es
Fijado a valores predeterminados conectándolos a puntos seleccionados
Del primario. De ese modo, la aislación de cada arrollamiento sólo debe
Ser suficiente para la tensión desarrollada en aquel arrollamiento
La aislación entre etapas se consigue mediante el soporte del conjunto
De los transformadores individuales, el cual debe también ser capaz de
Soportar la plena tensión primaria.
Como se verá más adelante los Transformadores de Tensión
Capacitivos fueron desarrollados debido al alto costo de los
Transformadores de Tensión Inductivos, principalmente para tensiones
Por encima de los 100 kV. Sin embargo la respuesta transitoria de
Aquellos es menos satisfactoria que la de estos últimos.
1 Tapa o domo
2 Borne terminal primario
3 Vinculo interior de alta tensión
4 Anillo equipotencial para atenuar
Efecto corona
5 Núcleos magnéticos y bobinados
6 Aislador porcelana superior
7 Barras aislantes que soportan
Los núcleos
8 Soporte metálico de la unidad
Superior
9 Conexiones de baja tensión
Entre las dos unidades
10 Indicador nivel de aceite
11 Envolvente de aluminio
12 Aislador porcelana inferior
13 Conexiones secundarias
14 Grampas de fijación del aislador
Inferior a la base
15 Caja de bornes secundarios
16 Bornes secundarios
Descripción de los transformadores de tensión.
Los transformadores de tensión no difieren en mucho de los transformadores de potencia
En cuando a elementos constructivos básicos se refiere. Los componentes básicos son los
Siguientes:
Aislamiento externo: El aislamiento externo consta de una envolvente cerámica con una
Línea de fuga lo suficientemente larga para que ningún arco pueda contornear bajo
Condiciones de contaminación, como lluvia, niebla, polvo, etc.
Aislamiento interno: El aislamiento interno suele ser cartón pres pan en seco o
Impregnado en aceite. El aceite que se utiliza es des gasificado y filtrado, y cuando se
Rellena el transformador se hace bajo vacío. Los transformadores con aislamiento de
Cartón impregnado en aceite suelen disponer de un depósito de expansión en su
Extremo superior.
Núcleo: Los transformadores de tensión, tanto de medida como de protección, se
Construyen con núcleos de chapa magnética de gran permeabilidad y de rápida saturación
Que mantienen constante la relación de transformación y la precisión cuando la tensión en el
Arrollamiento primario se mantiene por debajo de 1,2 veces la tensión nominal. La razón del
Uso de estos núcleos se basa en que en un sistema eléctrico la tensión no presenta
Grandes variaciones (caso contrario a la corriente) y no se hace necesaria la utilización de
Núcleos de gran permeabilidad y saturación débil o lenta, los cuales mantienen la relación
De transformación para valores muy superiores a la tensión nominal del primario, además.
El uso de núcleos de saturación débil ocasionaría que ante la presencia de sobretensiones
En el arrollamiento primario, éstas se transferirían al secundario con el consecuente daño al
Equipo conectado al mismo.
Arrollamientos: Son de hilo de cobre electrolítico puro, esmaltado de clase H. Se bobinan
En capas de ejecución anti resonante para la distribución uniforme de las sobretensiones
Transitorias. Las capas de papel intermedias se disponen de modo que las tensiones
Entre espiras no sobrepasen valores controlados.
Bornes terminales primarios: Son de latón o bronce, y de forma cilíndrica.
Bornes terminales secundarios: Son de latón y se hallan alojados en una caja de bornes
De baja tensión estanca.
Parámetros y definiciones de los transformadores de tensión.
Transformador de tensión no puesto a tierra: Es el transformador monofásico cuyo
Arrollamiento primario no se halla conectado entre fase y tierra, sino entre dos fases.
Se emplea en tensiones hasta 36 kV.
Transformador de tensión puesto a tierra: Es el transformador monofásico cuyo
Arrollamiento primario se halla conectado entre fase y tierra.
Arrollamiento primario: Es el arrollamiento al cual se aplica la tensión a transformar.
Arrollamiento secundario: Es el arrollamiento que alimenta los circuitos de tensión
De los instrumentos de medida, contadores y relés.
Circuito secundario: Circuito exterior alimentado por el arrollamiento secundario de
Un transformador de tensión.
Tensión primaria nominal: Es el valor de la tensión que figura en la designación del
Transformador, de acuerdo con la cual se determinan sus condiciones de
Funcionamiento.
Tensión secundaria nominal: Valor de la tensión secundaria que figura en la
Designación del transformador, de acuerdo con la cual se determinan sus condiciones
De funcionamiento. La tensión secundaria nominal para los transformadores
Monofásicos utilizados en redes monofásicas o montados entre fases de redes
Trifásicas, es de 110 V. Para los transformadores monofásicos destinados a ser
Montados entre fase y tierra en las redes trifásicas, en los cuales la tensión primaria
Nominal es la tensión nominal de la red dividida por 3, la tensión secundaria nominal
Es 110 / 3 V con el fin de conservar el valor de relación de transformación nominal.
Relación de transformación real: Es el cociente entre la tensión primaria real y la
Tensión secundaria real.
Relación de transformación nominal: Es el cociente entre la tensión primaria nominal
Y la tensión secundaria nominal.
