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FuncionamientoSi se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, lasvariaciones de intensidad y sentid...
La razón de la transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y elbobinado secundario depende de los números de...
Tipos de Transformadores1.- Según sus aplicacionesa.- Transformador elevador/reductor de voltajeSon empleados por empresas...
utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajandirectamente con la tensión de red. También para ...
Transformador Flayback Modernoi.- Transformador diferencial de variación linealEl transformador diferencial de variación l...
j.- Transformador con diodo divididoEs un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador paraproporcio...
n.- BalunEs muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en noequilibradas y viceversa. La línea se equil...
b.- Transformador con núcleo toroidalEl bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales deferrita, ...
d.- Transformador de núcleo de aireEn aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sinnúcleo o co...
Tanto las mediciones como las condiciones que provocan el accionamiento de losdispositivos de protección están referidas a...
La corriente de carga depende del consumo primario y no del secundario; a suvez, la corriente secundaria es prácticamente ...
Diagrama vectorial del transformador de intensidad.                    I0                              I1        - I2     ...
Las características de funcionamiento del transformador de intensidad son lassiguientes:      1) Corrientes Nominales. Las...
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Los aparatos para instalaciones exteriores son generalmente construidos con  aislamiento porcelana-aceite, aunque la técni...
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Tabla 3         Consumos Propios de los Aparatos Alimentados por                  Transformadores de Corriente       Apara...
El tipo de conexiónHay tres formas en las que normalmente se conectan los secundarios de lostransformadores de corriente, ...
La Corriente Nominal PrimariaSe escoge generalmente el valor normalizado superior a la corriente nominal de lainstalación....
300/5       X1-X3   1200/5     400/5       X4-X5   1500/5     500/5       X3-X4   2000/5     600/5       X2-X4   3000/5   ...
La Corriente Nominal Secundaria El valor normalizado es generalmente 5 Amps.; en ciertos casos, cuando elalambrado del sec...
I Térmica                  15,000L   95    50   30  Esta es la máxima capacidad de        15,000H   110   63   60   corrie...
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Transformadores de Corriente para uso ExteriorTransformadores de Corriente para uso Interior
Transformador de TensiónEl transformador de tensión se utiliza para rebajar ó disminuir las altas tensionesde los sistemas...
El transformador de tensión debe cumplir con las siguientes condiciones:1) Proporcionalidad de la tensión del secundario r...
Contrario al transformador de corriente, en el transformador de tensión, no sedebe cortocircuitar nunca el secundario, ya ...
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Aplicaciones Prácticas de los TransformadoresTanto en materia de electricidad industrial y comercial como en radiotelefoní...
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Transformadores Hebert Gonzalez

  1. 1. TRANSFORMADORESEl fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamientodel transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basafundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa uncircuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólopermanece mientras se produce el cambio de flujo magnético.TransformadorEl transformador es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuirla 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 realespresentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño,tamaño, etc.El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de uncierto nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de laacción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas dematerial conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladasalrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entrelas bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducciónelectromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinasdevanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas odevanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a laentrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existentransformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado"terciario", de menor tensión que el secundario.
  2. 2. FuncionamientoSi se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, lasvariaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campomagnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campomagnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de unafuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario. Representación Esquemática de un TransformadorRelación de TransformaciónLa relación de transformación indica el aumento ó decremento que sufre el valorde la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, porcada voltio de entrada cuántos voltios hay en la salida del transformador.La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanadoprimario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, esdirectamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) ysecundario (Ns) .
  3. 3. La razón de la transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y elbobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Siel número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundariohabrá el triple de tensión.Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es latensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en eldevanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanadosecundario ó corriente de salida.Esta particularidad se utiliza en la red de energía eléctrica para efectuar eltransporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, disminuyendo las pérdidaspor el efecto Joule y minimizando el costo de los conductores.Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que eldel primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, seobtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como loes la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras delprimario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformadoro relación de transformación.Como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformadorideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerzaelectromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en elcaso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, ladel secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
  4. 4. Tipos de Transformadores1.- Según sus aplicacionesa.- Transformador elevador/reductor de voltajeSon empleados por empresas transportadoras de energía eléctrica enlas subestaciones de la red de transporte, con el fin de disminuir las pérdidaspor efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportarla energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducirnuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.b.- Transformadores elevadoresEste tipo de transformadores permiten, como su nombre lo dice elevar la tensiónde salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación detransformación de estos transformadores es menor a uno.c.- Transformadores variablesTambién llamados "Variacs", toman una línea de voltaje fijo (en la entrada) yproveen de voltaje de salida variable ajustable, dentro de dos valores.d.- Transformador de aislamientoProporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de maneraque consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se
  5. 5. utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajandirectamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes desensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allídonde se necesitan tensiones flotantes entre sí.e.- Transformador de alimentaciónPueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensionesnecesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible quecorta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperaturaexcesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases queconlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, demodo que hay que sustituir todo el transformador.f.- Transformador trifásicoTienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptarforma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta (Δ) y las combinacionesentre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.g.- Transformador de pulsosEs un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida(baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además demuy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V.h.- Transformador de línea o FlybackEs un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisorescon TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinasde deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además sueleproporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseeruna respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene lacaracterística de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a susdiferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.
  6. 6. Transformador Flayback Modernoi.- Transformador diferencial de variación linealEl transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés)es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientoslineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremoalrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas sonlos secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objetocuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos ypara la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales ycientíficos. Transformador Diferencial de Variación Lineal (LVDT)
  7. 7. j.- Transformador con diodo divididoEs un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador paraproporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diododividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por elbobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportaruna tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador vadirectamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.k.- Transformador de impedanciaEste tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas detransmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible enlos amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a labaja de los altavoces.Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np,como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así se consigue transformar una impedancia de valor Z en otrade Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que se hace es elevar laimpedancia en un factor n².l.- Estabilizador de tensiónEs un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando latensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones detensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de losequipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído endesuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a suvolumen, peso, precio y baja eficiencia energética.m.- Transformador híbrido o bobina híbridaEs un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación enlos teléfonos, tarjetas de red, etc.
  8. 8. n.- BalunEs muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en noequilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la tomaintermedia del secundario del transformador.o.- Transformador electrónicoEstá compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corrienteeléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducirdrásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos máscomplejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar lavariación en la entrada, llamados fuente conmutada.p.- Transformador de frecuencia variableSon pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda deaudiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento encircuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.q.- Transformadores de medidaEntre los transformadores con fines especiales, los más importantes son lostransformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relésprotectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Lostransformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendouna mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.2.- Según su construccióna.- AutotransformadorEl primario y el secundario del transformador están conectados en serie,constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que untransformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V yviceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de noproporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.
  9. 9. b.- Transformador con núcleo toroidalEl bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales deferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos,pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersiónmuy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault. Transformador con Núcleo Toroidalc.- Transformador de grano orientadoEl núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrolladasobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierrodulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. Lachapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada entransformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas. Transformador de Grano Orientado
  10. 10. d.- Transformador de núcleo de aireEn aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sinnúcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en elcarrete, para ajustar su inductancia.e.- Transformador de núcleo envolventeEstán provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como unaconcha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.f.- Transformador piezoeléctricoPara ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que noestán basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario yel secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en uncristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien afrecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentarlos fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles. Transformadores de MedidaSon transformadores que transmiten una señal de información a instrumentos demedición, medidores y dispositivos de protección o control. El término“transformador de medida” incluye tanto a los transformadores de intensidadcomo a los transformadores de tensión. Está destinado a alimentar instrumentosde medida (indicadores, registradores, integradores) relés o aparatos análogos.Los aparatos de medida y los relés de protección, utilizados en las instalacioneseléctricas, no se construyen para soportar altas tensiones ni elevadas corrientes.Además, estos aparatos deben estar aislados de las altas tensiones para preveniraccidentes fatales en el personal de servicio. Por estas razones los aparatos demedición y de protección se conectan a las instalaciones a través de lostransformadores de medida.
  11. 11. Tanto las mediciones como las condiciones que provocan el accionamiento de losdispositivos de protección están referidas a la apreciación de corrientes y, detensiones, por lo que los transformadores de medida se dividen en dos tipos oclases:a) Transformadores de intensidad o corrienteb) Transformadores de tensión ó voltaje. Transformador de IntensidadEl transformador de intensidad o corriente está constituido por un primario cuyodevanado tiene un número de espiras muy reducido y se conecta en serie con lalínea; y un secundario cuyo devanado está constituido por numerosas espiras yque se conecta al correspondiente circuito de uso ó carga.Sus funciones principales son:a.- Medir altas intensidades de corriente con instrumentos de bajo alcanceb.- Separar eléctricamente el circuito a medir, de los instrumentos de medición A N2 B N1 TI Z
  12. 12. La corriente de carga depende del consumo primario y no del secundario; a suvez, la corriente secundaria es prácticamente independiente de los aparatos queconstituyen la carga secundaria y está en relación constante inversa del númerode espiras, con la corriente que circula por el devanado primario, a la cual tiende aneutralizar magnéticamente. Si se altera la impedancia del circuito secundario,varía la tensión entre las bordes de salida del transformador y proporcionalmente(en relación con el número de espiras), también la caída de tensión entre losbordes del primario. Por lo tanto, la relación fundamental de un transformador de intensidad es: I1 N1 N2 TI I2 I2 N1 Z M Const. I1 N2 Es decir, N1I1 = N2I2Para lo cual, como se observa en el siguiente diagrama vectorial, la corriente devacío I0 tendría que ser nula. Por otra parte, la corriente de vacío depende de lafuerza electromotriz inducida en los devanados, es decir, de la impedancia delcircuito secundario, cuando se anula esta impedancia (secundario cortocircuitado).Se anula también la corriente de vacío. Esta condición ideal no se cumple nuncaen la práctica debido, por una parte, a que la impedancia secundaria nunca puedeanularse totalmente, y por otra parte, a que el circuito magnético siempre existenpérdidas, a pesar de la construcción sin entrehierros ni uniones y a que el materialmagnético trabaja a muy bajas inducciones.
  13. 13. Diagrama vectorial del transformador de intensidad. I0 I1 - I2 i I0 I2 Ángulo de pérdida iDe esta forma la fuerza magnetomotriz de excitación solo alcanza valores de 1 a2% de la fuerza magnetomotriz total del primario o secundario.En un transformador de intensidad, a diferencia de los demás tipos detransformadores, el secundario ha de estar permanente cortocircuitado. Si seinterrumpe el circuito secundario es como si se suprimiera la fuerza magnetomotrizsecundaria N2I2; en este caso, la fuerza magnetomotriz de excitación se hace iguala N1I1 ya que la corriente primaria no varía ya que depende de la carga primaria.Por lo tanto, la fuerza magnetomotriz de excitación crece considerablemente, conlo que se eleva también peligrosamente la fuerza electromotriz inducida en elsecundario y por consiguiente la tensión entre los bornes de este mismosecundario. El aumento de inducción provoca un calentamiento inadmisible en elmaterial que constituye el circuito magnético y el aumento de la tensión entre losbornes del secundario puede provocar la perforación de los aislamientos yconstituye un grave peligro para el personal de servicio.
  14. 14. Las características de funcionamiento del transformador de intensidad son lassiguientes: 1) Corrientes Nominales. Las corrientes nominales primarias están normalizadas entre 5 amp y 600 amps. La corriente nominal secundaria puede ser 5 amp (más usual) ó 1 amp. 2) Capacidad de Sobrecarga. Los TI destinados a los sistemas eléctricos que pueden estar sometidos a eventuales cortocircuitos, han de poder soportar los efectos debido a excesivas temperaturas y a los esfuerzos electrodinámicos por sobre intensidades y sobre tensiones de la red. 3) Precisión. En un transformador de intensidad, la precisión está caracterizada por dos factores: a) por el error de relación de transformación E1 expresado en tanto por ciento: M I2 E1 100 1 I1 Donde M – Relación de transformación. 4) Potencia Nominal. Llamada también potencia de precisión (VA) es la potencia aparente con que se puede cargar un transformador de intensidad sin que la precisión sobrepase su valor límite. En el transformador de intensidad la carga efectiva está constituida por el consumo de las bobinas amperimétricas de los aparatos conectados (amperímetros, contadores, etc.) y del consumo de los conductores que unen estos aparatos con los transformadores de intensidad.
  15. 15. Conexiones Individuales (Sistema Trifásico) Z Z Z A A ADefinicionesa) 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.
  16. 16. 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.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 esta a plena carga, se dice que el transformador esta bien seleccionado. No se recomienda sobre dimensionar los TCs porque el error es mayor para cargas bajas.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 TCs hechos para resistir grandes valores de corrientes de corto circuito, disminuye considerablementeg) 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. 17. Bases Generales para el Diseño y Selección de los Transformadores deCorrienteLa función de los transformadores de corriente es la reducir a valores normales yno peligrosos, las características de corriente en un sistema eléctrico, con el fin depermitir el empleo de aparatos de medición normalizados, por consiguiente máseconómicos y que pueden manipularse sin peligro.Un transformador de corriente es un transformador de medición, donde la corrientesecundaria es, dentro de las condiciones normales de operación, prácticamenteproporcional a la corriente primaria, y desfasada de ella un ángulo cercano a cero,para un sentido apropiado de conexiones.El primario de dicho transformador está conectado en serie con el circuito que sedesea controlar, en tanto que el secundario está conectado a los circuitos decorriente de uno o varios aparatos de medición, relevadores o aparatos análogos,conectados en serie.Un transformador de corriente puede tener uno o varios devanados secundariosembobinados sobre uno o varios circuitos magnéticos separados.Los factores que determinan la selección de los transformadores de corriente son: 1. El tipo de Transformador de Corriente. 2. El tipo de instalación. 3. El tipo de aislamiento. 4. La potencia nominal. 5. La clase de precisión. 6. El tipo de conexión. 7. La Corriente Nominal Primaria. 8. La Corriente Nominal Secundaria.Tipo de Transformador de CorrienteExisten tres tipos de TC según su construcción:a) Tipo devanado primario. Este como su nombre lo indica tiene más de una vuelta en el primario. Los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado. Esta construcción permite mayor precisión para bajas relaciones.
  18. 18. b) Tipo Barra. Los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado. El devanado primario, consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un núcleo.c) Tipo Boquilla (Ventana o Bushing). El devanado secundario está completamente aislado y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado. El conductor primario pasa a través del núcleo y actúa como devanado primario.Tipo de InstalaciónLos aparatos pueden ser construidos para ser usados en instalaciones interiores oexteriores. Generalmente, por razones de economía, las instalaciones de baja ymedia tensión, hasta 25 KV., son diseñadas para servicio interior. Lasinstalaciones de tipo exteriores son de tensiones desde 34.5 KV a 400 KV., salvoen los casos donde, por condiciones particulares se hacen instalaciones interiorespara tensiones hasta 230 KV. Es conveniente examinar además, el tipo de TC quese pueda instalar, dependiendo de las facilidades de mantenimiento.Tipo de AislamientoLos materiales que se utilizan. Para el aislamiento dependen del voltaje delsistema al que se va a conectar, la tensión nominal de aislamiento debe ser almenos igual a la tensión más elevada del sistema en que se utilice. Los tipos deaislamiento se dividen en tres clases:a) Material para baja tensión. Generalmente los TCs son construidos con aislamiento en aire o resina sintética, suponiéndose que lo común son las instalaciones interiores.b) Material de media tensión. Los transformadores para instalaciones interiores (tensión de 3 a 25 KV) son construidos con aislamiento de aceite con envolvente de porcelana (diseño antiguo), o con resina sintética (diseño moderno). Hay que hacer notar que la mayoría de los diseños actuales emplean el material seco, los aparatos con aislamiento en aceite o masa aislante (compound) se utilizan muy poco y sólo para instalaciones existentes.
  19. 19. Los aparatos para instalaciones exteriores son generalmente construidos con aislamiento porcelana-aceite, aunque la técnica mas moderna está realizando ya aislamientos en seco para este tipo de transformadores.c) Materiales para alta tensión. Los transformadores para alta tensión son aislados con papel dieléctrico, impregnados con aceite y colocados en una envolvente de porcelana. Es importante definir la altitud de la instalación sobre el nivel del mar, ya que las propiedades dieléctricas de los materiales y del aire disminuyen con la altitud. Normalmente todos los equipos se diseñan para trabajar hasta 1000 Mts sobre el nivel del mar, si la altitud es mayor el nivel de aislamiento debe ser mayor.Potencia Nominal. La potencia nominal que se debe seleccionar para lostransformadores de medición, está en función de la utilización a que se destina elaparato.Para escoger la potencia nominal de un transformador de corriente, se hace lasuma de las potencias nominales de todos los aparatos conectados al secundario.Se debe tener en cuenta por otro lado, la impedancia de las líneas, si lasdistancias entre los transformadores y los instrumentos de medición, sonimportantes. Se escoge la potencia normal inmediata superior a la suma de laspotencias. Los valores normales de las potencias de precisión y de sus factores depotencia, según ANSI, están dados en la Tabla 1.
  20. 20. Tabla 1 Cargas Normalizadas para Transformadores de Corriente Según Normas ANSI C.57.13 Corriente Secundaria de 5 Amps. Designa Resiste Inductanc Impedan Volt- Factor de ción de ncia ia cia Amperes Potencia Carga ohms mHenrys ohms a5 Amps. Cargas de Medición B-0.1 0.09 0.116 0.1 2.5 0.9 B-0.2 0.18 0.232 0.2 5.0 0.9 B-0.5 0.45 0.580 0.5 12.5 0.9 B-0.9 0.81 1.04 0.9 22.5 0.9 B-1.8 1.62 208 1.8 45.0 0.9 Cargas de Protección B-1 0.5 2.3 1.0 25 0.5 B-2 1.0 4.6 2.0 50 0.5 B-4 2.0 9.2 4.0 100 0.5 B-8 4.0 18.4 8.0 200 0.5Clases de PrecisiónLas clases de precisión normales para los transformadores de corriente son: 0.10,0.02, 0.30, 0.50, 0.60, 1.20, 3.00 y 5.00 de acuerdo con las normas ANSI perodepende de las normas usadas. En las Tablas 2 y 3 se tienen las diferentesclases de precisión de los instrumentos normalmente conectados y las potenciascomunes de sus bobinados.
  21. 21. Tabla 2 Clase Utilización 0.10 Calibración.0.20-0.30 Mediciones en Laboratorios, Alimentación de Integradores para Sistemas de Potencia.0.50-0.60 Instrumentos de Medición e Integradores. Watthorímetros para Facturación1.20-3.00 Ampermetros de Tableros. Ampérmetros de Registradores. Wattmetros de Tableros. Watthorímetros Indicadores. Fasómetros Indicadores. Fasómetros Registradores Fercuencímetros de Tableros. Protecciones Diferenciales. Relevadores de Impedancia. Relevadores de Distancia, etc. 5.00 Relevadores de Protección en general.
  22. 22. Tabla 3 Consumos Propios de los Aparatos Alimentados por Transformadores de Corriente Aparatos Modelo Consumo Aproximado en VA para intensidad nominal. Wattmetros de Tablero A Inducción 1.5-3.0 Electrodinámico 4.0-5.0Wattmetros Registradores A Inducción 1.5-2.0 Electrodinámico 6.0-8.0 Wattmetros Portátiles Electrodinámico 1.0-4.0 Wattmetros de 1.5-3.0 Laboratorio Medidores de Desfase 6.0-16 Fasómetros 10-18 Watthorímetros 0.5-1.5 Relevadores De corriente máxima 3.0-10 con atraso independiente Especiales de 15-25 corriente máxima con atraso independiente De máxima instantánea 1.0-10 Direccional 1.5-10 Relevadores Diferencial 1.6-10 compensado 3.0-12 Diferencial 0.5-2.0 A mínima impedancia 6.0-20 De distancia Reguladores Según Modelo 10-150
  23. 23. El tipo de conexiónHay tres formas en las que normalmente se conectan los secundarios de lostransformadores de corriente, en circuitos trifásicos: 1) en estrella; 2) en deltaabierta o V y 3) en delta.1) Conexión en estrella: En esta conexión se colocan tres transformadores de corriente, uno en cada fase, con relevadores de fase en dos o tres de las fases para detectar fallas de fase. En sistemas aterrizados, un relevador conectado en el común de los tres TCs detecta cualquier falla a tierra o por el neutro. En sistemas no aterrizados conectados de la misma forma puede detectar fallas a tierra múltiples de diferentes alimentadores. Las corrientes en el secundario están en fase con las del primario.2) Conexión en delta abierta: Esta conexión es básicamente la misma que la conexión en delta pero con una pierna faltante, usando solo dos TCs. Con esta conexión se puede lograr una protección contra falla entre fases, en las tres fases, pero solo ofrece protección de fallas a tierra para las fases en que se tiene TC y si el ajuste del relevador esta por debajo de la magnitud de la falla. En esta conexión las corrientes del secundario están en fase con las del primario. Ya que, con esta conexión no es posible detectar las fallas de secuencia cero, rara vez se usa como única protección del circuito. Frecuentemente se acompaña con un TC de secuencia cero tipo dona. Este TC de secuencia cero se puede aplicar en sistemas aterrizados o flotados, y como estos transformadores y sus relevadores asociados no son sensibles a las corrientes de fase, estos pueden ser de relativa baja capacidad, por lo mismo pueden ser muy sensibles a fallas a tierra.3) Conexión en delta: Esta configuración utiliza tres transformadores de corriente, pero a diferencia de la conexión en estrella, los secundarios de interconectan antes de conectarlos a los relevadores. Este tipo de conexión se utiliza para la protección diferencial de transformadores de potencia. La conexión en delta de los TCs se utiliza en el lado del transformador de potencia conectado en estrella, y la conexión en estrella de los TCs se usa en el lado del transformador conectado en delta.
  24. 24. La Corriente Nominal PrimariaSe escoge generalmente el valor normalizado superior a la corriente nominal de lainstalación. La corriente nominal se calcula con la siguiente fórmulaIn = Potencia Aparente Trifásica / (1.73* Voltaje de Línea)En ciertos TCs se cuenta con doble o triple relación primaria, ya sea por medio deconexión serie-paralelo, o por medio de tomas en los bobinados secundarios. Enla Tabla 4 se tiene las relaciones normales de diferentes tipos de TCs. Tabla 4 Capacidad de Transformadores de Capacidad de Transformadores de Corriente Corriente de Relación Múltiple Diferentes a los de Relación Múltiple Tipo Boquilla Tipo BoquillaCapacidad de Derivaciones en Relación Relación Doble Doble Relación con Corriente el Secundario Sencilla con Bobinados Derivaciones en el Serie-Paralelo Secundario Amps. Amps. Amps. Amps.600/5 50/5 X2-X3 10/5 25 X 50/5 25/50/5 100/5 X1-X2 15/5 50 X 100/5 50/100/5 150/5 X1-X3 25/5 100 X 200/5 100/200/5 200/5 X4-X5 40/5 200 X 400/5 200/400/5 250/5 X3-X4 50/5 400 X 800/5 300/600/5 300/5 X2-X4 75/5 600 X 1200/5 400/800/5 400/5 X1-X4 100/5 1000 X 2000/5 600/1200/5 450/5 X3-X5 200/5 2000 X 4000/5 1000/2000/5 500/5 X2-X5 300/5 1500/3000/5 600/5 X1-X5 400/5 2000/4000/51200/5 100/5 X2-X3 600/5 200/5 X1-X2 800/5
  25. 25. 300/5 X1-X3 1200/5 400/5 X4-X5 1500/5 500/5 X3-X4 2000/5 600/5 X2-X4 3000/5 800/5 X1-X4 4000/5 900/5 X3-X5 5000/5 1000/5 X2-X5 6000/5 1200/5 X1-X5 8000/52000/5 300/5 X3-X4 12000/5 400/5 X1-X2 500/5 X4-X5 800/5 X2-X3 1100/5 X2-X4 1200/5 X1-X3 1500/5 X1-X4 1600/5 X2-X5 2000/5 X1-X53000/5 1500/5 X2-X3 2000/5 X2-X4 3000/5 X1-X44000/5 2000/5 X1-X2 3000/5 X1-X3 4000/5 X1-X45000/5 3000/5 X1-X2 4000/5 X1-X3 5000/5 X1-X4
  26. 26. La Corriente Nominal Secundaria El valor normalizado es generalmente 5 Amps.; en ciertos casos, cuando elalambrado del secundario puede representar una carga importante, se puedeseleccionar el valor de 1 Amp.Parámetros Principales en la Definición de un Transformador de CorrienteA continuación se presentan los parámetros necesarios para la especificacióncompleta de un transformador de corriente, una descripción del parámetro y lasposibles opciones de selección. Descripción Vn BIL ITérmic IDinámi a ca Opción Opción para para Opción Opción Selecci Selecci para para ón ón Selecci Selecci ón ónVn Voltaje Nominal de Aislamiento Volts KVolts KAmps. KAmps. Debe ser cuando menos igual a la 600 10 3 4 tensión más elevada del sistema en que se utilice.R Relación de Corriente 1,200 30 6 8 Ver Tabla G.4 2,500 45 10 12BI Nivel básico de aislamiento al 5,000 60 20 15L impulso Este parámetro es un nivel de 8,700 75 25 24 aislamiento de voltaje de referencia expresado como el voltaje de cresta de una forma impulso estandarte no mayor de 1½ x 40 µseg.
  27. 27. I Térmica 15,000L 95 50 30 Esta es la máxima capacidad de 15,000H 110 63 60 corriente simétrica RMS que eltransformador puede soportar por 1seg., con el secundario en corto, sin sobrepasar la temperaturaespecificada en sus devanados. En la práctica esta se calcula como:I Térmica (KA) = Potencia de Corto Circuito (MVA)/ (1.73* Tensión (KV))Nota: Como la potencia de precisión varía sensiblemente con el cuadrado del número de Ampere- Vueltas primario, para un circuitomagnético dado, la precisión de los TCs hechos para resistir grandes valores de corrientes de corto circuito, disminuye considerablemente. I Dinámica 25,000 150 78 120 Esta es la máxima corriente RMS 34,500 200 90asimétrica en el primario que el TCpuede 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
  28. 28. 46,000 250 69,000 350 92,000 450 115,000 550 138,000 650 161,000 750 196,000 900 230,000 1,050 287,000 1,300 Descripción Opción para Selección Clase de Precisión Las clases de precisión normales para lostransformadores de corriente son: 0.10, 0.20,0.30, 0.50, 0.60, 1.20, 3.00 y 5.00 de acuerdo con las normas ANSI pero depende de las normas usadas. En las Tablas 2 y 3 se tienen las diferentes clases de precisión de los instrumentos normalmente conectados y las potencias comunes de sus bobinados. Potencia Nominal
  29. 29. Para escoger la potencia nominal de un transformador de corriente, se hace la suma de las potencias nominales de todos los aparatos conectados alsecundario. Se debe tener en cuenta por otro lado, la impedancia de las líneas, si las distancias entre los transformadores y los instrumentos de medición, sonimportantes. Se escoge la potencia normal inmediata superior a la suma de las potencias. Los valores normales de las potencias de precisión y de sus factores de potencia, según ANSI, están dados en la Tabla 1. Tipo de Transformador de Corriente Tipo devanado primario. Tipo Barra. Tipo Boquilla (Ventana o Bushing). Tipo de Aislamiento Resina Sintética Aceite con Envolvente de Porcelana Papel Dieléctrico, Impregnados con Aceite y colocados en una Envolvente de Porcelana.
  30. 30. Transformadores de Corriente para uso ExteriorTransformadores de Corriente para uso Interior
  31. 31. Transformador de TensiónEl transformador de tensión se utiliza para rebajar ó disminuir las altas tensionesde los sistemas eléctricos, con fines de medida ó para alimentar bobinas de voltajede roles a tensiones más bajas. La tensión nominal secundaria puede ser de 69,105, 115, 120V y 208V.A diferencia de los transformadores de corriente, en la construcción de lostransformadores de tensión (TT) no se presentan las dificultades de sobre tensiónen caso de cortocircuito. Los transformadores de tensión se construyen parasoportar hasta un 20% sobre su valor nominal. Conexión de un Transformador de TensiónUno de los bornes ó terminales del secundario se conecta a tierra para prevenir elriesgo de contacto accidental entre la alta tensión del primario con la baja tensióndel secundario. A B TT Z
  32. 32. El transformador de tensión debe cumplir con las siguientes condiciones:1) Proporcionalidad de la tensión del secundario respecto a la tensión del primario, para todo el campo de medida. Para esto es preciso que las caídas de tensión por resistencia en el primario y secundario sean despreciables, lo que a su vez presupone: a) Que los flujos de dispersión sean muy pequeños. b) Que la corriente secundaria I2 sea muy pequeña, es decir que la potencia nominal sea muy inferior a la potencia límite de calentamiento equivalente a la potencia nominal de un transformador de potencia. c) Que la corriente de vacío I0 sea muy pequeña, mediante un circuito magnético muy bien diseñado.2) La oposición de los vectores representativos de la tensión primaría U 1, y de la tensión secundaria U2 lo que solo será posible si la corriente de vacío I0 fuera nula, ya que entonces sería nula también la caída de tensión I0R, en los conductores, en vacío. Como esto no es posible, en la práctica, entre las tensiones primaria U1 y secundaria U2, hay siempre un pequeño ángulo de desfase Δ1 que caracteriza la precisión del transformador de tensión. La relación de transformación de un transformador de tensión es: V1 N1 Const K V2 N2 V1 N 2 V2 N1
  33. 33. Contrario al transformador de corriente, en el transformador de tensión, no sedebe cortocircuitar nunca el secundario, ya que, las corrientes de cortocircuito enambos devanados serían muy superiores a las corrientes nominales, provocandoel sobrecalentamiento de éstos. Las características más importantes del transformador de corriente, son: 1. Tensión Nominal: Los valores de las tensiones nominales primaria U1 y secundaria U2, son los valores que sirven para fijar la precisión del aparato. 2. Capacidad de Sobrecarga: Los transformadores de tensión pueden sobrecargarse un 10% permanentemente sobre la tensión nominal y un 20% por corto tiempo. Para proteger la red contra cortocircuito se instalan fusibles en las partes de AT y BT. 3. Tensión Nominal de Aislamiento: Es el valor de la tensión por la cual se determinan las tensiones de prueba dieléctrica del devanado primario. Los valores de las tensiones nominales de aislamiento están normalizadas entre 0.5 KV y 765KV. 4. Precisión: En un transformador de tensión la precisión depende esencialmente de dos factores: (a) Error de Relación de Transformación expresado en %. K nV2 ET 100 1 V1 Donde Kn → Relación de Transformación Nominal V1n Kn V2 n
  34. 34. (b) Por el ángulo de pérdidas t con la tensión secundaria reducida al primario, y así siempre la tensión secundaria U2 está retrasada respecto de la tensión primaria U1 y, entonces se dice que el desfase es positivo. 5. Potencia Nominal o Potencia de Precisión (en Volt – Ampere): Es la potencia aparente que el transformador de tensión puede suministrar en el circuito secundario bajo su tensión nominal, sin que los errores sobrepasen valores de referencia. Representación en un Circuito Trifásico1. Conexión Trifásica de Transformadores de Tensión sin Neutro. A B C TT V V V2. Conexión Trifásica de Transformadores de Tensión con Neutro.
  35. 35. ABCN TT V V V Transformadores de Tensión para uso Interior
  36. 36. Aplicaciones Prácticas de los TransformadoresTanto en materia de electricidad industrial y comercial como en radiotelefonía,telefonía, televisión y electrónica en general, encuentra el transformador un amplíocampo de utilización. Puede decirse que es en elemento indispensable,especialmente en todo lo referente a corrientes alternas de baja y alta frecuencia.Un caso significativo es el de los sistemas de potencia, en los que hace posibleque la generación, transporte y consumo de la energía eléctrica se realicen a lastensiones más rentables en cada caso. El transporte resulta más económicocuanto más alta sea la tensión, ya que la corriente y la sección de los conductoresson menores (intensidades pequeñas provocan menores pérdidas por efectoJoule).

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