Transformador de corriente: construcci贸n, fasores y errores

<p style=”text-align: justify;”>El transformador de corriente es un transformador de instrumentos que reduce el valor alto de corriente a un valor bajo de corriente adecuado para dispositivos de medici贸n. Es ampliamente utilizado en el sistema de potencia para fines de medici贸n y protecci贸n. No podemos pensar en la generaci贸n, transmisi贸n o distribuci贸n de energ铆a sin usar Transformador de corriente.

Índice de contenidos

Construcci贸n de Transformador de Corriente (CT):

Hay dos devanados en un transformador de corriente que est谩n enrollados alrededor de un n煤cleo magn茅tico. El devanado que tiene menos vueltas se llama devanado primario y el devanado que tiene m谩s vueltas se llama devanado secundario. El devanado primario est谩 conectado en serie con el circuito primario, es decir, el circuito en el que se medir谩 la corriente. Como el n煤mero de vueltas en el devanado primario es muy inferior, no hay una cantidad apreciable de ca铆da de voltaje en este devanado.

El devanado secundario est谩 conectado con un amper铆metro/vat铆metro/bobina de rel茅 de protecci贸n. Dado que la impedancia del rel茅 de protecci贸n/medici贸n es muy inferior, podemos decir que un TC funciona en condiciones de cortocircuito.

Seg煤n la construcci贸n, hay dos tipos de transformadores de corriente. Uno es Live Tank CT y otro es Dead Tank CT. En ambos tipos, el n煤cleo y los devanados est谩n encerrados en una estructura de porcelana. Esta estructura est谩 llena de aceite que proporciona el enfriamiento necesario tanto para el n煤cleo como para el devanado. El papel kraft proporciona aislamiento entre el n煤cleo y el devanado. En la figura a continuaci贸n, los tres equipos en el frente son CT de tanque vivo.

S铆mbolo del transformador de corriente:

Un transformador de corriente se muestra a continuaci贸n.

S铆mbolo del transformador de corriente

En la figura anterior, CT se define por su terminal P1 y P2 y la relaci贸n 100/1. El circuito primario en el que est谩 conectado CT se muestra con una corriente de 200 A. La corriente secundaria de CT ser谩 200 / 100 = 2 A.

Par谩metros del transformador de corriente:

Un transformador de corriente se define por su relaci贸n de giro actual, clase de precisi贸n, factor l铆mite de precisi贸n y Factor de seguridad del instrumento (ISF) etc. La clase de precisi贸n est谩 determinada por el error de 谩ngulo de fase y el error de relaci贸n. En este post hablaremos de los conceptos b谩sicos. Antes de continuar con la discusi贸n, es mejor comprender algunos de los par谩metros b谩sicos pero importantes. Son los siguientes:

  • La relaci贸n de giro se define como la relaci贸n entre el n煤mero de vueltas del devanado secundario y el n煤mero de vueltas del devanado primario. A menudo se denota por n y se da como

n = N煤mero de vueltas del devanado secundario / N煤mero de vueltas del devanado primario

  • La relaci贸n de transformaci贸n se define como la relaci贸n entre la corriente del devanado primario y la corriente del devanado secundario. Se denota por R y se da como

R = corriente de devanado primario / corriente de devanado secundario

Podr铆as pensar que n & R deber铆an ser iguales. Si, correcto pero este es el caso ideal pero no hay nada ideal. Siempre hay algunas p茅rdidas asociadas en un TC y, por lo tanto, la relaci贸n de giro y la relaci贸n de transformaci贸n no son iguales. Esto dio lugar a un error de relaci贸n. Lo discutiremos m谩s adelante en este post.

  • Carga se define como el voltamperio (VA) de la carga conectada a trav茅s de los terminales para el devanado secundario de CT.

Circuito equivalente del transformador de corriente:

El circuito equivalente y el diagrama fasorial del transformador de corriente se muestran en la siguiente figura.

Circuito equivalente del transformador de corriente

Donde

n = relaci贸n de giro

rs = resistencia del devanado secundario

xs = reactancia del devanado secundario

re = resistencia de la carga conectada al secundario

xe = reactancia si la carga est谩 conectada al secundario

Ep = fem inducida en el primario del TC

Es = Tensi贸n inducida en el secundario del TC

Np = Espiras del devanado primario del TC

Ns = espiras del devanado secundario del TC

Ip = corriente del devanado primario del TC

Is = corriente del devanado secundario del TC

脴 = flujo en el n煤cleo del TC

傻 = 谩ngulo de fase de CT

I0 = Corriente de excitaci贸n del TC

Im = Corriente de magnetizaci贸n de CT

Diagrama fasorial del transformador de corriente:

diagrama fasorial del transformador de corriente

Observe cuidadosamente que el circuito equivalente y el diagrama fasorial son los mismos que los del transformador de potencia. El diagrama fasorial se dibuja asumiendo que la carga conectada tiene un factor de potencia retrasado. Como CT est谩 conectado en serie con el circuito primario cuya corriente se va a medir, esto significa que la corriente primaria Ip de CT no depende de la carga secundaria, sino que est谩 determinada por la corriente del circuito primario.

A partir del fasor anterior, calcularemos la relaci贸n de transformaci贸n y el 谩ngulo de fase de CT.

Relaci贸n de transformaci贸n:

Para encontrar la relaci贸n de transformaci贸n, necesitamos calcular la corriente primaria Ip seg煤n la definici贸n y luego dividirla por la corriente secundaria Is. Consideremos la parte del fasor de nuestra importancia para calcular Ip como se muestra a continuaci贸n.

Relaci贸n y error de 谩ngulo de fase del transformador de corriente

A partir del fasor anterior, se puede observar f谩cilmente que la corriente primaria Ip es la suma fasorial de nIs e I0. El 谩ngulo entre y es (90-伪-未). (驴C贸mo?)

Esto se debe a que I0 y ac son l铆neas paralelas y una tercera l铆nea oa corta esta l铆nea paralela. Por lo tanto, los 谩ngulos correspondientes ser谩n iguales.

Por lo tanto, la corriente primaria Ip se puede calcular utilizando la f贸rmula de suma de vectores.

IP = [(nIs)2+(I0)2+2nIsI0Cos(90-伪-未)]1/2

= [(nIs)2+(I0)2+2nIsI0Sin(伪+未)]1/2

Por eso,

Relaci贸n de transformaci贸n,

R = IP/Is

= [(nIs)2+(I0)2+2nIsI0Sin(伪+未)]1/2 / es

Dado que la corriente de magnetizaci贸n I0 es muy peque帽a en comparaci贸n con la corriente primaria Ip, por lo tanto, para la aproximaci贸n, podemos proceder de la siguiente manera,

R = [(nIs)2+(I0)2+2nIsI0Sin(伪+未)]1/2 / es

= [(nIs)2+(I0 Sin(伪+未))2+2nIsI0Sin(伪+未)]1/2 / es

= [{nIs+ I0 Sin(伪+未)}2]1/2 / es

= [nIs+ I0 Sin(伪+未)] / Es

= n + (I0/ Es)Sen(伪+未)

Por lo tanto.

Relaci贸n de transformaci贸n R = n + (I0/ Is)Sin(伪+未)

Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos de la expresi贸n anterior:

  1. La relaci贸n de transformaci贸n no es igual a la relaci贸n de giro del TC.
  2. La relaci贸n de transformaci贸n depende de la corriente de excitaci贸n y el 谩ngulo de excitaci贸n.
  3. Para que la relaci贸n de transformaci贸n sea igual a la relaci贸n de giro, 伪 = 未 =0. Esto significa que no debe haber ninguna p茅rdida en el n煤cleo del transformador de corriente y la carga debe ser puramente resistiva.

脕ngulo de fase del transformador de corriente:

脕ngulo de fase de la corriente transformador es el 谩ngulo entre la corriente primaria Ip y la corriente secundaria Is cuando se invierte. En el diagrama fasorial anterior, 胃 es el 谩ngulo de fase.

Relaci贸n y error de 谩ngulo de fase del transformador de corriente

En el fasor anterior, considere el tri谩ngulo rect谩ngulo obc

tan胃 = bc/ob

= I0Sen(90-伪-未) / (oa+ab)

= I0Cos(伪+未) / [nIs+I0Sin(伪+未)]

Dado que 胃 es muy peque帽o, tan胃 ser谩 aproximadamente igual a 胃. Por lo tanto podemos escribir,

螛 = I0Cos(伪+未) / [nIs+I0Sin(伪+未)]

Adem谩s, I0 es muy, muy peque帽o, por lo tanto I0Sin(伪+未)<<<

螛 = I0Cos(伪+未) / nIs

= [I0Cos伪Cos未 鈥 I0Sin伪Sin未] / nEs

Del fasor, Im = I0Cos伪 e Ie = I0Sin伪, por lo tanto

螛 = [ImCos未 鈥 IeSin未] / nIs Radian

= (180/蟺) [ImCos未 鈥 IeSin未] / nIs grado

脕ngulo de fase 螛 = (180/蟺) [ImCos未 鈥 IeSin未] / nIs grado

Relaci贸n de error del transformador de corriente:

El error de relaci贸n se define como la desviaci贸n por unidad en la relaci贸n de transformaci贸n de la relaci贸n nominal. Se expresa en porcentaje.

Error de relaci贸n porcentual E

= (Raci贸n Nominal 鈥 Relaci贸n de Transformaci贸n)x100 / Relaci贸n de Transformaci贸n

Dado que la carga del transformador de corriente suele ser resistiva, el factor de potencia de la carga es casi la unidad. Por lo tanto 未=0,

R = n + (I0Sin伪 / Is) pero I0Sin伪 = Ie

= n + ie/es

Por lo tanto, el error de relaci贸n porcentual se puede calcular f谩cilmente.

Error de 谩ngulo de fase del transformador de corriente:

Idealmente, el 谩ngulo entre la corriente primaria y la corriente secundaria debe ser de 180 grados. Pero hay alguna desviaci贸n de 180 grados. Esta desviaci贸n se denomina error de 谩ngulo de fase. Como se puede ver en el fasor, esta desviaci贸n es por un 谩ngulo 胃. Esto significa,

Diferencia de fase entre corriente primaria y corriente secundaria = 胃

Dado que la carga del transformador de corriente suele ser resistiva, el factor de potencia de la carga es casi la unidad. Por lo tanto 未=0. Por lo tanto

Error de 谩ngulo de fase 胃 = (180/蟺) Im / nIs grado

Precauci贸n:

El secundario de TC nunca debe mantenerse abierto. Un secundario de TC abierto provoca un alto voltaje en los terminales del secundario de TC, lo que puede causar da帽os al equipo o al personal.

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