Definición: Un transformador de corriente es un dispositivo que se utiliza para la transformación de corriente de un valor más alto en una corriente proporcional a un valor más bajo. Transforma la corriente de alto voltaje en corriente de bajo voltaje debido a que el amperímetro controla de forma segura la corriente intensa que fluye a través de las líneas de transmisión.
El transformador de corriente se utiliza con instrumentos, medidores o aparatos de control de CA donde la corriente a medir es de tal magnitud que el medidor o la bobina del instrumento no pueden tener suficiente capacidad de transporte de corriente. El transformador de corriente se muestra en la siguiente figura.
La corriente primaria y secundaria de los transformadores de corriente son proporcionales entre sí. El transformador de corriente se usa para medir la corriente de alto voltaje debido a la dificultad del aislamiento inadecuado en el medidor mismo. El transformador de corriente se utiliza en medidores para medir la corriente hasta 100 amperios.
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Construcción de Transformadores de Corriente
El núcleo del transformador de corriente está construido con laminación de acero al silicio. Para obtener un alto grado de precisión, se utiliza Permalloy o Mumetal para la fabricación de núcleos. Los devanados primarios de los transformadores de corriente transportan la corriente que se va a medir y está conectado al circuito principal. Los devanados secundarios del transformador conducen la corriente proporcional a la corriente a medir, y está conectado a los devanados de corriente de los medidores o instrumentos.
Los devanados primario y secundario están aislados de los núcleos y entre sí. El devanado primario es un devanado de una sola vuelta (también llamado primario de barra) y transporta la corriente de carga completa. El devanado secundario de los transformadores tiene una gran cantidad de vueltas.
La relación entre la corriente primaria y la corriente secundaria se conoce como relación de transformador de corriente del circuito La relación de corriente del transformador suele ser alta. Las clasificaciones de corriente secundaria son del orden de 5A, 1A y 0.1A. Las clasificaciones primarias actuales varían de 10A a 3000A o más. La representación simbólica del transformador de corriente se muestra en la siguiente figura.
El principio de funcionamiento del transformador de corriente es ligeramente diferente al del transformador de potencia. En un transformador de corriente, la impedancia de la carga o carga en el secundario difiere ligeramente de los transformadores de potencia. Por lo tanto, el transformador de corriente opera en condiciones de circuito secundario.
Carga en una carga
La carga de un transformador de corriente es el valor de la carga conectada a través del transformador secundario. Se expresa como la salida en voltios-amperios (VA). La carga nominal es el valor de la carga en la placa de identificación del TC. La carga nominal es el producto de la tensión y la corriente en el secundario cuando el TC alimenta al instrumento o relé con su valor nominal máximo de corriente.
Efecto de los devanados secundarios abiertos de un TC
En condiciones normales de operación, el devanado secundario de un CT está conectado a su carga y siempre está cerrado. Cuando la corriente fluye a través de los devanados primarios, siempre fluye a través de los devanados secundarios y las vueltas de amperios de cada devanado son, en consecuencia, iguales y opuestas.
Los giros secundarios serán 1% y 2% menos que los giros primarios y la diferencia se utilizará en el núcleo de magnetización. Por lo tanto, si se abre el devanado secundario y la corriente fluye a través de los devanados primarios, entonces no habrá flujo de desmagnetización debido a la corriente secundaria.
Debido a la ausencia de vueltas de contraamperios del secundario, el MMF primario sin oposición establecerá un flujo anormalmente alto en el núcleo. Este flujo producirá pérdidas en el núcleo con el subsiguiente calentamiento y se inducirá un alto voltaje a través de la terminal secundaria.
Este voltaje provocó la ruptura del aislamiento y también la pérdida de precisión en el futuro puede ocurrir debido a que el MMF excesivo deja el magnetismo residual en el núcleo. Por lo tanto, el secundario del TC nunca puede estar abierto cuando el primario lleva la corriente.
Diagrama fasorial del transformador de corriente
El diagrama fasorial del transformador de corriente se muestra en la siguiente figura. Se toma como referencia el flujo principal. Los voltajes inducidos primario y secundario están rezagados con respecto al flujo principal en 90º. La magnitud de los voltajes primario y secundario depende del número de vueltas en los devanados. La corriente de excitación es inducida por los componentes de magnetización y corriente de trabajo.
donde, es – corriente secundaria
Es – voltaje inducido secundario
Ip -corriente primaria
Ep – voltaje inducido primario
Kt – relación de vueltas, número de vueltas secundarias/número de vueltas primarias
I0 – corriente de excitación
Im – corriente de magnetización
Iw – componente de trabajo
Φs – flujo principal
La corriente secundaria va a la zaga de la tensión inducida secundaria en un ángulo θº. La corriente secundaria se traslada al lado primario invirtiendo la corriente secundaria y multiplicándola por la relación de giro. La corriente que fluye a través del primario es la suma de la corriente de excitación I0 y el producto de la relación de espiras y la corriente secundaria Kt Is.
Errores de relación y ángulo de fase de CT
El transformador de corriente tiene dos errores: error de relación y error de ángulo de fase.
Errores de relación actual – El transformador de corriente se debe principalmente al componente de energía de la corriente de excitación y se da como
Donde Ip es la corriente primaria. Kt es la relación de giro y es la corriente secundaria.
Error de ángulo de fase – En un transformador de corriente ideal, el ángulo del vector entre la corriente primaria y secundaria inversa es cero. Pero en un transformador de corriente real, hay una diferencia de fase entre la corriente primaria y la secundaria porque la corriente primaria también ha suministrado el componente de corriente de excitación. Por lo tanto, la diferencia entre las dos fases se denomina error de ángulo de fase.
Tipos de Transformador de corriente
El transformador de corriente se clasifica principalmente en tres tipos, es decir, transformador de corriente bobinado, transformador de corriente toroidal y transformadores tipo barra.
1. Transformador de herida – En este transformador el devanado primario está compuesto dentro del transformador. El devanado primario tenía una sola vuelta y estaba conectado en serie con el conductor que medía la corriente. El transformador bobinado se utiliza principalmente para medir la corriente de 1 amperio a 100 amperios.
2. Transformador de corriente tipo barra – El transformador tipo barra tiene solo devanados secundarios. El conductor sobre el que se monta el transformador actuará como devanados primarios de los transformadores de corriente.
3. Transformador de corriente toroidal – Este transformador no contiene devanados primarios. La línea a través de la cual fluye la corriente en la red se une a través de un orificio o una ventana de los transformadores. La principal ventaja de este transformador es que el transformador tiene una forma simétrica debido a que tiene un flujo de fuga bajo, por lo tanto, menos interferencia electromagnética.
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