Un transformador de corriente es
un aparato eléctrico muy simple. Por ejemplo, el transformador de corriente de buje
es simplemente un devanado en un núcleo aislado que llega a ser un
transformador solamente cuando se coloca sobre el conductor primario.
Un transformador de corriente
puede ser modelado como una fuente de corriente constante donde la corriente
del ratio se inyecta en una impedancia magnetizante en paralelo con la carga
mostrada en la figura con la que iniciamos el artículo. Usando una reactancia
para representar la etapa magnetizante de un transformador de corriente, es un
concepto visual útil.
Sin embargo, la magnetización es
un fenómeno no lineal, y deben usarse diferentes valores de reactancia usadas
para cada nivel de excitación. Por ejemplo, los diagramas B-H mostrados en la
figura, como flujo ϕ
frente la corriente magnetizante IM, representa niveles bajos,
medios y altos de excitación.
En excitación baja, la pendiente
representando la inductancia es
baja. Esta baja pendiente indica una cantidad desproporcionada de corriente
magnetizante comparada con la corriente de carga a baja excitación. En
excitación media, la curva B-H muestra la pendiente máxima en transición entre
estados saturados. El hecho de que la corriente magnetizante sea tan pequeña en
comparación con la corriente del ratio durante la transición sugiere que puede
ser ignorada. Consecuentemente el núcleo puede verse simplemente como un
interruptor voltio tiempo (máximo tiempo que el transformador puede tener
aplicado un voltaje constante) como mostramos en la figura que se abre durante
un cambio de flujo y se cierra durante la saturación.
El concepto de área voltio
tiempo y forma de onda de saturación
Relaying accuracy ratings se diseñan
con un rating de voltaje del terminal secundario. El concepto del rating de
voltaje puede derivarse de la relación fundamental:
Donde e es un voltaje inducido
por N vueltas y una tasa de cambio del flujo φ
con respecto al tiempo t. Donde el flujo se limita a la transición desde el
flujo de saturación φS
a φS y
A partir de aquí
podemos deducir que
Normas de aplicación del transformador de corriente
Generalmente, los relés de
protección están diseñados para operación de onda sinusoidal y su rendimiento
no está especificado por otras formas de onda. Por lo tanto, en una aplicación
de relés de protección, el voltaje y la carga del transformador de corriente se
especifican para asegurar la corriente del secundario no distorsionada para la condición
de fallo máxima.
IEEE/ANSI Standard C57.13 sugiere
que los transformadores de corriente para relés se aplicarán sobre la base de
que la corriente de fallo simétrica máxima no exceda 20 veces la tasa de
corriente del transformador de corriente y que su voltaje de carga no exceda el
voltaje de clase de exactitud del transformador de corriente. La aplicación de
los transformadores de corriente para relés es un arte más que una ciencia
debido a que al ingeniero se le deja elegir el punto de operación específico en
la curva de excitación. Sin embargo, es racional elegir un transformador de
corriente que produzca una excitación del punto de inflexión en la corriente de
fallo simétrica máxima cuando la reactancia magnetizante esté en máximo.
Obsérvese que el punto de inflexión de una curva de excitación típica es
alrededor del 46 % del voltaje de excitación correspondiendo a una corriente de
excitación de 10 amperios. Un criterio habitual es que C-rating sea dos veces
el voltaje de excitación desarrollado por la corriente máxima de fallo.
La prevención de la saturación
debido al componente exponencial de la corriente de fallo requiere que C-rating
excediendo el rating simétrico por un factor igual a la ratio X/R del sistema
primario fallado más uno. El dilema es que habitualmente es imposible alcanzar
tal rating a pesar del hecho de que la saturación afecta el rendimiento de los
relés de alta velocidad. Es en estos casos en los que las simulaciones se usan
para valorar los efectos de saturación transitoria en el rendimiento del relé.
Aplicación de diferencial del transformador
La siguiente figura muestra el
bus auxiliar de una planta de potencia suministrada por un delta wye resistance
grounded transformer de 5000 kVA. El transformador tiene una impedancia de 4,95
% en una base de 5 MVA y es alimentado por un bus de emergencia y standby. El
bus está protegido por relés de sobrecorriente direccionales de tierra y el
transformador protegido por los relés diferenciales con restraint de armónicos
y un relé de sobrecorriente alimentado por un transformador de corriente con
neutro del transformador.
Se seleccionó un rating C 200,
1200:5 para el lado de baja de del transformador de corriente y un rating C
200, 600:5 para el lado de alta del transformador de corriente. Las tomas del
relé 87T se pusieron a 2,9 por el devanado del lado de alta y a 8,7 amperios
para el devanado del lado de baja dejando un desajuste del ratio del 4,4 %. El
diferencial del porcentaje para el disparo fue puesto al 25 %.
La complicación de esta
aplicación fue el hecho de que los transformadores de corriente de 500:5 se
localizaron a 420 metros de la aparamenta, requiriendo al menos 840 m de leads.
Sólo 7,2 m de leads se requieren para los transformadores de corriente de
1200:5 en el swichgear con el relé.
Aplicación del relé diferencial del generador
Es impracticable dimensionar
transformadores de corriente para eludir la saturación transitoria en un
diferencial del generador debido a que se encuentran ratios X/R altos. La norma
es seleccionar rating prácticos más altos para acoplar los transformadores de
corriente del lado del neutro y terminal. La trampa es que la clase de
exactitud más alta del transformador de corriente es el C800 y que cualquier
transformador de corriente con un voltaje de excitación que exceda los 800
voltios se clasifica C800.
Bibliografía:
Zocholl & Smaha. Current transformer concepts.
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