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Los aparatos de medida y los relés de protección no pueden soportar, por lo general, ni elevadas tensiones ni 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.

 

Transformadores 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 conectados 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 (epoxy) 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 dispuestos 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 con 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.

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.

 

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 prespán en seco o

impregnado en aceite. El aceite que se utiliza es desgasificado 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 antirresonante 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.

 Error de tensión: Error que el transformador introduce en la medida de una tensión y que proviene del hecho de que la relación de transformación real no es igual a la relación de transformación nominal.

Error de fase (válido sólo para tensiones senoidales): Es la diferencia de fase entre los vectores de las tensiones primaria y secundaria, con el sentido de los vectores elegido de forma que este ángulo sea nulo para un transformador perfecto. El error de fase se considera positivo cuando el vector de la tensión secundaria está en avance sobre el vector de la tensión primaria. Se expresa habitualmente en minutos, o en centirradianes.

Clase de precisión: Designación aplicada a un transformador de tensión cuyos errores permanecen dentro de los límites especificados para las condiciones de empleo especificadas. Con ella se designa el error máximo admisible que el TT puede introducir en la medición de potencia operando con su Un primaria y la frecuencia nominal.

 Carga: Admitancia del circuito secundario, expresada en Siemens, con indicación del factor de potencia. No obstante, la carga se expresa normalmente por la potencia aparente, en VA. absorbida con un factor de potencia especificado y bajo la tensión secundaria nominal.

 Carga de precisión: Valor de la carga en la que están basadas las condiciones de precisión.

 Potencia de precisión: Valor de la potencia aparente en VA, con un factor de potencia especificado, que el transformador suministra al circuito secundario a la tensión secundaria nominal cuando está conectado a su carga de precisión. Los valores normales de la potencia de precisión para un factor de potencia de 0,8 son: 10 – 15 – 25 30 – 50 –75 100 -150 – 200 -300 – 400 – 500 VA. Los valores preferentes son los que están en cursiva.

Frecuencia nominal: Valor de la frecuencia en la que serán basadas todas las

especificaciones y que será de 50 Hz.

Placa de características. Los transformadores de tensión deben llevar una placa de características, indeleble, en la que deben figurar, las siguientes indicaciones según norma IEC 60186.

 

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