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1 UTN FRM MEDIDAS ELECTRÓNICAS I Página 1 de 6 TRABAJO PRACTICO N 7 ENSAYO DE UN TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD Los Transformadores de medida (TM) vistos en teoría se utilizan para reducir los valores de tensión e intensidad a fin de alimentar instrumentos de medida cuyos alcance son comunes, lo que implica menor riesgo para el operario y menor costo. En este práctico nos ocuparemos de los transformadores de Intensidad (TI). Como sabemos, 1a particularidad esencial del transformador de corriente es que mientras su secundario está cargado con una impedancia sensiblemente constante, su. primario permanece en serie con 1a carga del circuito principal. Esto implica que para que el TI pueda hacer circu1ar una corriente proporcional a la primaria por la impedancia secundaria, deberá, para cada valor de aquella, ajustarse la tensión secundaria sobre la prestación en forma automática. Vi Zi Zo Vo Mientras que el transformador de intensidad trabaje con una corriente no mayor de la nominal, resultará: Zmag (Impedancia magnetizante) muy elevada, pues la corriente que deriva por la rama de magnetización Imag es muy pequeña. Pero si se produce un aumento de la corriente del sistema, traerá aparejado un aumento de la tensión secundaria del transformador, la cual, en cada caso, será igual a la corriente secundaria popr la impedancia secundaria, y por lo tanto un aumento de la corriente de magnetización. Los TI se usan para 2 servicios diferentes: medición y protección MEDICION En el secundario del. transformador está conectado los instrumentos amperométricos y bobinas amperométricas de vatímetros cosfímetros varímetros que darán, a través de la relación de transformación, la corriente de primario obteniendo valores de los parámetros necesarios para el control. Interesa que todos los valores en condiciones normales a través del TI se tengan en la medición. En condiciones de falla (cortocircuito) no debe reflejar corriente, es decir debe saturarse porque se quemarían los instrumentos. PROTECCION En condiciones de falla (corto) necesitamos que las protecciones de líneas de trasmisión, de generadores, de transformadores, etc. vean la falla y actúen sacando de servicio al elemento protegido. En secundario del transformador deberá reflejar fielmente la corriente de cortocircuito que esta pasando por el primario. Este secundario alimenta las bobinas de los distintos relés que producen la señal de apertura del elemento protegido. De las 2 utilidades que tiene el TI se deduce que para cada una de ellas habrá que cumplir condiciones diferentes: 1) la prestación del TI, que se ha definido, como el conjunto de aparatos que puede conectarse en serie en el secundario,, es menor que en el caso de medición que en el de protección, ya que 1os instrumentos de medida consumen menos que los relés.

2 UTN FRM MEDIDAS ELECTRÓNICAS I Página 2 de 6 2) La clase, que está dada por el error de módulo del transformador, es mayor en medición, ya que los instrumentos deben dar valores lo más exactos posibles. Mientras que en protección, los relés que son aparatos más burdos, no necesitan exactitud, sino valores aproximados de corriente. 3) El coeficiente n de saturación que indica hasta dónde 1a curva de saturación es lineal, es mucho mayor en el de protección para que, aunque tenga 10 ó 20 veces la corriente nominal en el primario, como ocurre en el caso de cortocircuito se reflejen el secundario en forma proporciona1. Es decir, que el T I. de protección no debe saturarse en el corto. Entonces la chapa de un transforma6or de corriente para 1os dos servicios, dirá: Medición Protección Potencia de Prestación 30VA 60 VA Clase Coef, Saturación n = 5 n = 10 Relac. Transformación / 5 A / 5 A Tensión de Servicio 15 KV 15 KV Normalmente, los TI vienen con dos o más núcleos es decir que cumplen con los dos tipos de servicios, entonces la relación de transformación será / 5 5 ó /1-1 La relación de transformación también nos esta diciendo que el TI. tiene un primario dividido en 2 secciones, que se podrán conectar en. serie para que nos dé 100/5 A ó en paralelo 200/5 A Las prestaciones normalizadas en [VA] de los TI para protección y medición son: Medición: Medición y Protección: Protección: Las clase es que se fabrican son: Para Laboratorio: 0,1-0,2-0,5 Para Protección: 1 1,5 3 En general las normas establecen corno corriente secundaria nominal de 5 A para baja y media tensión (B. T y M. T) y 1 A para redes de A. T. (alta tensión). En este caso, debido al espacio requerido para este tipo de instalaciones hace que las distancias entre los TI y los tableros de equipos con ellos asociados, resulten muy grandes, por lo cual una corriente secundaria menor de 1 A permite el uso de conductores pilotos de menor sección para una prestación dada. Cuando se expresa que un TI es de clase 0,5, por ejemplo, según norma IRAM 2025 significa que su error de módulo (o de relación) es de +/- 0,5 % y que en la medida de una corriente eléctrica, el margen de error máximo que se comete por la conexión del TI es de +/- 0, 5 %. Mas complejo es el concepto del ángulo de error, que tiene marcada influencia en la determinación de la potencia eléctrica. Para disminuir en todo lo posible los errores en los TI

3 UTN FRM MEDIDAS ELECTRÓNICAS I Página 3 de 6 para medición, es necesario disminuir I 0 (corriente magnetizante), que es el origen de todos ellos. Para esto es necesario emplear un hierro de buena calidad, es decir con una gran permeabilidad (µ?8), juntas perfectas, inducciones bajas lejos del codo de saturación n < 5 y sobre todo un gran número de espiras, pues., de esta manera siendo la fmm. F = N. I 0.. tanto mas pequeño será I 0 cuanto mayor sea N 1 (espiras). En conclusión, un buen transformador deberá tener gran cantidad de hierro de buena calidad magnética y bastante cobre, en otras palabras, el problema es, de orden económico. Así utilizando aleaciones especiales, se pueden construir TI con errores prácticamente despreciables. De este tipo son las aleaciones de Fe-Ni (permalloy, Hypermit numetal con grano orientado, que a baja inducción tienen una permeabilidad magnética. muy elevada en, comparación a la de los mejores hierros al silicio usados anteriormente. Esto permite construir TI, a igualdad de condiciones con núcleos que pesan 5 ó 6 veces menos que los TI análogos construidos con núcleos de hierro de aleación clásica. Aunque las normas fijan los valores, al sólo efecto de tener una idea de los errores que pueden cometer en las mediciones los TI, diremos que los errores de módulo (o relación) son del orden menor del 0,5 %. y el ángulo de error es de unos 20 minutos. OBJETO DEL ENSAYO 1) Comprobar 1a. polaridad de las bobinas 2) Verificar la relación de transformación. 3) Relevar la curva de saturación 4) Verificar el coeficiente de saturación 1 Polaridad La polaridad que vemos a verificar es la polaridad relativa de una. bobina con respecto a otra, estando ambas bobinadas en el mismo núcleo, es decir recorridas por un mismo flujo, como sucede en e1 transformador. Debemos definir dos bornes homólogos, uno primario y uno secundario. Cada bobina tiene su polaridad propia, pero si se adapta una polaridad para una de ellas la polaridad de la otra queda automáticamente determina por 1a relación invariable que existe entre dos arrollamientos y un flujo común. Recordando el principio de funcionamiento del transformador cuando por el primario circula una corriente I 1 en ese mismo instante circulara por el secundario una corriente I 2 desfasada 180, como se ve en e1 diagrama vectoria1. Entonces podemos decir que: En un transformador dos bornes tienen 1a misma polaridad cuando se puentea dichos bornes la corriente circula como si el transformador no existiese, hacia y desde la carga. Es como si hubiésemos hecho una unión galvánica entre primario y secundario. I 1 I 2 ø Zo Verificar la polaridad de un transformador es importante cuando se conectan aparatos de medición de conexión vatimétrica (vatímetros cosfímetros, contadores de energía, etc. ) que

4 UTN FRM MEDIDAS ELECTRÓNICAS I Página 4 de 6 poseen bornes polarizados que garantizan la deflexión correcta de la aguja de acuerdo al sentido de la energía. Es decir que en la. medida de potencia y energía reviste importancia conocer la polaridad. de transformadores de medida. Ensayo Primero debemos identificar los bornes del primario que corresponden a cada. una de las bobinas que lo forman (en este caso dos) lo cual se realiza por medio de un tester. Una vez. individualizados se conectan en serie por ejemplo, en cuyo caso estamos en la. relación 100/5-5.. Seguidamente se realiza el siguiente circuito: Con una fuente de c.c. de baja tensión ( 2-4 V) o una pi1a se conecta a1 primario, con la polaridad conocida, el polo (+) al borne polarizado del transformador y por medio de un pulsador se le darán pulsos de tensión. En e1 secundario, en los bornes de 5 A se colocará un voltímetro de c.c, con su polo (+) en e1 borne polarizado. Si al pulsar el pulsador A, la aguja de1 voltímetro tiende a desviarse positivamente, la polaridad esta correcta, caso contrario será errónea. A1 soltar el pulsador la aguja del voltímetro tenderá a desviarse en sentido contrario. 2) RELACION DE TRANSFORMACION La relación de transformación está dada por: corriente primaria Xi I s corriente secundaria El circuito a utilizar es: El transformador de inyección nos sirve para alimentar el primario del transformador ensayado T. I. con una corriente bien elevada, Es decir que el transformador de inyección tendrá un primario de muchas espiras y corriente baja y un secundario de pocas espiras y corriente grande. Está corriente la podemos medir a través de una pinza amperómetrica que no es mas que un transformador de intensidad de relación 1000/1 A. Cuando en el miliamperímetro conectado en la pinza leamos por ejemplo 25 ma

5 UTN FRM MEDIDAS ELECTRÓNICAS I Página 5 de 6 25 ma x (relación de Transf..de pinza) = 25 A que circula por el primario del T. I. ensayado. El amperímetro conectado en el secundario del TI ensayado nos dará la corriente secundaria Is. Con este dato y el anterior podemos calcular la relación de transformación del T I, que debemos comparar con el Ki que dice la chapa. I (pinza) Ip = Ipin. Kp (A) Is (A) Ki = Ip /Is ε % = Ki( teor) Ki Ki( teor) 3 CURVA DE SATURACION Las curves de magnetización para un T.I. de medición y protección se determinan en fábricas y laboratorios mediante el siguiente circuito: U Up Prot Um Med Imag El ensayo se hace con tensión variable en el secundario y con el primario del T.I. abierto. Se toman lecturas de tensión e intensidad para ambos núcleos. I (ma) Um (V) Up (V) Como el T.I. está abierto por el lado del primario, es decir está en vacío; la corriente que medimos es la magnetizante, o sea, la intensidad necesaria para magnetizar el núcleo. Del gráfico se concluye: 1) Como vemos en la curva para el TI de protección, para valores pequeños de tensión, la I mag. es pequeña y aumenta en forma. mas o menos proporcional para valores crecientes de aquella. A partir de un cierto valor de la tensión secundaria (U2) llamada tensión de saturación o de rodilla, que indicamos con Ur, un pequeño incremento de U 2 es acompañado por un gran incremento de I mag. Entonces definiremos la Ur (tensión de rodilla.) como: el punto para el cual un aumento del 10% de la tensión secundaria produce un 50% de incremento de la I mag. 2) La definición de la Ur también es válida para el núcleo de medición. 3) La tensión Ur(p) (protección), será mucho mayor que Ur(m) (medida), aproximadamente 4 a 6 veces. 4) LA corriente Imag, para el núcleo de medición, a igualdad de tensión será menor que en el de protección. Esto brinda un mayor grado de exactitud, ya que el error en la medida lo introduce la corriente de magnetización, como sabemos por teoría.

6 UTN FRM MEDIDAS ELECTRÓNICAS I Página 6 de 6 5) Si la tensión U J se eleva por encima de Ur(m) como sucede en un cortocircuito, la I mag aumenta mucho, introduciendo errores notables. Pero es de hacer notar que la corriente de corto no es vista por el núcleo de medición ya que se satura mucho antes. 6) La Imag no puede aumentar indefinidamente. Existe una corriente límite térmica que diremos que es la corriente que soporta durante un segundo sin que sobrepase los 80 C (30 I N ) sin que se deteriore la aislación. También existe una corriente límite dinámica que seré aquella que soporte sin producir esfuerzos dinámicos que destruyan el transformador. También se puede definir el factor de saturación como el numero de veces que la I N (corriente nominal) que puede circular por el primario sin que el error de relación supere en más de1 10% del correspondiente a su clase. Ejemplo: VERIFICACIÓN DEL COEFICIENTE DE SATURACIÓN De acuerdo a lo visto tenemos: n = Ur V [ ] I[ A] P[ VA] El coeficiente de saturación es igual al cociente de la tensión de rodilla por corriente nominal sobre la potencia de prestación Se debe verificar que: n < 5 para núcleo de medición n > 10 núcleo de protección