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Laboratorio N° 2 Concha Vargas Edwin Yuber

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Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de
Potencia
Código:
Semestre:
Grupo:
TRANSFORMADORES DE PROTECCIÓN
Tema:
Nota:
Nro. DD-106
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Apellidos y Nombres: Concha Vargas Edwin Yuber
Lab. Nrº
PROTECCIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS
DE POTENCIA
LABORATORIO N° 02
“TRANSFORMADORES DE PROTECCIÓN”
Concha Vargas Edwin Yuber
Alumno :
Grupo
:
A
Prof.:
Semestre
:
C4-6
Ing. Christian Vera A.
Fecha de entrega
:
03
04
20
Hora:
Nota:
8:00 a.m.
E46613
VI
A
2
Laboratorio de Protección Sistemas Eléctricos de
Potencia
I.
II.
Nro. DD-106
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OBJETIVOS

Determinar las características de transformadores para medición.

Determinar las características de transformadores para protección.

Seleccionar transformadores de instrumento para medición y protección.
INTRODUCCIÓN
Transformadores de Corriente.
Los transformadores de instrumentos tienen la tarea de convertir grandes valores de
corriente y voltaje a valores pequeños que son fácilmente aplicables para los propósitos
de medición. Los relevadores de sobrecorriente se conectan al elemento protegido a
través de transductores primarios de corriente que, proporcionan el aislamiento
necesario entre los circuitos primarios y secundarios y suministran a los relevadores
señales reducidas de corriente o voltaje proporcionales a la corriente primaria.
Existen en la actualidad, distintos tipos de transductores primarios de corriente, entre los
cuales están: los electromecánicos que transforman corriente en corriente, los
transductores que transforman corriente en voltaje, transductores magnéticos que son
sensores de campo magnético de los conductores de línea, los opto eléctricos, en los
que la corriente se convierte en señal lumínica y los denominados discretos la
información se transmite en forma discreta.
Los transformadores de corriente por su aplicación pueden subdividirse en
transformadores de medición y protección, no obstante, los transformadores de
corriente en ocasiones se diseñan para realizar ambas funciones. Su corriente nominal
por secundario puede ser de 1 ó 5 Amperios. Este último valor es el más usado en la
práctica.
Las cargas se conectan en serie en los transformadores de corriente, la cual es una
diferencia sustancial con los transformadores de potencial y de potencia.
Transformadores de Potencial.
Las mediciones de voltajes en sistemas con voltajes nominales arriba de 1000 Voltios,
pueden realizarse utilizando transformadores de voltaje. El tipo inducción del
transformador es tan pequeño en construcción con una exactitud de relación de
transformación, que para todos los propósitos prácticos se operan en condiciones sin
carga.
La relación de transformación viene dada por la siguiente expresión, la cual se
determina por el número de vueltas de los devanados:
La anotación de los terminales usados para transformadores de voltaje, es U-V para el
devanado primario y u-v para el devanado secundario.
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Ambos terminales están completamente aislados a tierra. Un solo polo aislado de los
transformadores esta etiquetado con X y el no aislado con U (Figura
Los transformadores no se cortocircuitan, un cortocircuito en el secundario del
transformador destruirá al transformador. Para proteger el lado de alto voltaje se utilizan
fusibles HV y también en el lado del secundario se utilizan fusibles de acuerdo a
capacidad.
Los transformadores de voltaje deben ser aterrizados en el secundario para protegerlo
de altos voltajes en caso de cortocircuitos entre el primario y secundario. Las
conexiones a tierra deben ser seleccionadas de acuerdo a la magnitud de una posible
corriente de cortocircuito. En transformadores de un polo, el terminal X debe ser
aterrizado.
El voltaje de error de un transformador de voltaje es, el porcentaje de desviación del
secundario multiplicado por la relación de transformación del transformador. El error de
voltaje se calcula como positivo, si el valor actual del voltaje secundario excede el valor
de referencia.
El voltaje de error de un transformador de voltaje esta dado por:
Donde:
Fu: error de voltaje en %.
U1: voltaje primario en voltios.
U2: voltaje secundario en voltios.
KN: relación de transformación nominal.
La clase de exactitud de los transformadores de voltaje para mediciones y aplicaciones
de protección, se identifica por un número que da el límite del porcentaje del error de
voltaje del voltaje nominal.
La relación de transformación de cada transformador de voltaje se selecciona para que
bajo condiciones normales de operación (simetría), el voltaje producido en la conexión
serie de los devanados auxiliares es 100 V / 3 = 33.3V, con un cambio de fase de 120º
entre cada devanado. Bajo condiciones normales de operación la suma de los tres
voltajes es cero. El devanado secundario produce un voltaje de 100 V / √3 = 57.8 V.
La relación de transformación es:
U / √ 3 : 100 V / 3 : 100 V / √ 3.
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Polaridad del transformador.
La polaridad de un transformador es la característica que describe la dirección relativa
de las componentes de voltaje y corrientes de carga en los devanados del
transformador. En casi todos los transformadores hay alguna forma de marca,
suministrado por el fabricante, para indicar estas propiedades direccionales. Estas
marcas se conocen como marcas de polaridad. Cuando existe duda de las marcas de
polaridad del transformador puede verificarse con una prueba sencilla, que solo requiere
mediciones de voltaje con el transformador sin carga. En esta prueba de polaridad,
aplica el voltaje nominal a un devanado, generalmente al que resulte más conveniente
para la fuente de voltaje disponible. Se establece una conexión eléctrica entre un
terminal de un devanado y del otro. Por lo general las terminales se conectan
físicamente más próximas de cada devanado. Enseguida se mide el voltaje entre las
terminales restantes, una de cada devanado. Si este voltaje medido es mayor que el
voltaje de prueba de entrada, a la polaridad se le llama aditiva y si es menor, se le llama
sustractiva.
Esta prueba se muestra en la siguiente Figura 2.2.
Otro de los parámetros fundamentales de los transformadores de corriente es su
relación nominal de transformación dada por:
Su selección puede hacerse (como una primera aproximación) sobre la base de que la
corriente máxima esperada por el secundario en régimen normal sea menor que la
corriente nominal del secundario. Es necesario comprobar el comportamiento del
transformador de corriente en régimen de cortocircuito para determinar si en esas
condiciones los errores no son excesivamente grandes, de modo que no afecten el
esquema de protección.
Las normas establecen dos tipos de errores:
_ El error de transformación de corriente (Eti).
_ El error angular de corriente (EA1).
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ntcI2 – I1: es la diferencia angular entre el fasor de corriente real secundaria referida al
primario y la corriente nominal primaria.
ntc: relación de transformación.
I1: corriente primaria.
I2: corriente secundaria.
La corriente residual.
En un sistema de tres hilos, la suma de corrientes es cero, en un sistema de cuatro
hilos, usando este método, la corriente en el cuarto (en el neutro o una corriente de falla
a neutro) puede ser medida.
Para cálculos en cargas asimétricas o fallas en una fuente trifásica, se usa un método
con componentes simétricas en sistemas de cuatro alambres, ocurre un sistema de
secuencia de fase cero, esta corriente de secuencia de fase cero, es:
Puede también ser determinada con una medición de suma de corrientes, como lo
muestra esquemáticamente la Figura 2.3.
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DESARROLLO
1) Con respecto a los transformadores para medición y protección, que tipos
de ensayos se realizan en campo para determinar su estado utilice esquemas
de conexión.
POLARIDAD POR PULSO INDUCTIVO:
Se realiza el circuito detallado en la figura, usando una batería de 1.5 a 12 V y un
instrumento analógico de bobina móvil (CC), en el devanado de BT, con la
sensibilidad suficiente para obtener una pequeña deflexión o indicación. Al cerrar el
interruptor, se aplica un pulso de corriente que entra por el marcado por asterisco. Si
en el lado de BT, el borne con asterisco es homólogo del anterior, el pulso de
corriente es transferido, hará reflectar a la aguja en el sentido positivo.
EL MÉTODO DEL TRANSFORMADOR PATRÓN:
Este método consiste en comparar el transformador aprobar con un transformador
denominado PATRÓN de polaridad conocida que tenga la misma relación de
transformación, la conexión se hace de acuerdo con lo indicado en la siguiente
figura. Se aplica una tensión reducida a los devanados de alta tensión que deben
estar conectados en paralelo (con esto se definen H1 y H2 del segundo
transformador),
una
vez
que
están
eléctricamente
conectados
a
las
correspondientes terminales del primer transformador, se registra el valor medido
por el voltímetro. Si este valor fuera cero o prácticamente
cero, los dos transformadores tienen la misma polaridad, fijando de esta forma
conocida la marcación de las terminales del transformador en prueba, si la lectura
difiere de la fem del secundario de uno de los dos transformadores obtiene un valor
próximo a éste, se sabe que la marcación de las terminales del segundo
transformador es en secuencia opuesta al primero.
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2) ¿Qué tipos de transformadores de corriente existen en la actualidad?
Según su construcción:

Devanado primario:
Como su nombre lo indica tiene más de una vuelta en el primario, los devanados
primario
y
secundario
están
completamente
aislados
y
ensamblados
permanentemente a un núcleo laminado, esta construcción permite mayor precisión
para bajas relaciones.
Fig1.
Muestra de un transformador de corriente tipo devanado primario.

Tipo barra:
Los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y
ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, el devanado primario
consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un núcleo.
Fig2.
Muestra de un transformador de corriente tipo barra.
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
El
Tipo boquilla o bushing:
devanado
secundario
está
completamente
aislado
y
ensamblado
permanentemente a un núcleo laminado. El conductor primario pasa a través del
núcleo y actúa como devanado primario.
Fig3.
Muestra de un transformador de corriente tipo Bushing.
3) Existe alguna diferencia entre transformadores de instrumentos de
medición y transformadores para protección.
 Los TC de medida debe trabajar lo más exactamente posible bajo
condiciones normales de operación. No suelen soportar valores muy grandes
de corriente, ni mide magnitudes anormalmente grandes.
 Los TC de protección debe operar correctamente entre márgenes muy
amplios de carga, desde corrientes mínimas hasta valores varias veces
mayores que la corriente nominal.
 Los transformadores de protección necesitan en todo momento un valor
fidedigno de la magnitud para poder actuar en todo momento según
conveniencia.
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Transformadores de medición:
Transformadores de protección:
Estos transformadores se utilizan
A diferencia de los transformadores
de intensidad
para medida estos se caracterizan
para tomar muestras de corriente
de la línea y reducirla a un nivel
seguro y medible, para las gamas
normalizadas
de
aparatos
medida,
de
instrumentos,
u
otros
dispositivos de medida y control.
por saturarse con sobre intensidades
moderadas, su, se caracterizan por
mantener la proporcionalidad entre la
intensidad primaria y la secundaria,
incluso
en
sobrecarga.
condiciones
De
esta
forma
de
se
garantiza la rápida actuación de los
relés a los que está conectados.
4) Que sucedería si a un TC´s se le coloca un fusible de protección a la
salida del secundario, es correcto hacerlo, explique.
No sería correcto por que la presencia del flujo remanente en el núcleo
magnético, puede provocar errores en la medida del transformador además de
que el secundario del transformador no tiene que estar en condición de abierto.
Por otro lado, si se le coloca un fusible estaría muy mal, ya que si el fusible llega
a fundirse el secundario del transformador se abriría y ocasionaría problemas
graves.
5) Como se representa simbólicamente en las diferentes normas eléctricas
los transformadores de potencial y los transformadores de corriente.
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6) ¿Cuáles son las precauciones que se deben de tener al conectar y
manipular los TC's en un circuito energizado?
El devanado secundario siempre debe estar cortocircuitado antes de
desconectar la carga. Si se abre el circuito secundario con circulación de
corriente por el primario, todas las ampervueltas primarias son ampervueltas
magnetizantes
y
normalmente
producirán
una
tensión
secundaria
excesivamente elevada en bornes del circuito abierto.
Todos los circuitos secundarios de los transformadores de medida deben estar
puestos a tierra; cuando los secundarios del transformador de medida están
interconectados; solo debe ponerse a tierra un punto. Si el circuito secundario no
está puesto a tierra, el secundario, se convierte, de hecho, en la placa de media
de un condensador, actuando el devanado de alta tensión y tierra como las otras
dos placas.
7) ¿Qué tan importante es conocer las polaridades de los transformadores
de instrumentos?
Es muy importante ya que, si se coloca de la forma errónea en transformadores
de corriente para medida o para protección, los equipos que están siendo
alimentados van a recibir datos que no son los reales.
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8) Realice la selección de transformadores de medición y protección de
tensión y corriente para una línea en 33 KV, 60 Hz, Scc=150 MVA en la
misma salida, IN = 80A, altura de instalación 4800 msnm.
Intensidad Térmica
Intensidad Dinámica
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Límites del error de corriente y del desfase según IEC 60044-1
Selección de transformador de corriente:
Con los datos obtenidos mediante los cálculos procedemos a buscar en los catálogos de fabricantes y
elegir el TC correcto.
TC: 4ME 26 43 OP E3-B 6
Selección de transformador de protección tipo soporte: 4ME 26 43 OP E3-B 6
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Conclusiones







Se concluyó que para realizar la selección del transformador de corriente se necesita
hallar la Icc, Ith y la Idym.
Se concluyó que los transformadores de protección y de medida son completamente
diferente físicamente.
La intensidad térmica es la intensidad qué nuestro transformador puede resistir por un
segundo.
Los transformadores de protección tienen más amplia la curva de saturación que los
transformadores de medida.
Los transformadores de protección tienen un tipo de código como el 3P10 donde nos
indica la
¨P¨ que es de protección y que dará un error del 3% cuando en el primario se encuentre
10 veces la nominal.
En el TP el secundario solo tendrá voltajes de 100, 110, 115 y 120V, por lo que no se
encontrará valores diferentes.
Es importante definir la altura del nivel del mar en la que se trabajara para tomar en
cuenta las propiedades de los aislantes del TC.
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