Tranformador De Potencial

TRANFORMADOR DE POTENCIAL El transformador de potencial es un transformador de tensión en el que el circuito primario se conecta en derivación (en paralelo) con el circuito de cual se desea conocer el voltaje. En el secundario, se conecta en paralelo los instrumentos correspondientes (por ejemplo, un voltímetro, Wattimetro, medidor de energía, relevadores, etc.) Debido a que estos transformadores deben indicar exactamente el valor de la tensión existente en el primario, es necesario que la relación entre los voltajes primario y secundario se mantenga constante, esto significa que se debe limitar, tanto como sea posible la caída de tensión en el primario y en el secundario. El resultado se obtiene teniendo una impedancia muy elevada en el devanado secundario, de manera que se limite mucho la corriente en este devanado, para mantener el transformador con una corriente muy baja y, por lo tanto, se limita también la primaria, con lo que resulta depreciable la caída de tensión. Vp RTP= Vs     

=

Np Ns

Relación de trasformación del transformador de potencial Vp= voltaje primario Vs= voltaje secundario Np=número de espiras en devanado primario Ns= número de espiras en el devanado secundario

La expresión anterior, se denomina Relación de transformación y es proporcional a la relación entré el número de espiras en el primario al número de espiras en el secundario. Cualquier variación de voltaje en el lado primario se refleja en el secundario y por lo tanto, es medida por los instrumentos conectados a este. Los valores de corriente en el primario, debido a la alimentación de los instrumentos conectados al secundario, son muy pequeños y corresponden a corrientes de excitación (Io). Esto significa que un transformador de potencial trabaja como si se trata de un transformador de potencia en vacío. En la figura siguiente, se muestra la forma de conexión de un transformador de potencial a la red y su símbolo: este último puede varias en ciertos casos, dependiendo del origen de la literatura que se lea, ya que corresponde a la norma empleada en cada caso y simplemente habría que referirse por las normas americanas ANSI y las europeas de la IEC (comisión internacional de electrónica).

Para fines de aplicación, existen dos tipos de transformadores de potencial, uno es de tipo inductivo y el otro capacitivo, que se le denomina por lo general como: dispositivos de potencial y que se aplica a sistemas de alta tensión como por ejemplo 230 o 400 kv.

TRANSFORMADOR DE POTENCIAL INDUCTIVO El transformador de potencial inductivo, es un transformador convencional, que tiene un devanado primario que se puede conectar a un sistema, ya sea en fase o de fase a tierra. El llamado dispositivo de potencial, es un divisor de voltaje del tipo capacitivo, con una unidad electromagnético y solo se conecta de fase a tierra. Las ventajas que ofrece un transformador de potencial, en su aplicación, son la misma que el transformador de corriente, es decir:  Aíslan eléctricamente los instrumentos del circuito primario.  Dan mayor seguridad al personal.  Ofrecen la posibilidad de normalizar las características de los instrumentos de medición.

En el caso de los transformadores de potencial tipo inductivo, su aplicación se encuentra principalmente en mediana y baja tensión, y por consecuencia, conduce a mediciones erróneas.

CIRCUITO EQUIVALENTE En la figura siguiente, se muestra el circuito equivalente de un TP inductivo, a partir de este circuito se calculan las caídas de voltaje, que producen lo errores tanto magnitud como ángulo de fase.

De la figura anterior:            

Ip= corriente primaria Is= corriente secundaria Ie= corriente de excitación Ih+e= corriente de pérdidas en el hierro (histéresis y corriente circulares) IM= corriente de magnetización Vp= voltaje primario Vs= voltaje secundario Es= voltaje secundario de excitación Zp= impedancia del devanado primario Zs= impedancia del devanado secundario A= relación de transformación Zb= impedancia de la carga

El diagrama vectorial

El circuito equivalente, se puede referir también a la red a la que se conecta y expresar, como se muestra en la figura siguiente, que parece como un transformador de potencia conectado a una carga pequeña.

CRITERIOS BÁSICOS PARA LA TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

SELECCIÓN

DE

Para cualquier que sea el nivel de aplicación de un trasformador de potencial, la correcta selección del mismo, es un aspecto determínate en su buen comportamiento, para esto es importante considerar los siguientes aspectos: a) b) c) d) e) f)

El tipo de servicio El tipo de asilamiento Las condiciones de operación Las tensiones nominales, primaria y secundaria Las clases de precisión y la carga nominal secundaria El factor de tensión

A) EL TIPO DE SERVICIO Los trasformadores de potencial, por su tipo de servicio, pueden ser:  Tipo interior  Tipo intemperie Para los transformadores de potencial con tensiones iguales o mayores a 115kv, se deben especificar para servicio intemperie, B) Tipo aislamiento El tipo de aislamiento depende principalmente de las tensiones nominal de operación, y de acuerdo con esto, se fabrican de tres tipos  En aire  En resina epoxica  En aceite Normalmente, para tensiones nominales de 115kv o mayores se especifican transformadores sumergidos en aceite. C) LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN En cualquier de las aplicaciones de los transformadores de potencial, las características que se especifiquen, se deben hacer de tal forma que las condiciones ambientales no afecten su correcta operación. Entre otros aspectos, se deben considerar  La altura de operación sobre el nivel del mar; en lugar de su instalación  La elevación de temperatura sobre la temperatura ambiente  Las condiciones específicas de servicio, interior o intemperie y, en este último caso dos aspectos relativos a la contaminación y al coeficiente sísmico.  Para instalaciones intemperie, la velocidad del viento.

D) LAS TENSIONES NOMINALES, PRIMARIAS Y SECUNDARIAS Como regla, se ha adoptado que en un sistema de 115 kv o tensiones mayores siempre se debe instalar transformadores monofásicos que se conectan entre fase y tierra, esto significa que en estos casos, la tensión nominal primario se debe especificar como el valor equivalente de fase a tierra de la tensión entre fase del sistema, es decir VL/3. Para los sistemas de alta tensión, algunos valores normalizados se dan en la siguiente tabla. TANSION NOMINAL TANSION NOMINAL PRIMARIA DEL PRIMARIA DEL TRANSFORMADOR TRANSFORMADOR 69 115 138 230 241.5 400

RELACION DE TRANSFORMACION 600/1000:1 1200/1000:1 2100/3500:1

En general, la tensión nominal secundario, debe de ser 115 volts. Para transformadores de potencial con tensiones de 115 kv o más en el primario, se debe contar con dos devanados secundarios independientes para 115 volts. E) LAS CLASES DE PRECISION Y LA CARGA NOMINAL SECUNDARIA Anteriormente, se hace una descripción de este concepto y se establece los valores normalizados, en función de los errores de relación y de ángulo asociados a la carga conectada en el secundario. Como se observa, estos valores están normalizados, y de acuerdo con una correcta selección, se deberán especificar de acuerdo a esto. Los valores normalizados de carga secundarias son: W, X,Y,M,Z y ZZ.

Los valores límite del factor de corrección para transformadores de potencial, se dan en la tabla siguiente:

CLASE DE PRESICION 0.3 0.6 1.2

DESDE 90 A 110 % DE LA TENSION NOMINAL MINIMO 0.997 0.994 0.988

MAXIOMO 1.003 1.006 1.012

F) EL FACTOR DE TENSION El factor de tensión, se define como el valor por el cual se debe multiplicar la tensión nominal primaria para obtener el voltaje máximo que se puede aplicar a las terminales primarias de un transformador de potencia, sin afectar su precisión y sus características térmicas. Los transformadores de potencial, se debe soportar como mínimo 1.2 veces el valor de la tensión nominal con carga continua y 1.5 veces durante 30 segundos.

CRITERIOS DE CONSTRUCCION Los criterios constructivos generales de los transformadores de potencial, son prácticamente los mismo, adoptados para los transformadores de corriente y el objetivo es también el mismo, servir para fines de mediciones y de protección. El factor que influye principalmente en el tipo constructivo de un transformador de potencial, es principalmente el nivel de tensión, y esto determina fundamentalmente el tipo de aislamiento usado, es decir:  Aislamiento para transformadores en baja tensión  Aislamiento en aceite o resina sintética para media tensión  Aislamiento en aceite para alta tensión

Para la media tension que corresponde a la mayoria de las aplicaciones industriales, es comun encontrar el diseño con aislamiento basado en resina sintetica.

CAPACITIVOS Los Transformadores de Tensión Capacitivos separan del circuito de alta tensión los instrumentos de medida, contadores, relés, protecciones, etc... y reducen las tensiones a valores manejables y proporcionales a las primarias originales, con la posibilidad de transmitir señales de alta frecuencia a través de las líneas de alta tensión. Los Condensadores de Acoplamiento sirven como acoplamiento de señales de comunicación de alta frecuencia y corresponden a la parte capacitiva de un transformador de tensión capacitivo. Las Bobinas de Bloqueo sirven para dirigir las señales de comunicación de alta frecuencia por las líneas deseadas bloqueando las demás líneas para evitar pérdidas de señal. Este tipo de transformador se puede utilizar exactamente igual que un transformador de tensión inductivo, con la salvedad de que en este caso se presentan otros factores que afectan a la precisión del mismo, como, por ejemplo, variaciones de frecuencia, variaciones de temperatura y estabilidad en el tiempo. La respuesta de un transformador de tensión capacitivo en régimen transitorio no es tan rápida como la de un transformador inductivo, por lo que no se recomienda su utilización cuando las exigencias de las protecciones sean las de unas respuestas rápidas por parte del transformador de tensión. Sin embargo, aparte de su utilización para medida y protección, los transformadores de tensión permiten utilizar la línea de alta tensión para comunicación y telemando dada su especial capacidad para la sintonización de ondas portadoras de alta frecuencia.