Transformadores potenciales

Transformadores potenciales

No es una manera fácil de medir el alto voltaje y las corrientes asociadas con los sistemas de transmisión y distribución de energía, por lo tanto, los transformadores de instrumentos se usan a menudo para reducir estos valores a un nivel más seguro para medir. Esto se debe a que los medidores o instrumentos y los relés de protección son dispositivos de baja tensión, por lo que no se pueden conectar directamente al circuito de alta tensión con el fin de medir y proteger el sistema.

Además de la reducción de los niveles de voltaje y corriente, estos transformadores aíslan el circuito de medición o protección del circuito principal que opera a niveles de potencia altos.

Los transformadores de corriente reducen el nivel de corriente a el rango de operación del instrumento o relé, mientras que los transformadores potenciales transforman la alta tensión en un circuito que opera bajo voltaje. En este artículo vamos a discutir en detalle sobre los transformadores potenciales.

¿Qué es un transformador de potencial?

Transformador de potencial es un transformador reductor de voltaje que reduce la tensión de un circuito de alta tensión a un nivel inferior para fines de medición. Estos están conectados a través o en paralelo a la línea que se va a monitorear.

El principio básico de operación y construcción de este transformador es similar al transformador de potencia estándar. En común, los transformadores potenciales se abrevian como PT.

 PT1

El bobinado primario consiste en una gran cantidad de vueltas que se conectan a través del lado de alta tensión o la línea en la que se deben tomar o proteger las mediciones. El devanado secundario tiene un menor número de vueltas que está conectado a los voltímetros, o bobinas potenciales de vatímetro y contadores de energía, relés y otros dispositivos de control. Estos pueden ser transformadores de potencial monofásico o trifásico. Independientemente de la clasificación de voltaje primario, estos están diseñados para tener una tensión de salida secundaria de 110 V.

Dado que los voltímetros y las bobinas potenciales de otros medidores tienen alta impedancia, una pequeña corriente fluye a través del secundario de PT. Por lo tanto, PT se comporta como un transformador de dos devanados ordinario que funciona sin carga. Debido a esta baja carga (o carga) en el PT, las clasificaciones VA de los PT son bajas y están en el rango de 50 a 200 VA. En el lado secundario, un extremo está conectado al suelo por razones de seguridad, como se muestra en la figura.

Similar al transformador normal, la relación de transformación se especifica como

V1/V2 = N1/N2

De la ecuación anterior, si se conocen la lectura del voltímetro y la relación de transformación, entonces se puede determinar el voltaje lateral de alta tensión.

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Construcción

En comparación con el transformador convencional, los transformadores o PT potenciales utilizan conductores y tamaños de conductores más grandes. Los PT diseñados para garantizar una mayor precisión y, por lo tanto, al momento de diseñar la economía del material no se consideran aspectos principales.

Los PT se fabrican con núcleos especiales de alta calidad que funcionan a densidades de flujo más bajas para tener corriente de magnetización pequeña para que no se reduzcan al mínimo las pérdidas de carga. Tanto las construcciones de núcleo como de tipo shell son preferidas para los PT. Para altos voltajes, se utilizan PT de tipo núcleo mientras que el tipo de armazón se prefiere para bajos voltajes.

Construcción

Para reducir la reactancia de fuga, se utilizan bobinados coaxiales para ambos, primario y secundario. Para reducir el costo de aislamiento, se coloca un devanado secundario de baja tensión al lado del núcleo. Y para los PT de alto voltaje, el primario de alta tensión se divide en secciones de bobinas para reducir el aislamiento entre las capas de la bobina. Para estos bobinados, se utilizan cinta de algodón y batista desaparecida como laminación. Entre las bobinas, se usan separadores de fibra dura.

Están diseñados cuidadosamente para tener un desplazamiento de fase mínimo entre los voltajes de entrada y salida y también para mantener una relación de voltaje mínima con variación en la carga. Los PT rellenos de aceite se usan para niveles de alto voltaje (por encima del rango de 7KV). En tales PT, se proporcionan bujes llenos de aceite para conectar las líneas principales.

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Tipos de transformadores de tensión o de potencial

Principalmente se clasifican en transformadores de potencial para interiores y exteriores.

1. Transformadores de potencial para exteriores

Pueden ser transformadores de voltaje de una o tres fases disponibles para diferentes rangos de voltaje de operación que se usan para retransmisión en exteriores y aplicaciones de medición. Hasta 33KV, estos son de transformadores de voltaje monofásico y trifásico de tipo electromagnético. Los transformadores de potencial al aire libre monofásicos de más de 33KV pueden ser de dos tipos, tipo electromagnético y transformador de voltaje capacitivo (CVT).

Transformador de potencial convencional tipo electromágnetico o de herida

Estos son similares a los transformadores de alambre con relleno de aceite convencional. La figura siguiente muestra el tipo de PT electromagnético en el que el tanque de derivación está conectado al terminal de línea. Se proporciona un tapón en el tanque para llenar el aceite y este tanque está montado en un soporte aislante.

En la base, se proporciona un terminal de conexión a tierra y un tapón de drenaje de aceite. En esto, el primario se conecta entre las dos fases o entre una fase y tierra. De modo que un extremo del primario está conectado a la línea principal en la parte superior y el otro extremo en la parte inferior y está conectado a tierra con otros terminales de tierra.

Los terminales secundarios, incluido el terminal de tierra, se encuentran en el terminal caja en la parte inferior, además estos están conectados a los circuitos de medición y relé. Estos se utilizan hasta o por debajo de los voltajes de operación de 132 KV debido a los aspectos de aislamiento.

 PotentialTransformer

PotentialTransformer

Transformadores de tensión capacitivos (CVT)

Es un divisor de potencial capacitivo conectado entre la fase de la línea principal y la tierra. Estos pueden ser capacitores de acoplamiento o tipo de buje CVT. Estos dos tipos son eléctricamente menos o más similares, pero la diferencia es que la formación de capacitancia determina aún más su carga nominal (o carga).

Un tipo de condensador de acoplamiento consiste en una pila de condensadores conectados en serie que están hechos de papel impregnado de aceite y papel de aluminio. Para los voltajes primario y secundario deseados, los terminales primario y secundario están conectados a través de los condensadores.

El tipo de casquillo CVT usa casquillos tipo condensador provistos de roscado. Las CVT también se utilizan para la comunicación con el operador de línea de alimentación y, por lo tanto, son más económicas.

 Transformadores de tensión capacitivos

Transformadores de tensión capacitivos

2. Transformadores de potencial interno

Estos también están disponibles como PT monofásicos o trifásicos que son de tipo moldeado y magnético. El mecanismo de montaje puede ser fijo o extraíble. En este tipo de PT, todas las partes del devanado primario están aisladas de la tierra a su capacidad nominal de aislamiento. Están diseñados para operar relés, instrumentos de medición y otros dispositivos de control en el servicio interno con alta precisión.

 Transformadores de potencial interior

Transformadores de potencial interior

Según la función, los transformadores de tensión o PT se clasifican en transformadores de tensión de medición y transformadores de tensión de protección.

Errores en el transformador de tensión

Para un transformador de tensión ideal, el voltaje producido en el devanado secundario es una proporción exacta del voltaje primario y se encuentra exactamente en oposición de fase. Pero en los PTs reales esto no es así debido a la presencia de caídas de tensión en la resistencia primaria y secundaria y también debido al factor de potencia de la carga en la secundaria. Esto provoca la aparición de errores de relación y ángulo de fase en los transformadores de tensión. Háganos saber en detalle.

Errores en el Transformador de Tensión

Errores en el transformador de tensión

Considere el diagrama fasorial del transformador de potencial mostrado arriba,

donde

Io = Sin corriente de carga

Im = componente de magnetización de corriente sin carga

Iu = componente Wattful de corriente sin carga

Es y Ep = Voltajes inducidos en devanados secundarios y primarios respectivamente

Np and Ns = Número de vueltas en los devanados primario y secundario respectivamente

Ip e Is = Corriente primaria y secundaria secundaria

Rp y Rs = Resistencias de devanados primario y secundario respectivamente

Xp y Xs = Reactan ces de bobinas primarias y secundarias respectivamente

β = Error de ángulo de fase

El voltaje primario inducido o EMF Ep se obtiene al restar la resistencia primaria (IpRp) y caída reactiva (IpXp) desde el voltaje primario Vp. Y también, el voltaje del terminal secundario Vs se obtiene restando la caída de la resistencia del devanado secundario (IsR) y la caída de la reactancia (IsX) de forma vectorial a partir del EMF inducido secundario. Debido a estas caídas, la relación nominal del transformador de potencial no es igual a la relación real del PT, por lo tanto, introduce un error de relación.

Error de relación

El error de relación del transformador de potencial se define como la variación en relación de transformación de relación nominal.

Porcentaje Ratio Error = (Kn-R)/R × 100

Donde

Kn es la relación de transformación nominal o nominal y es

Kn = Tensión primaria nominal/Tensión secundaria nominal

Error de ángulo de fase

En el PT ideal, no debería existir ningún ángulo de fase entre el voltaje primario y el voltaje secundario invertido. Pero en la práctica, existe una diferencia de fase entre Vp y Vs invertida (como podemos observar en la figura anterior), por lo tanto, introduce un error de ángulo de fase. Se define como la diferencia de fase entre la tensión primaria y la tensión secundaria invertida.

Para reducir estos errores, la precisión se mejora diseñando los transformadores de forma que los devanados tengan las magnitudes apropiadas de resistencia interna y reactancias. Además de esto, el núcleo debería requerir componentes mínimos de magnetización y pérdida de núcleo de la corriente excitante.

Aplicaciones de los transformadores de voltaje

  • Sistemas de medición eléctrica
  • Sistemas de protección eléctrica
  • Protección de distancia de los alimentadores
  • Sincronización de generadores con red
  • Protección de impedancia de generadores

La clase de transformadores de potencial utilizados para la medición se denomina voltaje de medida o transformadores de potencial. Por otro lado, los PT utilizados para la protección se denominan transformadores de tensión de protección. En algunos casos, los PT se usan para fines de medición y protección, en tales casos, un bobinado secundario se conecta a la medición y otro bobinado secundario se usa para protección.

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