TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (TERCERA PARTE)

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE.

Un transformador de corriente o “TC” es el dispositivo que nos alimenta una corriente proporcionalmente menor a la del circuito. Es de aclarar que un transformador de corriente por su aplicación se puede subdividir en transformador de medición y transformador de protección, no obstante los transformadores se diseñan para realizar ambas funciones y su corriente nominal por secundario puede ser de 1 ó 5 Amperios, es decir desarrollan dos tipos de funciones, transformar la corriente y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión.

El primario del transformador se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados.

Su principio de funcionamiento puede ser obtenido a través del modelo del transformador ideal, haciendo algunas consideraciones derivadas de su diseño y conexión dentro del sistema.

Tipos de transformadores según su aplicación.

Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección, mixtos o combinados.

Transformador de medición: son los transformadores cuya función es medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente, su precisión debe garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal del orden del 10% hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal.

Transformador de protección: son los transformadores cuya función es proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir 30 veces la corriente nominal.

Transformadores mixtos: en este caso, los transformadores se diseñan para una combinación de los dos casos anteriores, un circuito con el núcleo de alta precisión 12para los circuitos de medición, y uno o dos circuitos más, con sus núcleos adecuados para los circuitos de protección.

Transformadores combinados: son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensión, mayormente usados en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

En contraste con los generadores, en los que pueden surgir .muchas circunstancias anormales, los transformadores solo pueden sufrir cortocircuitos, circuitos abiertos y sobrecalentamiento en los arrollamientos. En la práctica no está previsto el relevador de protección contra circuitos abiertos debido a que éstos en si no son perjudiciales. En la práctica general, aun para transformadores no atendidos tampoco está prevista la protección contra sobrecalenta­miento o sobrecarga; puede haber accesorios térmicos para hacer sonar una alarma o para controlar bancos de ventiladores, pero con solo pocas excepciones, por lo general no se practica el disparo auto­mático de los interruptores de los transformadores. Una excepción es cuando el transformador proporciona una carga definida predecible. Puede considerarse la protección de respaldo para fallas exter­nas como una forma de protección de sobrecarga, pero la puesta en marcha de dicho equipo de protección es por lo general muy elevada para proporcionar una protección eficaz al transformador, excepto en el caso de cortocircuitos prolongados. Resta, entonces, solo la protección contra cortocircuitos en los transformadores o en sus conexiones, y la protección de respaldo contra falla externa. Además, en la práctica los casos son los mismos si los transformadores están o no atendidos.

Parámetros de los transformadores de corriente.

Corrientes. Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corriente deben estar normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales (IRAM) o internacionales en uso (IEC, ANSI) Corriente primaria. Para esta magnitud se selecciona el valor normalizado inmediato superior de la corriente calculada para la instalación.

Para estaciones de potencia, los valores normalizados son: 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1.200, 1.500, 2.000 y 4.000 amperes. Corriente secundaria. Valores normalizados de 5 A ó 1 A, dependiendo su elección de las características del proyecto.

Carga secundaria o prestación. Es el valor de la impedancia en Ohms, reflejada en el secundario de los transformadores de corriente, y que está constituida por la suma de las impedancias del conjunto de todos los medidores, relés, cables y conexiones conectados en serie con el secundario y que corresponde a la llamada potencia de precisión a la corriente nominal secundaria.

Es decir, una potencia de precisión de 30 VA para una corriente nominal secundaria de 5 amperes.

La carga se puede expresar también, por los volt - amperes totales y su factor de potencia, obtenidos a un valor especificado de corriente y frecuencia.

El valor del factor de potencia normalizado es de 0,9 para los circuitos de medición y de 0,5 para los de protección. Todos los aparatos, ya sean de medición o de protección, traen en el catálogo respectivo la carga de acuerdo con su potencia de precisión.

Límite térmico. Un transformador debe poder soportar en forma permanente, hasta un 20% sobre el valor nominal de corriente, sin exceder el nivel de temperatura especificado. Para este límite las normas permiten una densidad de corriente de 2 A / mm2, en forma continua.

Límite de cortocircuito. Es la corriente de cortocircuito máxima que soporta un transformador durante un tiempo que varía entre 1 y 5 segundos. Esta corriente puede llegar a significar una fuerza del orden de varias toneladas. Para este límite las normas permiten una densidad de corriente de 143 A / mm2durante un segundo de duración del cortocircuito.

Tensión secundaria nominal. Es la tensión que se levanta en los terminales secundarios del transformador al alimentar éste una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal. Por ejemplo, si se tiene un transformador con carga nominal de 1,20 ohms, la tensión secundaria generada será de: 1,20 ohms x 5 amperes x 20 veces = 120 volts.

Relación de transformación real. Es el cociente entre la corriente primaria real y la corriente secundaria real.

Relación de transformación nominal. Es el cociente entre la corriente primaria nominal y la corriente secundaria nominal.

Error de corriente. Error que el transformador introduce en la medida de una corriente 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 intensidades senoidales). Es la diferencia de fase entre los vectores de las intensidades 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 intensidad secundaria está en avance sobre el vector de la intensidad primaria. Se expresa habitualmente en minutos o en centirradianes.

Potencia nominal o de precisión. Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa en volt-amperes (VA) y a veces en ohms, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa de características del aparato.

Para escoger la potencia nominal de un transformador, se suman las potencias de las bobinas de todos los aparatos conectados en serie con el devanado secundario, más las pérdidas por efecto joule que se producen en los cables de alimentación, y se selecciona el valor nominal inmediato superior. Los valores normales de la potencia de precisión son: 2,5 - 5 - 10 – 15 - 30 y hasta 60 VA.

Frecuencia nominal. Valor de la frecuencia en la que serán basadas todas las especificaciones y que será de 50 Hz.

Clase de precisión para medición. La clase de precisión se designa por el error máximo admisible, en por ciento, que el transformador puede introducir en la medición, operando con su corriente nominal primaria y la frecuencia nominal.

Clase de precisión para protección. Los transformadores con núcleos para protección, se diseñan para que la corriente secundaria sea proporcional a la primaria, para corrientes con valores de hasta 30 veces el valor de la corriente nominal.

Resistencia de los transformadores de corriente a los cortocircuitos. Esta resistencia está determinada por las corrientes de límites térmico y dinámico definidas como:

Corriente de límite térmico. Es el mayor valor eficaz de la corriente primaria que el transformador puede soportar por efecto joule, durante un segundo, sin sufrir deterioro y con el circuito secundario en cortocircuito. Se expresa en kiloamperes eficaces o en múltiplos de la corriente nominal primaria.

Mantenimiento de Transformadores

Cuando existen fallas en sus transformadores, existe la posibilidad de realizar la reparación en sitio, para que usted ahorre costos y tiempo.

Sabemos que la falla de transformadores implica problemas serios. El principal es, sin duda, la suspensión del servicio de energía eléctrica en la planta, situación que debe solucionarse lo antes posible. Determinando el alcance del daño, analizamos la posibilidad de una reparación en sitio con el consecuente ahorro en costo y en tiempo.

Pruebas de diagnóstico y características físicas

• ·         Resistencia de aislamiento
• ·         Relación de transformación
• ·         Factor de potencia a los devanados
• ·         Corriente de excitación
• ·         Resistencia óhmica
• ·         Collar caliente a boquillas
• ·         Factor de potencia a boquillas
• ·         Análisis de aceite aislante
• ·         Hermeticidad
• ·         Humedad residual
• ·         Medición de punto de rocío
• ·         Prueba de simulación de alarmas en equipos de protección

Revisión y cambio de accesorios

• ·         Indicador de nivel de aceite
• ·         Indicador de temperatura
• ·         Válvula de sobre-presión
• ·         Deshidratador de silica Gel
• ·         Sistema de ventilación
• ·         Relevador buchholtz
• ·         Radiadores desmontables
• ·         Boquillas de alta y baja tensión
• ·         Transformadores de corriente
• ·         Conectores para boquillas
• ·         Equipos de monitoreo en línea

Mantenimiento del transformador

Cuando el mantenimiento preventivo del transformador muestra que posee problemas de humedad, gases combustibles y/o productos de la oxidación, fugas de aceite, puntos de oxidación, ente otros, ciertos trabajos de mantenimiento correctivo deben ser realizados.

Dentro de las actividades existentes en el mantenimiento correctivo del transformador podemos encontrar:

• ·         Deshidratación del transformador
• ·         Desgasificacion del transformador
• ·         Remoción de sedimentos (desenlodar el transformador)

PLAN DE MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES

Uno de los pasos más importantes que hay que tomar cuando se decide iniciar un plan de mantenimiento moderno en los transformadores, es establecer una frecuencia para realizar las diferentes pruebas. En el mantenimiento moderno, se contempla lo siguiente:

• ·         Pruebas Eléctricas de Campo.
• ·         Pruebas Físico-Químicas y de Furanos.
• ·         Análisis de gases disueltos.

Mantenimiento de los transformadores de corriente

El mantenimiento de los transformadores de corriente es basado en la determinación de la resistencia de su aislamiento junto con la medición de la rigidez dieléctrica de su aceite.

Pruebas para obtener un diagnostico acerca del estado del transformador

Las más comunes son pruebas del factor de potencia del aislamiento, contenido de humedad, tensión interfacial, acidez, entre otras. Para ello es necesario contar con un plan de mantenimiento preventivo donde se establezca todas las actividades a que requiera realizar.

Importancia del mantenimiento preventivo en los TC

El mantenimiento preventivo de los transformadores de corriente representa una herramienta clave en la gestión de las redes de transmisión y distribución eléctrica.

Los sistemas eléctricos requieren de máxima confiabilidad y aunque el riesgo de falla en un transformador es bajo, cuando la falla ocurre inevitablemente se incurre en altos costos de reparación y largos periodos de espera. Por otro lado, los transformadores son equipos de costoso reemplazo, por lo que se debe contar con un adecuado programa de mantenimiento para prolongar su vida útil.

Serie de actividades que se debe efectuar para el mantenimiento del transformador de corriente de los cuales se mencionan a continuación:

• ·         Efectuar la toma de lectura de las corrientes, de los voltajes descarga y de la temperatura del aceite así como la de los devanados.
• ·         Revisión del nivel de aceites.
• ·         Verificar la existencia de fugas de aceite en tuberías y uniones del tanque.
• ·         Revisión de la válvula de sobrepresión.
• ·         Realizar una inspección visual de los pasa tapas/aisladores y pararrayos en busca de rajaduras, grado de limpieza y contaminación, así como también se efectuar la revisión el sistema de puesta a tierra. Por otro lado se debe realizar una cromatografía de gases del aceite.
• ·         Limpieza del pasa tapas y aisladores.
• ·         Realizar reparaciones menores (cambio de pernos en mal estado, cambio de empaquetaduras en mal estado, ajuste de conexiones y pernos, etc.).
• ·         Efectuar una limpieza completa de los equipos de desconexión del transformador junto con la lubricación de los mismos.
• ·         Efectuar una inspección interna al transformador y a las partes mecánicas, eléctricas internas y especialmente los contactos del cambiador de taps.

 Pruebas que se le aplican a los transformadores de corriente

• ·         Las nueve pruebas al aceite dieléctrico. Se efectúa realizando tomas de lecturas de la temperatura promedio del aceite < 80º.
• ·         Prueba termografía infrarroja. Se realiza para buscar los "puntos calientes", de conexiones en mal estado, porcelana rota, etc.
• ·         Realizar pruebas de factor de potencia de aislamiento al aceite y a los pasa tapas.
• ·         Pruebas eléctricas básicas al transformador. Consiste en medir el factor de potencia y resistencia de aislamiento.
• ·         Pruebas eléctricas al cambiador de taps bajo carga (factor de potencia del aislamiento y resistencia DC) para cada tap.
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Vinculación con las líneas de investigación del PNFE.

El Programa Nacional de Formación en Electricidad (PNFE), como parte concreta del Sistema de Educación Bolivariana, debe ser instrumento para el desarrollo de las fuerzas productivas, necesario para la creación de la base material requerida para el transito socialista de la sociedad venezolana, enmarcado en la plena realización de los objetivos estratégicos establecidos en el Plan de Desarrollo Nacional.

Por lo tanto, el desarrollo de las fuerzas productivas requiere de la liberación de las facultades creativas y de innovación de los futuros profesionales venezolanos a través de la elevación del conocimiento, conciencia revolucionaria y del pensamiento científico crítico, sustentados en la metodología dialéctica, a través de la interacción constante entre practica y teoría, entre los abstracto y lo concreto y entre el todo y las partes, de manera que se desarrollen facultades analíticas flexibles propias de la tradición evolutiva del hombre y la sociedad humana. 

Misión

Formar profesionales en el área de la electricidad con pensamiento crítico, científico y humanista, considerando todos los aspectos socio-económicos del entorno regional y nacional con un alto nivel de conciencia que le permita ubicar su rol transformador dentro de la sociedad, entendiendo cuáles son sus deberes dentro del proceso de desarrollo de las fuerzas productivas nacionales.

El tema de los transformadores de corrientes es esa muy ligado a la carrera de electricidad ya que el conocimiento técnico a cerca de estos equipos es de gran utilidad para cada electricista, ya que esta íntimamente orientado al campo donde tiene que desenvolverse un profesional de esta carrera u profesión, es por ello que el está analizando temas como estés no brindaran una gran cantidad de herramienta que nos permitirán enriquecer nuestros conocimiento técnicos.

Vinculación con el plan simón Bolívar.

Este tema tendrá como objetivo estratégico, el servir de instrumento concreto para contribuir con el Desarrollo de la Consciencia, basado en la fusión de la educación, el trabajo y la investigación. Tendrá como tarea fundamental para su consecución, el desarrollar de manera transversal la formación de los participantes para el ejercicio del Trabajo Liberador, Creador, como Deber Social, orientado hacia el desarrollo de las Fuerzas Productivas Nacionales, creando la base material requerida para el desarrollo de la sociedad Socialista. Estas acciones deben estar dirigidas a concebir la Energía Eléctrica como un Derecho Humano; ésta debe ser sencillamente un “valor de uso” y no una mercancía.

Suprema Felicidad Social: debe formar trabajadores con la Consciencia de Clase necesaria para la transformación de las relaciones sociales de producción, en unas sustentadas en las  empresas de Propiedad Social, caracterizadas por la Gestión Directa y Democrática por parte de todos sus trabajadores y trabajadoras, desarrollando sus capacidades básicas para el trabajo productivo y colectivo, orientado a elevar la productividad con el propósito de satisfacer las necesidades reales del pueblo y de incluir a los excluidos en el proceso productivo nacional.

Ejercicio de la Democracia Protagónica, Participativa y Revolucionaria:

En cuanto al ejercicio de la Democracia Protagónica, Participativa y Revolucionaria, el PNFE debe formar un profesional comprometido a:

• ·         Conducir la Nación hacia la soberanía energética e independencia científico-tecnológica, haciendo uso de su habilidad y destreza como agente innovador y multiplicador, para compartir y desarrollar el conocimiento en las comunidades organizadas.
• ·         Incentivar la participación y protagonismo democrático a través del planteamiento de  proyectos endógenos, fortaleciendo el vínculo institución-empresa-comunidad a nivel local, regional y nacional, con el fin de promover la equidad, eficacia y eficiencia de la acción pública