El dispositivo utilizado en subestaciones eléctricas para convertir la corriente primaria a un nivel más bajo y específico se conoce como transformador de corriente (TT/CC). Este equipo se conecta en serie al sistema eléctrico y proporciona la medida de corriente a los equipos secundarios como medidores de energía, protecciones, controladores de bahía, entre otros.
La especificación de los TT/CC es vital y debe realizarse considerando las exigencias normativas del país y las condiciones del proyecto. La norma IEC 61869-2 es una guía internacional que establece las directrices para especificar los transformadores y sus requisitos.
El núcleo de medida se utiliza específicamente en equipos de medición, como medidores de consumo y controladores de equipos. Estos núcleos tienen la particularidad de saturarse rápidamente ante fallas, ya que su diseño se enfoca en monitorear de forma constante el circuito eléctrico asociado a su instalación en condiciones normales de trabajo.
La norma IEC 61869-2 establece los límites de error de corriente y desfase para los transformadores de corriente con núcleos de medida y especifica tres datos importantes: la Clase de Precisión, el Factor de Seguridad y el Burden.
La "Clase de Precisión" de los núcleos de medida puede ser 0,1 - 0,2 - 0,2S - 0,5 - 0,5S - 1 - 3 - 5, según la norma IEC 61869-2. En las tablas de la norma se pueden apreciar los límites de error correspondientes a cada una de estas clases de precisión para los núcleos de medida.
La norma IEC 61869-2 se aplica a los transformadores de corriente inductivos recién fabricados para su uso con dispositivos eléctricos de protección y/o medición eléctrica, con una frecuencia nominal que oscila entre 15 Hz y 100 Hz.
Esta norma proporciona pautas para la especificación y el funcionamiento adecuado de los transformadores de corriente en condiciones normales de servicio y en caso de falla.
Es importante tener en cuenta que los transformadores de corriente tienen núcleos de corriente secundarios y se clasifican en núcleos de medida o núcleos de protección, dependiendo de su finalidad.
Las clases de precisión del TTCC dependerán de su aplicación específica. Las Clases 0.1 y 0.2 se utilizan en mediciones de alta precisión en sistemas de control de procesos industriales y en medidores de energía eléctrica, mientras que la Clase 0.2S se utiliza en sistemas de control de procesos que requieren una alta precisión y una respuesta rápida en condiciones de desequilibrio en la carga. Las Clases 0.5 y 0.5S se utilizan en sistemas de medición de energía eléctrica y para la protección de equipos eléctricos en subestaciones de distribución y transmisión, la Clase 1 se utiliza en sistemas de medición de energía eléctrica y para la protección de equipos eléctricos en subestaciones de distribución y transmisión, la Clase 3 se utiliza en sistemas de medición de energía eléctrica para aplicaciones comerciales y la Clase 5 se utiliza en sistemas de medición de energía eléctrica para aplicaciones residenciales.
Para limitar la corriente secundaria del TTCC y garantizar la seguridad del equipo de medición, se establece un Factor de Seguridad que indica la sobrecorriente como un múltiplo de la corriente nominal en la cual el núcleo de medida alcanza la saturación. Generalmente, se utilizan valores típicos de 5 o 10 para el factor de seguridad, siendo más seguro cuanto menor sea este valor. Es importante destacar que el factor de seguridad es un valor máximo y solo es válido a carga nominal. Sin embargo, si la carga es menor que la nominal, el factor de saturación aumenta y esto está relacionado con la carga nominal, la resistencia interna, la corriente secundaria del TTCC y el factor de seguridad.
Los núcleos de protección debe ser seleccionados para no saturarse en caso de fallas, a diferencia de los núcleos de medida. La razón detrás de esto es que las medidas tomadas por los núcleos de protección son cruciales para los sistemas de protección, los cuales deben funcionar de acuerdo a su programación y dependen del propio sistema eléctrico. Es importante recordar que la parametrización de las protecciones depende de estudios eléctricos que consideran las condiciones y topología del sistema eléctrico del país, lo que influye en el funcionamiento de un TTCC en condiciones de falla.
Los núcleos de protección se clasifican según su Clase de Protección, Factor Límite de Seguridad (ALF) y Burden. Las características específicas de cada clase dependen de las necesidades del proyecto y están establecidas por la norma IEC 61869-2. La precisión del núcleo está relacionada con la sobrecorriente indicada por el ALF, que es un múltiplo de la corriente nominal primaria. El burden secundario afecta directamente al ALF.
El factor de sobrecorriente también varía con las fluctuaciones de carga en los núcleos de protección, de la misma manera que ocurre con los núcleos de medida. El ALF se puede calcular utilizando la carga nominal en VA, el valor actual del burden, la corriente nominal secundaria y la resistencia interna del devanado referida a 75 °C.
El Burden nominal o potencia nominal es la potencia ajustada para la corriente secundaria nominal, y se indica en la placa de características del transformador. La carga total se puede determinar sumando las potencias de los dispositivos conectados y las pérdidas en los conductores debido al efecto Joule. Las designaciones de carga varían según la norma de diseño del transformador, y en la norma IEC 61869-2 se especifica directamente el valor de la potencia en VA, mientras que en IEEE se indica el valor del burden en ohmios.
En resumen, la precisión y el funcionamiento de los núcleos de protección dependen de varios factores, incluyendo la clase de protección, el ALF y el burden nominal. Estos aspectos deben ser cuidadosamente considerados para garantizar la protección adecuada del sistema eléctrico.
Como se ha mencionado anteriormente, los límites de error de los transformadores de corriente están estrechamente relacionados con la carga que se conecta a ellos. La carga debe cumplir ciertos criterios, como se establece en la norma IEC 61869-2, en el apartado 5.6.201.3 "Límites de error de corriente y desfase en los transformadores de corriente para mediciones". En resumen, para las clases 0.1, 0.2, 0.2S, 0.5, 0.5S y 1, el error de corriente y desfase no deben superar los valores indicados en las tablas 201 y 202, siempre que la carga secundaria esté entre el 25% y el 100% de la carga nominal. En cambio, para las clases de precisión 3-5, el error de corriente y desfase no deben superar los valores de la tabla 203 cuando la carga secundaria esté entre el 50% y el 100% de la carga nominal.
Es importante destacar que la norma IEC 61869-2 no establece condiciones para el cumplimiento de los errores de corriente en los núcleos de protección en función de la carga conectada. La norma se refiere solo a los errores de corriente y desfase en relación con la precisión del núcleo. Asimismo, la carga también es un factor relevante en el análisis de saturación de los transformadores de corriente. Por lo tanto, se debe incluir la carga en los análisis de saturación del TTCC tanto en régimen permanente como transitorio.
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