Precisión y Burden en Transformadores de Corriente

Los Transformadores de Corriente (TC) tienen varios parámetros que deben especificarse cada vez que se comienza un nuevo proyecto, o una modernización de subestaciones eléctricas. Principalmente, el núcleo del TC debe adaptarse a cada aplicación particular en términos de precisión y de burden.

Cuando se diseña una subestación eléctrica, se debe tomar en cuenta que para cada transformador de corriente se pueden combinar núcleos diferentes. Normalmente se especifican uno o dos núcleos para fines de medición, y dos o más núcleos para fines de protección.

En este artículo daremos un resumen acerca de las diferencias entre un Núcleo de Medición y un Núcleo de Protección acorde a las normativas IEC e IEEE.

Clases de precisión de Transformador de Corriente según IEC 60044-1
Clases de Precisión y Burden para Medición Comercial según IEC 60044-1. Fuente: ABB Instrument Transformers Application Guide.

Precisión de Transformador de Corriente para Medición Comercial

La salida requerida de un Transformador de Corriente depende de la aplicación. Por ejemplo, si el objetivo de la medición de la corriente es comercial, entonces se requerirá una alta precisión, una baja carga de salida (Burden) y un bajo voltaje de saturación. En este caso, los TC deben funcionar en el rango de 5% a 120% de la corriente nominal según las clases de precisión.

  • Precisión de 0,2 o 0,5 para medición comercial según normativa IEC.
  • Precisión de 0,15 o 0,3 o 0,6 para medición comercial según normativa IEEE.

Cabe destacar que, cada vez que se habla de «medición comercial» se refiere a que se conectará un Dispositivo de Medición al TC (además de ser conectado a un Transformador de Voltaje) con el objetivo de medir Potencia (kW, kVar), Corriente (A) y Energía (kWh o kVArh) bajo condiciones normales de carga. Incluso, esos dispositivos de medición pueden servir para análisis de calidad de energía, y para propósitos de facturación de la energía consumida.

Clases de precisión en transformadores de corriente para medición comercial según IEEE C57.13
Clases de Precisión en Transformadores de Corriente para Medición Comercial según IEEE C57.13. Fuente: ABB Instrument Transformers Application Guide.

Núcleos de TC para Medición Comercial

Es importante tomar en cuenta que los dispositivos de medición de energía tienen poca capacidad para soportar altas corrientes. Por lo tanto, para evitar que estos dispositivos se dañen por altas corrientes durante condiciones de falla, el núcleo del TC de medición comercial debe saturarse típicamente entre 5 y 20 veces la corriente nominal.

El Factor de Seguridad o Factor de Servicio (FS) nominal del dispositivo de medición indica la sobrecorriente como un múltiplo de la corriente nominal a la que se saturará el núcleo de medición. Es decir, limita la corriente secundaria a «FS» veces la corriente nominal. Dicho de otro modo, la corriente secundaria del TC está limitada cuando llega a un valor igual a FS multiplicada por la corriente nominal del secundario del TC. Por esta razón, también se le llama «Factor de Saturación» e influye en la precisión de los transformadores de corriente.

La seguridad del dispositivo de medición es mayor cuando el valor de FS es pequeño. Los valores FS típicos son 5 o 10. Este es un valor máximo y sólo es válido en la carga nominal (Burden nominal). De lo contrario, si la carga es inferior al Burden nominal del TC, aumentará el valor de saturación y el dispositivo de medición correrá el riesgo de percibir altas corrientes por encima de su capacidad de soporte. Es decir, el dispositivo de medición podría dañarse por sobrecorriente cuando ocurre una falla en el sistema primario.

Debido a lo anterior, es recomendable diseñar bien cuál será la carga del TC y especificar el Burden Nominal adecuado a la aplicación del proyecto y al dispositivo de medición que se pretende conectar en el secundario del TC.

Clases de precisión de transformadores de corrientes de protección según IEC 60044-1
Clases de Precisión y Burden de Transformadores de Corrientes de Protección según IEC 60044-1. Fuente: ABB Instrument Transformers Application Guide.

Precisión de Transformadores de Corriente para Relés de Protección

En el caso de los relés de protección y los registradores de perturbaciones, es imprescindible que toda la información sobre una perturbación primaria se transfiera al lado secundario sin saturación, para que los equipos de protecciones puedan ejecutar eficientemente su lógica de disparo.

Es decir, la medición en condiciones de falla en el rango de sobrecorriente requiere una precisión menor cuando se trata de relés de protecciones. Porque, es necesario que el relé de protección pueda medir esas altas corrientes para determinar correctamente cuál es la zona de protección en la que se encuentra la falla y evitar un disparo erróneo. De este modo, el relé podrá tomar la decisión de disparo acorde al criterio de selectividad, coordinación y seguridad que se haya diseñado en el sistema de protección de la subestación.

Las clases de precisión típicas de TC para relés de protección son:

  • Precisión 5P, 10P, PR, PX o TP para protección según normativa IEC.
  • Precisión C100-C800 para protección según normativa IEEE.
Clases de precisión de TC de protección según IEEE C57.13
Clases de Precisión de Transformadores de Corriente de Protección según IEEE C57.13. Fuente: ABB Instrument Transformers Application Guide.

Núcleos de TC para Relés de Protección

Los transformadores de corriente de protección funcionan en el rango de corriente por encima de las corrientes nominales. Las principales características de estos TC son:

  1. Tienen baja precisión. Por lo que se permiten errores mayores que para los núcleos de medición.
  2. Tienen alta tensión de saturación.
  3. Tienen poca o ninguna corrección de vueltas.

El voltaje de saturación viene dado por el factor límite de precisión (ALF: Accuracy Limit Factor). Este factor indica la sobrecorriente como un múltiplo de la corriente primaria nominal hasta la cual se cumple la precisión nominal con el Burden nominal conectado. Se da como un valor mínimo. El valor del ALF puede variar si se conecta una carga diferente al Burden nominal del TC.

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Conclusión

La Precisión de los Transformadores de Corriente no sólo depende de los datos de placa del fabricante del TC, sino que también depende de la aplicación correcta de ese TC. Si no se toma en cuenta el Burden nominal del TC para que corresponda a la carga real de los dispositivos que se conectan en el secundario del TC, entonces la precisión se verá impactada, los relés podrían hacer disparos erróneos y los medidores podrían dañarse por sobrecorriente. Incluso, en los casos de modernización de subestaciones eléctricas, se debe tomar en cuenta que las cargas de hoy en día en los relés y medidores son puramente resistivas y mucho más bajas que las cargas de hace varios años cuando se usaban relés y medidores electromagnéticos.

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Fuentes

ABB. Instrument Transformers. Application Guide.

High Voltage Current Transformers | Arteche

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