Transformadores de corriente en subestaciones: tipos, clases de precisión y guía de selección

Al entrar en casi cualquier subestación de distribución o transmisión, lo primero que nota son los elementos grandes: transformadores de potencia, disyuntores, barras colectoras, estructuras de acero. Los transformadores de corriente son fáciles de pasar por alto. Son los anillos sujetos alrededor de un cable, los núcleos apilados dentro de un cubículo de aparamenta o el pequeño tanque montado en un poste aislador. Sin embargo, casi todos los disparos de protección y cada kilovatio-hora que sale de esa subestación dependen de ellos.

en Transformador Detong de Zhejiang , construimos transformadores de tipo seco, transformadores sumergidos en aceite, reactores y aparamenta para subestaciones y sistemas de energía industriales, por lo que dedicamos mucho tiempo a la interfaz entre ese equipo y los transformadores de instrumentos que lo miden. Este artículo cubre qué hacen realmente los transformadores de corriente en las subestaciones, en qué se diferencian los tipos principales, cómo se deben leer las clases de precisión y qué detalles prácticos causan más problemas en el sitio.

Qué hace realmente un transformador de corriente en una subestación

Un transformador de corriente, o CT, reduce una corriente primaria grande a una corriente secundaria pequeña y segura que los relés, medidores y terminales remotos pueden leer. La relación la establece la relación de vueltas: un CT 600/5 con una sola vuelta primaria y 120 vueltas secundarias produce 5 A de corriente secundaria cuando fluyen 600 A por el conductor primario. Las clasificaciones secundarias estándar son 1 A y 5 A, y la elección entre ellas es una decisión del sistema más que una decisión del CT.

En esa simple descripción se incluyen dos funciones. La primera es la medición: convertir una corriente primaria ilegible en algo que un medidor pueda registrar con precisión. El segundo es el aislamiento: mantener varios cientos o miles de voltios alejados de un panel que un técnico puede abrir manualmente. Ambos son importantes y ambos dependen de tratar el TC como parte del sistema de protección y no como un accesorio pasivo.

La seguridad se deriva de la misma física. Un TC con un secundario abierto no tiene a dónde ir su corriente magnetizante, por lo que el voltaje a través de los terminales secundarios aumenta bruscamente. Esta es la razón por la que se instalan enlaces de cortocircuito en los bloques de prueba y por la que los circuitos secundarios nunca deben abrirse bajo carga.

Los principales tipos de transformadores de corriente utilizados en subestaciones.

Tipos de herida, barra primaria y ventana

• Los TC primarios bobinados llevan el devanado primario como espiras reales en el núcleo, lo que se adapta a relaciones bajas y corrientes moderadas.
• Los CT de barra primaria utilizan el propio conductor primario como una sola vuelta, lo que brinda un diseño mecánicamente robusto y de alta corriente.
• Los TC de ventana o de anillo no tienen ningún devanado primario; el instalador pasa el cable o barra colectora a través de la abertura. Son compactos, flexibles y comunes en trabajos de modernización.

Diseños de casquillo, toroidal y de equilibrio central

Los transformadores de corriente con casquillos se deslizan sobre los casquillos de transformadores de potencia, disyuntores o terminaciones de cables, lo que ahorra espacio y costos en bahías de alto voltaje. Los CT toroidales envuelven un núcleo alrededor de un solo conductor y son populares en aparamentas de media tensión. Los CT de equilibrio de núcleo, a veces llamados CBCT, suman las corrientes trifásicas dentro de un núcleo de modo que cualquier corriente residual produzca una salida, la base de la protección sensible contra fallas a tierra en alimentadores y circuitos de cables.

Entorno de aislamiento e instalación.

Las unidades interiores suelen estar fabricadas con resina epoxi, que es autoportante, resistente a la humedad y prácticamente no requiere mantenimiento. Los CT de exterior y de alto voltaje suelen estar aislados con aceite o gas, con carcasas de porcelana o compuestas y una disposición de nivel de aceite o densidad de gas que requiere comprobaciones periódicas. El entorno, no la proporción, suele decidir qué familia terminas especificando.

Clases de precisión, carga y rendimiento de protección

Los TI de medición y los TI de protección están diseñados para diferentes objetivos, y mezclarlos es uno de los errores de especificación más comunes que vemos. Un CT de clase de medición está optimizado para pequeños errores cerca de la corriente nominal. Un CT de clase de protección está optimizado para permanecer razonablemente preciso cuando la corriente de falla es muchas veces la corriente nominal.

Con cada clase de protección viajan dos números. El factor de límite de precisión, o ALF, indica cuántas veces la corriente nominal puede transportar el CT mientras permanece dentro de su límite de error compuesto. La carga, expresada en voltios amperios con un factor de potencia establecido, indica cuánta carga conectada puede manejar el CT. Los relés con entradas de baja carga hicieron la vida más fácil, pero agregar un segundo relé, un transductor o cables secundarios largos agota rápidamente el margen.

La saturación es la consecuencia práctica de ignorar ese equilibrio. Cuando el núcleo se satura, la corriente secundaria se detiene después de la corriente primaria, y un relé diferencial puede detectar una falla que no está ahí o pasar por alto una que sí está. Un ALF más alto, un núcleo más grande o un relé de menor carga suelen ser más baratos que descubrir el problema durante la puesta en servicio.

Dónde se ubican los transformadores de corriente en la línea de aparamenta

En las subestaciones de media tensión, la mayoría de los TI se encuentran dentro del cuadro. Un cubículo encerrado en metal generalmente lleva TI trifásicos en el lado del alimentador, un TI de equilibrio de núcleo alrededor del prensaestopas y, a menudo, un conjunto de TI en la entrada para medición. El espacio, la altura de la terminación del cable y la clasificación de cortocircuito del gabinete limitan lo que cabe físicamente.

Es por eso que la aparamenta y los transformadores de instrumentos deben seleccionarse juntos en lugar de en paquetes separados. Si desea ver más de cerca cómo funciona el lado del gabinete de la ecuación, nuestra guía para Tipos y aplicaciones de aparamenta de alta tensión. recorre las configuraciones principales.

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Para los sistemas de distribución de 24 kV, un cubículo blindado removible con gabinete metálico proporciona disyuntores extraíbles, compartimientos de CT dedicados y una ruta de conexión a tierra definida, una combinación que hace que el reemplazo de CT sea un trabajo de mantenimiento planificado en lugar de una interrupción de emergencia.

Transformadores de corriente y transformadores de potencia que protegen

En el propio transformador de potencia, los CT con frecuencia están integrados en los aisladores o montados en una torreta separada, alimentando protección diferencial, respaldo de sobrecorriente y medición. La selección de la relación debe seguir la corriente nominal del transformador y el nivel de falla esperado, y no al revés. Un transformador de 35 kV con una clasificación de 20 MVA necesitará un conjunto de relación de TI diferente al de una pequeña unidad de distribución en la misma red.

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Para subestaciones exteriores de 35 kV, el emparejamiento de transformadores de potencia sumergidos en aceite con transformadores de corriente con aislamiento nominal correcto mantiene la zona diferencial simple y el cableado secundario corto. Cuando la subestación se encuentra en el interior, en un sótano o dentro de un edificio de planta, el panorama cambia.

Instalaciones en interiores, pruebas y los errores que más cuestan

Las subestaciones interiores incorporan la carga de fuego y la ventilación a las especificaciones. Un transformador de tipo seco de resina fundida elimina el aceite, mantiene el cableado del CT en un ambiente limpio y seco y simplifica la ruta del cable hasta el tablero.

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Una vez que el equipo está en el sitio, unas cuantas comprobaciones deciden si la instalación de CT se comportará durante los próximos veinte años.

• Verifique la polaridad y la relación de cada núcleo antes de conectar los relés; una conexión P1/P2 o S1/S2 invertida invierte los elementos diferenciales y direccionales.
• Conecte a tierra el circuito secundario en un solo punto, normalmente en el TI o en el primer bloque de terminales, nunca en ambos extremos.
• Verifique la carga total después del cableado, incluida la resistencia del cable, los enlaces de prueba y todos los dispositivos en el circuito.
• Registre el punto de inflexión o las curvas de excitación para los núcleos de protección para que el análisis de fallas posterior tenga una base de referencia.
• Confirme que los enlaces de cortocircuito estén colocados y etiquetados antes de que comience cualquier trabajo secundario.

La puesta en servicio también es la última oportunidad para detectar una discrepancia entre la clase de CT y la configuración del relé. Si se ha aplicado un núcleo 5P20 a un esquema que espera un punto de inflexión definido, ningún ajuste de configuración solucionará el comportamiento de saturación.

Una breve lista de verificación de selección para CT de subestaciones

1. Confirme el rango de corriente primaria y la relación requerida, luego verifique la corriente soportada en cortocircuito y su duración.
2. Decida 1 A o 5 A secundario según la distancia del cable y la carga del relé.
3. Separe los núcleos de medición de los núcleos de protección y asigne una clase de precisión a cada uno.
4. Calcule la carga conectada y elija un ALF que cubra la corriente de falla en el peor de los casos con margen.
5. Haga coincidir el tipo de aislamiento, la clasificación interior o exterior y la disposición de montaje con la bahía.
6. Planifique el bloque de prueba, los enlaces de cortocircuito y la conexión a tierra secundaria antes de emitir el plano.

Los transformadores de corriente en las subestaciones rara vez llaman la atención en un diagrama unifilar, pero establecen el límite de qué tan bien puede funcionar el esquema de protección. Tratarlos como una parte diseñada de la bahía, elegida junto con el interruptor, el relé y el transformador de potencia, es la forma más sencilla de evitar sorpresas en la puesta en servicio.