Un transformador de corriente (CT) es un dispositivo utilizado con un sistema de medición/protección para medir grandes cantidades de corriente/niveles que no son directamente medibles; convierte corriente de 400, 1000 y 3000 A en un valor utilizable de 5 o 1 A. Este cambio ocurre bajo ciertas condiciones que deben ser seguidas por el dispositivo CT: la polaridad debe ser correcta, la carga debe ser precisa, el cableado secundario nunca debe estar expuesto a un circuito abierto mientras la corriente esté fluyendo. El manual incluye especificaciones sobre la conexión del cableado de los CTs con dispositivos de medición, relés y monitoreo, cómo configurar el cableado paso a paso y la forma en que los modelos trifásicos deben ser cableados.
En caso de que la corriente primaria o el conductor conectado al dispositivo se permita pasar a través del transformador P1 y P2, entonces la lectura registrada en los terminales secundarios P1 y P2 podría ser incorrecta debido al hecho de que S1 podría no coincidir con P1 en todos los casos, lo que lleva a una lectura de voltaje de la corriente en las conexiones S1 S2. Al usar un solo transformador, ambas conexiones S1 y S2 no se utilizan con respecto a todas las conexiones trifásicas. No hay ningún requisito para otro método de conexión si se utiliza un solo CT, ya que siempre será una conexión directa para los dos de S1 y S2. En caso de cableado trifásico, el transformador debe ser conectado utilizando el método de conexión “Y” o estrella, donde S1 se conecta a las tres entradas de instrumentos, mientras que el uso de conexiones S2 se realiza en el punto de unión donde S2 se conectará al punto común de estrella, independientemente de cualquiera de los dos métodos anteriores que se utilicen.
Lo que hace un transformador de corriente y por qué la conexión es importante
Los CTs son transformadores especializados que solo pueden funcionar de una manera: tomando la corriente primaria y produciendo una corriente secundaria proporcional mientras garantizan el aislamiento del circuito primario. Un CT 400/5 produce cinco amperios en el secundario cuando la primaria tiene una corriente eléctrica de 400 amperios. Además, proporciona dos y medio amperios a media carga, y el medidor o relé conectado interpretará esta información y la llevará de vuelta a la primaria.
| Tipo de CT | Construcción | Uso típico |
|---|---|---|
| CT de barra primaria (ventana) | La primaria es una barra fija o el busbar pasa a través de la ventana | Equipos de conmutación, medición en panel, adaptación alrededor de barras existentes |
| CT de primaria enrollada | La primaria es un devanado llevado a terminales (P1/P2) | Aplicaciones de baja relación y relación especial |
| CT de núcleo dividido | Abrazaderas alrededor de un conductor existente sin desconexión | Monitoreo de energía de adaptación, sub-medición |
| CT de buje | Integrado en un transformador o buje de interruptor | Protección de transformador y equipos de conmutación |
| CT de equilibrio de núcleo (cero-secuencia) | Todos los conductores de fase pasan a través de un núcleo | Detección de fallas a tierra y medición de fugas sensibles |
Hay dos factores importantes que muestran cómo debe conectarse un CT. La relación para la corriente secundaria significa cuánta corriente proporcionará el CT para una cierta corriente primaria (por ejemplo, 400/5 o 1,000/1). La carga en VA indica la cantidad de carga (medición y relé) que debe estar conectada al CT sin afectar su rendimiento. Así, si un CT está funcionando de acuerdo con la relación correcta pero está sobrecargado de manera inapropiada, las lecturas no serán precisas.
Terminales y polaridad: P1, P2, S1, S2
Los terminales del CT se adhieren a una convención establecida por la cual el cableado siempre es inequívoco una vez que se entienden las letras:
| Terminal | Significado | Regla de conexión |
|---|---|---|
| P1 | Lado primario, marcado con polaridad | Generalmente enfrenta a la fuente (el lado de entrada del conductor) |
| P2 | Lado primario, no marcado | Enfrenta a la carga |
| S1 | Secundario, corresponde a P1 | Se conecta a la entrada del instrumento marcada como S1 (o la entrada de “línea”/polaridad) |
| S2 | Secundario, corresponde a P2 | Se conecta a la entrada del instrumento marcada como S2, o al punto estrella/común en esquemas trifásicos |
La regla de polaridad es una fuente importante de fallos en la puesta en marcha. Debido a que S1 siempre debe coincidir con la entrada S1 del instrumento, y P1 con la fuente, un cambio en la orientación del CT o en la conexión de S1 a S2 hará que las corrientes medidas se inviertan. Las aplicaciones de protección sensibles a la dirección pueden fallar, así como las lecturas de potencia (kW) en las que la importación puede mostrarse como exportación. Por otro lado, K y L como marcas pueden ser utilizadas por algunos fabricantes, el principio sigue siendo el mismo (K debe corresponder a P1 y L a P2), lo que significa que la placa de identificación debe dictar el cableado y no el modo de vida.
Las tres configuraciones de cableado que realmente utilizarás
Casi cada instalación de CT se divide en tres tipos de configuración:
- Un CT utilizado en conjunto con un solo instrumento. Un CT con un medidor o sensor: S1 se conecta a S1 del instrumento, y S2 se conecta a S2 del instrumento, mientras que el lado secundario está conectado a tierra en un punto (generalmente en el panel del instrumento). Esta es la forma estándar de usarlo para un panel de alimentador dedicado o monitoreo de corriente de motor. El mismo procedimiento se repite tres veces en el caso de medición trifásica de cuatro hilos.
- Uso de tres CT en una configuración en Y para medición y protección trifásica. Aquí, todos los tres cables S1 están conectados a la entrada de corriente correspondiente del instrumento, mientras que todos los tres cables S2 se llevan a un único punto estrella. Este punto estrella es el lugar donde el secundario está conectado a tierra. La configuración en estrella se utiliza como la configuración predeterminada para medidores de energía trifásicos y medidores de potencia, ya que proporciona una copia precisa de las corrientes de fase y también proporciona un camino para los desequilibrios de corriente.
- Un CT de equilibrio de núcleo se utiliza para la detección de fallas a tierra. En este caso, todos los tres conductores de fase (y el neutro, dependiendo de la aplicación) pasan a través del núcleo de un CT. En una condición normal, la suma vectorial de las corrientes es igual a cero, por lo que el secundario del CT lee cero; cualquier falla a tierra conduce a que alguna corriente regrese a través de tierra en lugar de a través del neutro y produce una señal residual que es detectada por el relé de falla a tierra. El cableado es menos complicado en esta configuración (solo dos cables secundarios van al relé), pero se deben cumplir ciertas reglas físicas: no se pueden pasar otros cables a través del núcleo, y el blindaje o armadura del cable no puede crear una ruta paralela que cancele la corriente residual.
Si el mismo CT necesita proporcionar datos tanto para un medidor como para un relé de protección, entonces las dos cargas se cablean en serie (el medidor primero, luego el relé, o utilizando núcleos alternativos si el CT tiene múltiples secundarios) y no en paralelo o con núcleos no utilizados. La filosofía de protección detrás de las conexiones residuales se explica más a fondo en nuestra conceptos básicos de protección contra fallas a tierra guía.
El diagrama de conexión del CT, explicado
Uno debe leer un esquema de cableado de CT comenzando desde el lado primario y terminando en el instrumento. Este es un ejemplo de cómo se vería una instalación de medición trifásica cuando se presenta en un diagrama:
| Desde | opcional | Conductor |
|---|---|---|
| Conductor de fase A (lado de la fuente) | CT-A P1 | Circuito primario — no cableado de CT |
| CT-A S1 | Entrada de corriente del medidor IA (S1) | 5-4 mm² cobre, 600 V nominal |
| CT-A S2 | Punto estrella | Mismo tamaño que S1 |
| CT-B S1 | Entrada de corriente del medidor IB (S1) | Mismo tamaño |
| CT-B S2 | Punto estrella | Mismo tamaño |
| CT-C S1 | Entrada de corriente del medidor IC (S1) | Mismo tamaño |
| CT-C S2 | Punto estrella | Mismo tamaño |
| Punto estrella | Tierra (solo un punto) | Conductor de puesta a tierra según el código local |
| Cada par S1/S2 | Bloque de terminales de cortocircuito/prueba | Instalado entre el CT y el instrumento |
Si su proyecto tiene un diagrama de cableado suministrado, debe usarse como el documento fuente principal. Sin embargo, se deben utilizar las siguientes tres convenciones para verificarlo antes de finalizar la instalación: uso de emparejamiento S1 a S1, uso de un solo punto de tierra y presencia de un mecanismo de cortocircuito en el circuito. Cualquier discrepancia en estos tres aspectos puede llevar a una puesta en marcha inadecuada y crear condiciones inseguras.
Paso a paso: cómo cablear un transformador de corriente
- El primer paso es verificar los datos del CT y comprobar las demandas del instrumento. Verifique la placa de identificación para la relación, la clasificación de precisión, la carga (VA) y las marcas de polaridad. Confirme que la clasificación de entrada del instrumento (1 A o 5 A) sea consistente con el secundario del CT porque si un CT de 5 A se conecta a una entrada de 1 A, el instrumento leerá de manera inexacta por un factor de cinco y puede saturar la entrada.
- El dispositivo debe ser aislado, seguido de la verificación de la condición de muerto. El circuito primario debe estar desenergizado y se deben aplicar las medidas adecuadas de bloqueo/etiquetado. Es importante recordar que “incluso si el circuito primario ha sido aislado, puede haber un secundario de CT vivo que esté energizado desde otra fuente” y, por lo tanto, es importante considerar cada circuito de CT vivo hasta que se demuestre lo contrario.
- El siguiente paso es cortocircuitar el circuito secundario. El enlace de cortocircuito en el bloque de terminales de prueba debe cerrarse o se puede usar un dispositivo de cortocircuito adecuado para conectar S1 y S2. Este procedimiento elimina el peligro de falla del CT.
- El siguiente paso es encontrar la polaridad que implica localizar los puntos P1 y P2 del primario, así como S2 y S1 para el secundario. Es esencial confirmar que la orientación primaria (donde P1 apunta hacia la fuente) y la disposición física coinciden con el diagrama.
- Seleccione el cable secundario adecuado. Se deben utilizar conductores de cobre del tamaño apropiado tanto para la carga como para la longitud del recorrido (estándar 2.5 mm², 600 voltios) con el objetivo de evitar correr conductores de potencia en la funda mientras se logran las tres fases.
- La terminación debe realizarse en el instrumento con S1 en la entrada S1 (polaridad) del instrumento y S2 en la segunda entrada.
- Asegúrese de que haya una puesta a tierra en solo un punto, típicamente en el instrumento o en el panel de relés.
- Verifique los terminales para los ajustes de par según el fabricante y aplique etiquetas a las fases, incluida la etiqueta de relación.
- El enlace de cortocircuito debe ser retirado antes de que comience la prueba con la verificación de la relación y la polaridad.
- Encienda el circuito de energización para que el circuito esté leyendo correctamente en el instrumento con las tres fases siendo anotadas en la lectura actual.
Carga y dimensionamiento de cables: el cálculo que la mayoría de los instaladores omite
Los transformadores de corriente (CTs) tienen una carga nominal por encima de la cual no serán precisos. La carga total incluye todos los dispositivos conectados al secundario y la resistencia del cableado secundario:
- Carga del instrumento: esta es la carga en VA (o ohmica) especificada por el fabricante del medidor o relé. Puede variar según el tipo de instrumento, pero generalmente está en el rango de 0.2-1 VA por entrada de corriente para instrumentos electrónicos modernos y cargas más altas para relés electromecánicos más antiguos.
- Carga del cableado: la resistencia del cableado se calcula de la siguiente manera: 2 x longitud de un solo sentido x resistencia por metro (por ejemplo, la resistencia para cableado de cobre de 2.5 mm2 es aproximadamente 7.4 ohm/km), multiplicado por el cuadrado de la corriente secundaria. Dependiendo de la longitud del recorrido, no es raro que la carga del instrumento se exceda simplemente debido a la carga del cableado.
- Carga de conexión: la resistencia a través de los terminales y bloques de prueba es generalmente pequeña, pero si el total del cableado está cerca de la carga del CT, este valor debe ser incluido.
Si la carga total excede la clasificación del CT, no puede proporcionar lecturas precisas y puede saturarse durante corrientes de falla, que es cuando más se necesita la protección. Las posibles soluciones incluyen un recorrido de cable más corto, un conductor más grande, usar un instrumento de menor carga o comprar un CT con una clasificación de VA más alta.
Las clases de precisión en sí mismas — 0.5 y 1 para medición, 5P y 10P para protección — se explican en nuestra guía de clases de precisión de transformadores.
Y la lógica de selección de relación para una instalación dada, desde la corriente de carga y el nivel de falla hasta la elección final de la placa de identificación, se cubre en nuestra selección de relación de transformadores de corriente artículo.
Pruebas y verificación
Se utilizan tres pruebas para asegurar que un CT esté instalado correctamente antes de que se le permita llevar carga:
| Prueba | Lo que prueba | Método |
|---|---|---|
| Prueba de relación | El CT produce la corriente secundaria esperada para una corriente primaria conocida | Inyección primaria a una fracción de la corriente nominal, o un método de voltaje secundario para CTs grandes |
| Prueba de polaridad | S1 corresponde verdaderamente a P1 y el instrumento mide correctamente la potencia hacia adelante | Pulso de CC o inyección primaria con un instrumento sensible a la polaridad |
| Aislamiento y continuidad | Sin conductores secundarios cortocircuitados o abiertos, y con un aislamiento adecuado a tierra | Comprobaciones de resistencia de aislamiento y continuidad antes de la energización |
La verificación posterior a la energización es igualmente importante porque debe comparar las lecturas del CT con una lectura de un medidor de pinza en el lado primario, verificar que las lecturas sean consistentes en las tres fases, y confirmar que los circuitos de falla a tierra registren cero residuos en un alimentador sano. Donde el CT es parte de un esquema de protección, esa coordinación —y las referencias de puesta a tierra de las que depende— es el tema de nuestras fundamentos de puesta a tierra de transformadores guía.
Reglas de seguridad, y los errores que dañan el equipo
Los secundarios de los transformadores de corriente solo fluyen pequeñas cantidades de corriente a bajas tensiones—hasta que algo sale mal. Las siguientes son pautas obligatorias para tratar con circuitos de transformadores de corriente:
- Nunca abra los secundarios del circuito del transformador de corriente mientras el circuito primario esté energizado. El transformador de corriente intentará generar voltajes muy altos (cientos o miles de voltios) en los terminales secundarios cuando esté abierto, lo que llevará a una situación de sobrevoltaje extremo, saturación del núcleo, sobrecalentamiento y potencialmente explosión e incendio.
- Conecte el secundario del transformador de corriente a tierra solo en un punto. Conectar a tierra en dos puntos causará que una corriente innecesaria circule a través de la tierra, contribuyendo a una medición incorrecta y potencialmente causando un disparo innecesario del equipo de protección.
- Evite instalar un interruptor o fusible en el circuito del transformador de corriente que no sea un bloque de prueba de tipo cortocircuito. Los circuitos estándar pueden fallar abiertos, lo que crea la misma condición que un circuito abierto.
- No deje núcleos de transformador de corriente de repuesto abiertos. Cortocircuite las bobinas no utilizadas y anótelas en el dibujo, o los futuros técnicos pueden llevar incorrectamente al personal de servicio a asumir que son circuitos abiertos.
- Asegúrese de observar la polaridad adecuada en cada conexión. Las conexiones S1 a S1 y P1 a fuente no son convenciones arbitrarias que se pueden cambiar más tarde.
- Mantenga los cables del transformador de corriente alejados de los cables de potencia y de variadores de frecuencia (VFD), y no pase el transformador de corriente alrededor de solo una parte del conductor en un esquema de balance de núcleo.
Dos puntos prácticos más a recordar son que un transformador de corriente debe estar conectado con la clasificación de entrada del instrumento que coincida con la clasificación secundaria del transformador (ya sea 1A o 5A) y que el conductor primario debe pasar a través de la ventana en una sola dirección. Pasar una barra o cable de regreso a través del núcleo en sentido inverso invertirá la polaridad efectiva del transformador de corriente. Para los medidores que deben ser retirados para calibración, el bloque de prueba debe ser del tipo que cortocircuite automáticamente el CT cuando el instrumento se desconecta; las prácticas de cableado alrededor de los medidores y transformadores de instrumentos también se cubren en nuestra guía de instalación del transformador de corriente.
Preguntas Frecuentes
¿Cuáles son las desventajas de usar un transformador de corriente?
Hay varias desventajas; tener un secundario en circuito abierto es peligroso ya que crea la posibilidad de lesiones graves; el cálculo de la carga conectada debe hacerse correctamente, de lo contrario se producirán lecturas inexactas; la polaridad incorrecta puede resultar no solo en lecturas inexactas sino también en dispositivos de protección que no funcionen; hay un pequeño desfase introducido por el CT que resulta en una ligera inexactitud en las mediciones; gasto adicional y espacio en el panel; es necesario un dimensionamiento adecuado, de lo contrario, el CT se saturará durante una condición de falla. Aunque los medidores electrónicos modernos reducen algunos de los problemas asociados con estas desventajas, no se pueden eliminar todos.
¿Cómo se cablean los transformadores de corriente?
Para conectar el conductor primario a través del CT hay P1 (el lado de la fuente) y P2 (el lado de la carga) o la línea se pasa a través de la barra / ventana. El lado secundario será S1 y S2 con S1 correspondiente a P1. El S1 y S2 llevarán a un medidor, relé o transductor directamente para un solo CT o en una configuración estelar para medición trifásica (tres S1 al medidor y tres S2 acoplados a un punto de estrella a tierra, etc.). Hay un bloque de terminales de cortocircuito/prueba montado en la unión del CT y el instrumento.
¿Importa qué cable va dónde en un transformador?
Para cualquier transformador sí; sin embargo, los CT tienen requisitos únicos. Esto se debe a que los cables tienen una polaridad específica (es decir, S1 correlacionando con P1). Al invertir estos dos cables, se provoca que la corriente fluya en la dirección opuesta, creando lecturas de potencia inexactas junto con la posibilidad de que los dispositivos de protección no funcionen. Esto es aplicable en ambos transformadores con respecto a los cables primarios y secundarios.
¿Cómo se conecta un transformador eléctrico?
En el caso de un transformador de instrumento como un CT: verifique la relación y la carga, aísle el transformador y compruebe que esté muerto, cortocircuite el lado secundario, identifique qué cable corresponde a P1 y qué cable corresponde a S1; conecte el cable secundario del tamaño correcto de tal manera que S1 y S2 lleven a las entradas respectivas del instrumento, conecte a tierra el secundario en un punto, etiquete y apriete la conexión, retire la conexión a tierra; y finalmente inyecte un estándar conocido en el sistema para verificar la polaridad y la relación. El proceso para conectar un transformador de potencia difiere de este procedimiento, pero aún requiere que la persona verifique las calificaciones, la polaridad, la conexión a tierra y las pruebas antes de energizar la carga.
Referencias
- IEEE — C57.13, Requisitos Estándar para Transformadores de Instrumento
- IEC — Serie 61869, Transformadores de Instrumento
- NFPA — Código Eléctrico Nacional (Circuitos de Transformadores de Instrumento)
- NETA — Especificaciones de Pruebas de Aceptación para Equipos de Potencia Eléctrica
Conclusión
La instalación del transformador de corriente tiene mucho peso aunque pueda parecer una tarea sin importancia. La función del transformador de corriente es reducir la cantidad de corriente primaria que fluye a través del cable a una lectura segura para el medidor o relé. Por lo tanto, puedes ver cuán importante es esta tarea a largo plazo. Para el cable primario (P1) tendrás que llevar el cable a la fuente, mientras que el cable secundario (S1) irá del transformador de corriente al medidor o relé. Si estás cableando medidores trifásicos, los circuitos deben ser cableados en un patrón de estrella y aterrizados en un solo punto a tierra. Usa un CT de balance de núcleo para corrientes residuales; asegúrate de dimensionar el cable secundario adecuadamente de acuerdo con la carga de la carga. Siempre usa un bloque de prueba para cortocircuitar el circuito antes de energizarlo y nunca rompas el circuito mientras la corriente esté fluyendo a través del lado primario. Asegúrate de verificar las lecturas primero usando inyección primaria y luego registra la relación en la hoja para referencia futura.