Pregunte a cualquier ingeniero eléctrico qué dispositivo se utiliza para proteger un sistema trifásico contra fallos a tierra y corriente de fuga, y la respuesta probablemente será el transformador de corriente de balance de núcleo (CBCT), también conocido como transformador de corriente de secuencia cero (ZCT) o CT de fase cero. El CBCT es un anillo toroidal que permite que los conductores trifásicos y el conductor neutro, si se utiliza, pasen a través de él en todo momento mientras monitorea la suma de las corrientes y, por lo tanto, previene cualquier error de medición al rastrear una sola fase. El CBCT verifica que las corrientes trifásicas se cancelen entre sí a cero durante el funcionamiento normal, y la integridad del CBCT termina en el momento en que ocurre cualquier corriente de fuga o fallo a tierra en el sistema. El CBCT registra cualquier corriente no cero (residual) y envía una señal de disparo al relé de fuga a tierra a través de su devanado secundario, permitiéndole actuar en milisegundos. Así, la introducción del CBCT en el sector industrial proporciona una medida preventiva contra áreas inaccesibles para la ingeniería eléctrica.
En este artículo, el CBCT se definirá en términos operativos, se destacarán sus funciones, se definirán los tipos disponibles para su uso, se especificarán las áreas de uso, se establecerán diferencias para distinguir el CBCT del sistema CT convencional, se discutirán los fabricantes y se analizará el costo.
Respuesta rápida: Un transformador de corriente de balance de núcleo (CBCT), a veces llamado transformador de corriente de secuencia cero (ZCT) o CT de fase cero (ZPC), es en realidad un CT toroidal que pasa todas las tres fases. En circunstancias normales, la suma vectorial de las corrientes en las tres fases llevaría a un flujo neto cero en el núcleo, lo que resulta en una salida de voltaje cero en este caso. Sin embargo, si ocurre un fallo a tierra o si hay fuga de corriente, el equilibrio se rompe y una corriente residual fluye a través del núcleo, lo que permite que el CBCT envíe una señal al relé de fallo a tierra o de fuga para disparar el sistema en caso de que detecte una corriente de fuga de solo unos pocos miliamperios.
¿Qué es un transformador de corriente de balance de núcleo?
Los transformadores de corriente de balance de núcleo (CBCT) son transformadores de corriente únicos y especialmente diseñados que tienen forma de anillos, los cuales tienen un devanado secundario hecho sobre ellos. Los conductores trifásicos del sistema trifásico (es decir, ya sea tres cables de núcleo simple o un cable de tres núcleos) se introducen a través del orificio central del anillo y actúan como devanado primario para el transformador. La acción del CBCT no mide las fases individuales; más bien mide la suma vectorial de todo lo que hay dentro del anillo. En un sistema trifásico equilibrado, hay una suma cero de las cantidades vectoriales que nos da una salida secundaria cero para un circuito sano. Cualquier desequilibrio, como un fallo de fuga, resultaría en una salida secundaria que se inyectaría en el relé de fallo a tierra (EFR) o relé de fuga a tierra (ELR), que opera el interruptor automático.
El mismo aparato tiene muchos nombres diferentes, a saber, CT de balance de núcleo, CT de secuencia cero (ZCT), transformador de corriente de fase cero (ZPC) y transformador de corriente residual (RCT), que denotan el mismo tipo y principio de funcionamiento. La mayor parte del mundo se refiere a este aparato como CBCT. La familia completa de productos de transformadores de corriente a la que pertenece se cubre en nuestro transformador de corriente página.
Cómo Funciona: El Principio de Secuencia Cero
El principio de funcionamiento detrás de esto se basa en la ley de corrientes de Kirchhoff en magnetismo. En caso de un sistema trifásico normal,
IA + IB + IC = 0
Como las corrientes de las tres fases alcanzan su valor máximo simultáneamente y tienen un ángulo de desplazamiento de 120°, la suma de estas corrientes de fase es cero. Esto implica que los flujos magnetizantes producidos por ellas dentro de la forma toroidal se equilibran completamente, resultando en un flujo neto cero y sin corriente secundaria. Así, el relé de falla a tierra permanece inactivo. Así, vemos el concepto de balance de núcleo, donde la suma cero de corrientes ayuda a mantener el núcleo toroidal equilibrado.
Cuando hay una falla a tierra o fuga — ya sea cuando una fase entra en contacto con la carcasa del equipo o cuando la humedad entra en el equipo, la corriente no regresará a través de las fases a la fuente y tomará parte del circuito, lo que perturbará el equilibrio.
IA + IB + IC ≠ 0
La residual se llama las corrientes de secuencia cero que fluyen hacia el núcleo del toroide creando un flujo neto e induciendo una corriente secundaria en el devanado. El relé de falla a tierra detecta esta corriente y ordena operar el interruptor automático casi instantáneamente.
Tipos y Construcción
La clasificación de los CBCT se basa principalmente en su construcción y tamaño de ventana, no en la topología eléctrica:
- CBCT de anillo sólido (cerrado) — el diseño toroidal convencional por el cual los cables se pasan a través de la ventana durante la instalación — el más económico y ampliamente utilizado.
- CBCT de núcleo dividido — este tipo de CBCT se abre para rodear cables existentes sin tener que desconectarlos — utilizado comúnmente para la adaptación de circuitos eléctricos existentes debido a las limitaciones de trabajar dentro de un circuito en vivo.
- Clases de ventana/dimensiones — el diámetro del agujero central debe ser adecuado para el haz de cables que pasa a través; los tamaños típicos de agujeros son 40mm, 60mm, 80mm y 100mm de diámetros nominales, dependiendo del tamaño de los conductores (por ejemplo, ZCT-R40, R60, R80).
- Configuración de salida — un beneficio significativo de los CBCT es la disponibilidad de una relación secundaria como 50/1, 100/1, 200/1, 500/1 o 1000/1 salidas secundarias; especificaciones de salida que coinciden con la entrada en el relé — muchos relés vienen emparejados con CBCT fabricados por la misma empresa garantizando compatibilidad.
En sistemas trifásicos, las tres fases se miden a través de un solo anillo; en uso monofásico, los cables de fase viva y neutro pasan juntos a través del anillo para permitir la medición del desequilibrio en el circuito. La selección de la relación y clase de precisión para cualquiera de estas configuraciones sigue la guía general de selección de transformadores de corriente..
CBCT vs CT Convencional: Las Principales Diferencias
| Característica | Transformador de Corriente de Balance de Núcleo (CBCT/ZCT) | Transformador de Corriente Convencional (CT) |
|---|---|---|
| Lo que mide | Suma vectorial (residual) de todas las corrientes a través del anillo | Corriente de carga de un solo conductor |
| Instalación | Todas las fases (y neutro) pasan a través de un anillo | Un CT por fase en el conductor |
| Salida en operación normal | Cero (sistema equilibrado) | Corriente de carga completa (escalada) |
| Propósito principal | Detección de fallas a tierra / fuga a tierra | Medición y protección contra sobrecorrientes |
| Sensibilidad a fallas a tierra | Muy alta — miliamperios | Limitada — diseñada para corrientes de carga completa |
| Fallas detectadas | Fallas a tierra, fuga, secuencia cero | Sobrecargas, cortocircuitos, corriente de fase |
El resultado práctico es que un CT tradicional te da los detalles de cuánta corriente está siendo transportada por una fase dada, mientras que el CBCT indica cualquier corriente faltante, que es la corriente que ha fugado a tierra. Los dos son complementarios, no competidores: las plantas utilizan CT de fase para medición y protección contra sobrecorrientes y CBCT para la capa de protección contra fallas a tierra que los CT de fase no pueden ver — los conceptos básicos del diseño de protección contra fallas a tierra se resumen en nuestro conceptos básicos de protección contra fallas a tierra artículo.
Dónde se utilizan los CBCT
- Protección del transformador — protección contra fallas a tierra en neutros de transformadores así como en devanados, incluyendo los esquemas de falla a tierra restringida (REF).
- Alimentadores de motores y generadores — protección sensible a fallas a tierra en alimentadores de motores y paneles MCC (pequeñas fugas pueden dañar los devanados del motor).
- Tableros de distribución industrial y MSBs — instalación del relé de falla a tierra en el tablero principal y en el panel de distribución.
- Redes de cables subterráneos — donde es difícil encontrar la falla en un cable y se necesita detección temprana de fallas.
- Sistemas de tierra de alta resistencia — en esta situación, la sensibilidad en miliamperios es el requisito necesario.
- Los centros de datos y las instalaciones críticas — la detección de fugas hace posible evitar el tiempo de inactividad debido a fallos.
- Sistemas de energía renovable — protección contra fugas a tierra para un sistema alimentado por inversor.
Reglas de instalación y errores comunes
La experiencia adquirida en el campo es consistente en diferentes instalaciones de un transformador de corriente de balance central (CBCT) — las instalaciones pueden tener éxito o fracasar dependiendo de la adherencia a las siguientes reglas:
- Todos los conductores de fase deben pasar a través del núcleo del CBCT — cada conductor que transporta corriente cuya fuga se pretende detectar por el CBCT (es decir, el conductor neutro si está presente en la instalación).
- El conductor de tierra NUNCA debe pasar a través del núcleo del CBCT — en una instalación donde el conductor de tierra pasa a través del núcleo, cualquier corriente de fallo en el conductor de tierra cancela el desequilibrio que el CBCT busca detectar, un error de instalación que ocurre con frecuencia y hace que la instalación sea ineficaz.
- Los cables conductores deben estar centrados a través del núcleo del CBCT para minimizar los errores que pueden resultar de posicionar los cables descentrados.
- Se debe verificar la polaridad correcta — las conexiones en el lado secundario deben coincidir con las conexiones de entrada del relé CBCT para que la unidad funcione.
- Se debe emplear un apantallamiento y una puesta a tierra adecuados — esto previene que la interferencia electromagnética no deseada de conductores vecinos inicie disparos innecesarios.
Una instalación que viola las pautas al tener el conductor de tierra pasando a través del núcleo del CBCT o conectado en la polaridad incorrecta resultará en la falla del sistema para detectar fugas o en disparos innecesarios continuos, ambos de los cuales pueden ser detectados a través de pruebas de puesta en marcha y auditorías de campo. El compañero de pruebas eléctricas para la puesta en marcha del CBCT — pruebas de aislamiento, polaridad y coordinación de relés — es la misma disciplina que cualquier esquema de protección de transformador, y los criterios de aceptación se enumeran en nuestro guía de pruebas de transformadores.
Selección: Alinear el CBCT con el Sistema
Seleccionar el CBCT apropiado implica tener en cuenta cuatro parámetros:
- Voltaje del sistema. Para el panel de distribución, seleccione CBCT de baja tensión (0.66 kV). Para los alimentadores de equipos de conmutación, seleccione un CBCT de media tensión (hasta 33 kV) que cumpla con los requisitos de aislamiento adecuados.
- Diámetro de la ventana. La ventana debe ser lo suficientemente grande para acomodar el haz de cables. Mida sus cables reales y tenga capacidad adicional disponible antes de seleccionar un diámetro de 40 mm, 60 mm, 80 mm o 100 mm.
- Sensibilidad y relación. Asegúrese de que la corriente de detección mínima y la relación de salida (o salida en mA/mV) cumplan con los requisitos de entrada del relé de falla a tierra. El método más seguro es seguir la lista de compatibilidad del fabricante del relé.
- Construcción. La construcción debe tener un anillo sólido para nuevas instalaciones, pero un núcleo dividido minimiza sustancialmente el tiempo requerido para la instalación en un sistema en vivo.
Hacer estas cuatro selecciones marcará la diferencia entre un esquema de falla a tierra que captará una falla de 500 mA y un esquema de falla a tierra que no captará ninguna falla.
Fabricantes y precios
El mercado de CBCT está principalmente cubierto por los fabricantes de relés de protección y los fabricantes eléctricos generales. Las empresas líderes en este mercado son Honeywell, ABB, Schneider Electric y Mikro (conocida por su CBCT, vendido con sus relés de fuga a tierra), así como algunos fabricantes de CTs presentes en el mercado desde China que producen CBCTs de núcleo sólido y de núcleo dividido a precios directos de fábrica. Dado que en la mayoría de los casos los CBCTs se venden junto con una marca de relé, el procedimiento de compra es el siguiente: el comprador primero elige el relé y luego busca el CBCT adecuado. En algunos casos, el usuario puede comprar el paquete completo de CBCT y relé fabricado por el mismo fabricante.
Los precios son los siguientes (2025-2026):
| Tipo | Precio típico |
|---|---|
| CBCT de anillo sólido de baja tensión (ventana de 40-60 mm) | $20-80 |
| CBCT de núcleo dividido de baja tensión (retrofit) | $40-120 |
| Unidades LV de ventana más grande / mayor sensibilidad (80-100 mm) | $60-150 |
| CBCTs de media tensión (hasta 33 kV) | $100-300+ |
| Paquetes de protección relé + CBCT | $150-600 |
Los proveedores chinos directos de fábrica probablemente encontrarán los precios en el rango de precios más bajo, mientras que las marcas certificadas occidentales y japonesas probablemente encontrarán sus precios en el rango de precios más alto donde los documentos y pruebas necesarios están disponibles para instalaciones reguladas.
Preguntas Frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre ZCT y CT?
El ZCT (el transformador de corriente de secuencia cero, que también se conoce como CBCT) rodea las tres fases de conductores (y el cable neutro, si está presente) y toma la suma vectorial de las tres líneas, produciendo una salida solo cuando hay un desequilibrio — ya sea debido a una corriente de fuga a tierra o a una corriente de falla a tierra. Un CT se colocará en un solo conductor por fase y medirá la corriente que se utiliza en esa fase particular de manera continua según sea necesario para la medición y para la protección contra sobrecorriente. El ZCT indica la condición de falla a tierra de la suma total; el CT proporciona la medición de corriente de fase de cada conductor.
¿Cómo pruebo el equilibrio del núcleo de un transformador?
“La prueba de ”equilibrio del núcleo” de un CBCT típicamente significa verificar que los devanados estén intactos e aislados (una prueba de resistencia de aislamiento), verificar que la polaridad relativa del dispositivo sea correcta para el uso previsto, y realizar una prueba de inyección primaria — pasando una corriente de prueba en una fase y confirmando que la salida aparece en el secundario y que el relé opera correctamente en el umbral establecido. Para el transformador en sí, la prueba relacionada con el equilibrio del núcleo es la verificación de la relación y polaridad del CT de acuerdo con el procedimiento de puesta en marcha para el esquema de protección.
¿Cuáles son las desventajas de los transformadores CT?
Las limitaciones de un CT (transformador de corriente) son bien conocidas. Los CT pueden saturarse en caso de una alta corriente de falla (lo que provoca distorsiones en la salida y retrasos en el tiempo de los relés), el secundario de un CT nunca debe abrirse mientras haya carga (las altas tensiones pueden ser peligrosas), las fallas a tierra no pueden ser detectadas hasta que la cantidad esté por encima de un umbral dado, y los CT de fase no proporcionan ninguna información sobre la corriente residual en absoluto — de ahí el propósito de los CBCT para proporcionar este dispositivo complementario de falla a tierra. Los CT también pierden su precisión cuando se operan fuera de su carga nominal.
¿Cuáles son los tres tipos principales de transformadores de corriente?
Los tres tipos principales de transformadores de corriente según su construcción son los siguientes: tipo enrollado (el primario del transformador es un conductor metálico envuelto alrededor del núcleo, corriente más baja); tipo barra (el conductor primario es una barra metálica recta que atraviesa el núcleo); y tipo ventana/tipo anillo (el conductor pasa a través del núcleo y está compuesto por CTs de anillo autoconstruidos y el tipo CBCT/ZCT que es el mismo que el transformador tipo anillo pero está diseñado para la detección de corriente de secuencia cero).
Referencias
- iLEC — ZCT / Serie de transformadores de corriente de balance de núcleo (principio, relaciones, dimensiones)
- Blogging Eléctrico — Transformador de corriente de balance de núcleo: funcionamiento, beneficios, aplicaciones
- Información Eléctrica — Transformador de corriente de secuencia cero: principio, conexión, aplicaciones
- Amperios Eléctricos — Transformador de corriente de balance de núcleo explicado
- NPC Electric — CBCT en protección de falla a tierra trifásica
Conclusión
A pesar de su perspectiva inicial menos superior, un Transformador de Corriente de Balance de Núcleo (CBCT) da lugar a un deber importante, que es monitorear continuamente un sistema trifásico; cualquier fuga de miliamperios provocará acciones inmediatas del CBCT que no pueden ser proporcionadas por otros transformadores de corriente estándar (CT). Esto es posible gracias al CBCT a través de un principio muy simple, que establece que si la suma vectorial de las corrientes de las fases sanas es igual a cero, significa que alguna corriente está fluyendo en el área no deseada. Por esta razón, el CBCT se utiliza en numerosas aplicaciones eléctricas, incluidos transformadores, generadores, motores y alimentadores y otros dispositivos eléctricos similares. La instalación implica algunas condiciones que no deben ser violadas, y el equipo también se basa en cuatro parámetros. Estos parámetros incluyen nivel de voltaje, tamaños de ventana, sensibilidad y tipo de construcción, etc. Este dispositivo cuesta alrededor de $20-$300 y ofrece un muy buen retorno de inversión, por lo que puede estar seguro de su eficiencia. Por favor, pregúntenos sobre el CBCT si está interesado.