Convertidor de poder

Un transformador de corriente es un transformador de medida que convierte una corriente primaria en una señal eléctrica que es fácil de procesar . Convencionalmente, se entiende por transformador diseñado para requisitos de medida , que se utiliza para la medida libre de potencial de grandes corrientes alternas . Los tipos más nuevos de transformadores de corriente no requieren un transformador y también pueden medir corriente continua primaria .

Un transformador de corriente clásico emite una corriente secundaria de miliamperios a unos pocos amperios como señal de salida , que es esencialmente proporcional a la corriente primaria. La corriente a medir puede ser casi arbitrariamente alta con un número de vueltas correspondientemente alto. En el caso de un transformador de corriente, la corriente secundaria se diferencia de la corriente primaria en un ángulo de cambio de fase que es aproximadamente cero con una conexión adecuada.

Además de la saturación del núcleo, la corriente de magnetización asociada con la conversión es una de las causas de los errores de medición .

Convertidor combinado de corriente y tensión en un sistema de 110 kV

Existen versiones de transformadores de corriente para todos los niveles de voltaje para uso en la red eléctrica . Los transformadores de corriente tienen diferentes características según la aplicación:

Para fines de medición, para generar una corriente que se reduce proporcionalmente como sea posible dentro del rango de medición para dispositivos de medición de corriente , contadores de energía . Dichos convertidores se protegen a sí mismos y a los dispositivos de medición conectados en caso de sobrecorriente al entrar en saturación.
con fines de protección, para la transmisión de una corriente reducida a los relés de protección , dispositivos de control y regulación. Dichos convertidores entregan una señal de salida que depende de la corriente primaria incluso con sobrecorrientes elevadas.

Estructura y aplicación

Transformadores de corriente inductivos

Los transformadores de corriente inductivos tienen solo uno o unos pocos devanados primarios a través de los cuales fluye la corriente a medir, así como un mayor número de devanados secundarios. El devanado primario a menudo consta de una barra colectora guiada a través del núcleo toroidal del convertidor, que corresponde a un único devanado primario. La corriente secundaria se reduce en comparación con la corriente primaria que se va a medir, inversamente proporcional a la relación entre el número de vueltas primario y secundario.

El devanado secundario debe z. B. conectado a un amperímetro o en cortocircuito, ya que de lo contrario se pueden producir pérdidas elevadas en el núcleo o incluso voltajes peligrosos en el lado secundario. No se debe exceder la impedancia máxima permitida del lado secundario para un funcionamiento adecuado. En el circuito secundario se pueden ubicar dispositivos de medición de corriente (también rutas de corriente de dispositivos de medición de potencia o medidores de energía ) o relés de protección sensibles a la corriente (liberación bimetálica o liberación magnética) que pueden detectar y evaluar condiciones de sobrecorriente.

Las conexiones primarias a menudo se marcan con P1 y P2 (antes letras mayúsculas K y L), las conexiones secundarias con S1 y S2 (antes letras k y l minúsculas). La etiqueta también indica la polaridad: P1 y S1 tienen la misma polaridad al mismo tiempo, es decir, la corriente fluye hacia P1 y la corriente reducida fluye hacia fuera de S1. En cada caso, es el comienzo del bobinado.

Se pueden construir transformadores de corriente para frecuencias desde 16 Hz hasta el rango de MHz. La frecuencia límite inferior está determinada por la inductancia secundaria y la suma de su resistencia de bobinado y carga externa (carga). La constante de tiempo de la corriente, que disminuye exponencialmente en el lado secundario en el caso de una señal de onda cuadrada en el lado primario, es ${\ Displaystyle \ tau}$

{\ Displaystyle \ tau = L / (R_ {i} + R_ {b})}

Con

${\ Displaystyle L}$	- inductancia secundaria
${\ Displaystyle R_ {i}}$	- resistencia óhmica del devanado secundario
${\ Displaystyle R_ {b}}$	- carga

Aplicación en la red eléctrica

Particularmente en la red eléctrica (50 o 60 Hz) o en una frecuencia más baja, se utiliza material de núcleo con la mayor permeabilidad posible . Se trata de láminas o núcleos de cinta toroidales hechos de aleaciones de silicio-hierro o núcleos de cinta toroidales hechos de aleaciones nanocristalinas. Se implementan hasta una corriente nominal primaria de alrededor de 50 kA.

Por razones de seguridad, el devanado secundario de los transformadores de corriente en redes de media y alta tensión está conectado a tierra por un lado.

Transformador de corriente para montaje en barra colectora (500 A)
Dos transformadores de corriente (izquierdo y derecho) para 1 kA en la red de media tensión
Transformador de corriente para uso en laboratorio con varios rangos de medición
Transformador de corriente para montaje en armario
Identificación de la conexión con otros datos característicos

Los transformadores de corriente en la red eléctrica a menudo se diseñan como aisladores de poste o bujes. Los transformadores de corriente en la red eléctrica tienen que soportar altas sobrecorrientes y voltajes transitorios. Además de la precisión de la medición, también están determinados por la resistencia de sobrecorriente térmica I _th (p. Ej., 600 veces la corriente nominal o 60 kA) y la resistencia de la sobrecorriente , determinada en gran medida por la resistencia mecánica a las fuerzas magnéticas (aproximadamente 2,5 veces I _th ), especificado. Las cargas son causadas por cortocircuitos y rayos.

Aplicaciones en electrónica

Los transformadores de corriente de varios diseños se utilizan en electrónica y electrónica de potencia . Tienen que soportar requisitos de sobrecarga menos altos, pero manejan frecuencias más altas. Las ferritas altamente permeables se utilizan a bajas frecuencias, pero también a frecuencias proporcionalmente más altas, porque o cuando la amplitud de la densidad de flujo magnético es baja. Los diseños van desde núcleos toroidales de ferrita enrollados a mano que se insertan en las patas de conexión de los componentes, hasta componentes soldables con orificios o con una o más rutas de corriente que pueden conmutarse en paralelo o en serie. Se pueden medir corrientes de pulso periódicas y únicas, así como corrientes alternas de cualquier forma de curva, siempre que se garantice que la corriente continua media sea cero. Este es el caso cuando la integral de voltaje-tiempo positiva y negativa es la misma.

Otros transformadores de corriente

Los transductores de corriente sin núcleo ver bobina Rogowski .

Además de los transformadores de corriente inductivos para medir corriente alterna, también existen dispositivos para medir corrientes continuas y mixtas basados en placas de campo o sensores Hall , ver convertidores de corriente continua .

En aplicaciones de alternancia de alto voltaje y de voltaje directo, los convertidores de corriente magnetoópticos basados en el efecto Faraday también se utilizan para la medición de corriente . Una guía de ondas óptica se enrolla alrededor del conductor eléctrico en forma de bobina, la corriente en el conductor conduce a una rotación del plano de polarización del haz de luz en la guía de ondas óptica. Esta rotación se puede medir optoelectrónicamente. Es proporcional a la fuerza actual. En la industria electroquímica, se mide corriente continua de hasta 500 kA. Este tipo de transformador de corriente también se conoce como sensor de corriente de fibra óptica FOCS .

Identificación de la empresa

Operación regular

Hasta la corriente nominal primaria y dentro de un rango de carga especificado, un transformador de corriente se comporta como una fuente de corriente ideal o una fuente de corriente constante dentro del alcance de su desviación de medición permitida ; su corriente de salida (corriente secundaria) depende únicamente de la corriente de entrada (corriente primaria) y no de la carga, hasta la corriente nominal secundaria (preferiblemente 5 A) según la relación nominal . Esto se da como una fracción completa, p. Ej. B. 200 A / 5 A, a menudo abreviado como 200/5 A. ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {pr}}}$ ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {sr}}}$ ${\ Displaystyle k _ {\ mathrm {r}} = I _ {\ mathrm {pr}} / I _ {\ mathrm {sr}}}$

La desviación de la medida de traslación (anteriormente la desviación de la medida actual ) se define como una cantidad relativa por

{\ Displaystyle \ varepsilon = {\ frac {k _ {\ mathrm {r}} \, I _ {\ mathrm {s}} -I _ {\ mathrm {p}}} {I _ {\ mathrm {p} }}} \ cdot 100 \; \%}

con actual = corriente primaria y = corriente secundaria real cuando fluye en condiciones de medición. ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {p}}}$ ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {s}}}$ ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {p}}}$

La diferencia de fase con una curva sinusoidal entre el vector de corriente secundario y primario es cero para el transformador de corriente ideal. La diferencia real se llama ángulo de sesgo .

La cantidad máxima permitida de la desviación de la medición de traslación a la frecuencia nominal y la cantidad máxima permitida de la desalineación se determinan mediante una clase de precisión, diferente para los transformadores de corriente para fines de medición y los transformadores de corriente para fines de protección.

La admitancia del circuito secundario que habilita la corriente secundaria se denomina carga . Por lo general, se expresa en términos de la potencia aparente que se consume con la corriente nominal secundaria y un factor de potencia de carga específico (a menudo 0,8 inductivo). Un valor especial de la carga, la carga de diseño, se utiliza como base para las especificaciones de precisión. Los valores estándar de la potencia nominal son 2,5… 30 VA.

Para la clase 0.2: Importe máximo ...	a ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {p}} = \ \ ldots \ \ times I _ {\ mathrm {pr}}}$
Para la clase 0.2: Importe máximo ...	5%	20%	100%	120%
... la desviación de la medida de traslación	0,75%	0,35%	0,2%	0,2%
... el ángulo equivocado	30 '	15 '	10 '	10 '

Limitación en el lado de entrada

Los transformadores de corriente para fines de medición se especifican hasta el 120% de la corriente nominal en las clases de precisión 0,1 - 0,2 - 0,5 - 1 (también 0,2S - 0,5S - 3 - 5; no se tratan aquí). El número representa la desviación de medición de traslación más alta permitida en porcentaje para la corriente nominal primaria y la potencia nominal. La primera tabla muestra las declaraciones del símbolo de clase en diferentes corrientes primarias utilizando el ejemplo de la clase 0.2.

Para la clase 5P20: Importe máximo ...	a ${\ Displaystyle I _ {\ mathrm {p}} = \ \ ldots \ \ times I _ {\ mathrm {pr}}}$
Para la clase 5P20: Importe máximo ...	1	Vigésimo
... la desviación de la medida de traslación	1%	5%
... el ángulo equivocado	60 '	-

Los transformadores de corriente con fines de protección se especifican hasta una corriente límite de precisión nominal, que es el factor límite de precisión por encima de la corriente nominal primaria. Los valores estándar para este factor son 5… 30. Para estos convertidores, la letra P (para protección) y el factor límite de precisión se agregan al número en la clase de precisión; Las clases 5P y 10P son valores estándar. La segunda tabla muestra las declaraciones utilizando el ejemplo de la clase 5P20.

El transformador de corriente se puede describir con más detalle agregando más letras a la P.

Limitación en el lado de salida

La información sobre la desviación de medición se aplica a los transformadores de corriente con fines de medición para cada carga en el rango de 25 ... 100% de la potencia nominal, la información sobre los transformadores de corriente con fines de protección solo se aplica a la carga nominal. La carga debe tener el factor de potencia especificado.

Un circuito secundario que no está cerrado actúa sobre el convertidor como una carga con una resistencia casi infinitamente alta. La forma de la curva de la señal secundaria está muy distorsionada porque entonces el área de voltaje-tiempo que actúa sobre el núcleo y la bobina es demasiado grande; ver también el principio de funcionamiento del transformador . La cantidad de voltaje que se produce depende de la intensidad de la corriente, la sección transversal del núcleo y el número secundario de vueltas. En el caso de transformadores de corriente de hasta aprox. 500/5 A y salidas nominales bajas, el valor pico de la tensión "abierta" normalmente permanece por debajo de 200 V. Con transformadores más grandes, sin embargo, pueden producirse picos de tensión más altos, lo que representa un riesgo. para las personas en el transformador, si se tocan los terminales abiertos, se pueden producir averías y descargas disruptivas entre los terminales. Los circuitos secundarios de los transformadores de corriente nunca deben operarse abiertos , ya que pueden ocurrir voltajes potencialmente mortales en los terminales secundarios, especialmente con grandes corrientes y núcleos potentes. En otras palabras: Los transformadores de corriente cuando funcionan sin dispositivos de medición conectados u otras cargas en el circuito secundario deben cortocircuitarse en sus terminales .

Transformador de corriente de suma

Principio del transformador de corriente sumatoria

Transformador de corriente de suma en un disyuntor de corriente residual

Una forma especial del transformador de corriente es el transformador de corriente de suma, ya que se utiliza en los disyuntores de corriente residual . Todas las corrientes conductoras ( conductores exteriores y neutros como conductores de ida y vuelta en una red de corriente alterna monofásica , o los tres conductores exteriores y el conductor neutro en corriente alterna trifásica ) se enrutan a través de un transformador de corriente. Entonces solo se convierte la corriente diferencial de los conductores. Por ejemplo, se pueden detectar corrientes de falla.

Ver también

Commons : Transformadores de corriente - colección de imágenes, videos y archivos de audio

Evidencia individual

↑ ^a^b^c DIN EN 61869-1: 2010-04, también VDE 0414-9-1: Transformadores de medida - Parte 1: Requisitos generales .
↑ ^a^b^c DIN EN 61869-2: 2013-07, también VDE 0414-9-2: Transformadores de medida - Parte 2: Requisitos adicionales para transformadores de corriente.
Hubo un período de transición hasta octubre de 2015 para la norma anterior DIN EN 60044-2.
↑ http://www.vacuumschmelze.de/index.php?id=139
↑ De documentos de la empresa [1] ; Consultado el 26 de abril de 2017.
↑ De acuerdo con VDE 0141, Sección 5.3.4, los transformadores de corriente y tensión deben conectarse a tierra a partir de una tensión de medición de ≥ 3,6 kV. En el caso de tensiones bajas (hasta una tensión de medición de ≤ 1,2 kV), se puede omitir la puesta a tierra, siempre que la carcasa del convertidor no tenga superficies metálicas grandes que se puedan tocar.
↑ ^a^b De los documentos de fábrica [2] en la sección de transformadores de corriente; Consultado el 25 de enero de 2015.
↑ ^a^b De los documentos de la empresa [3], páginas 4, 5; consultado el 2 de noviembre de 2016.
↑ De documentos de la empresa [4] ; Consultado el 26 de abril de 2017.
↑ P. Menke: Sensor de corriente de precisión óptica basado en el efecto Faraday . Disertación, Universidad de Kiel, 1996.
↑ Muy superior a los transformadores de medida convencionales. ABB Alemania, 15 de mayo de 2006, consultado el 23 de julio de 2019
↑ De los documentos de la empresa [5] (PDF) en el cap. 1.4.7; Consultado el 19 de febrero de 2016.

[D1-1] DIN EN 61869-1: 2010-04, también VDE 0414-9-1: Transformadores de medida - Parte 1: Requisitos generales .

[D2-2] DIN EN 61869-2: 2013-07, también VDE 0414-9-2: Transformadores de medida - Parte 2: Requisitos adicionales para transformadores de corriente.
Hubo un período de transición hasta octubre de 2015 para la norma anterior DIN EN 60044-2.

[3] ttp://www.vacuumschmelze.de/index.php?id=139

[4] De documentos de la empresa [1] ; Consultado el 26 de abril de 2017.

[5] De acuerdo con VDE 0141, Sección 5.3.4, los transformadores de corriente y tensión deben conectarse a tierra a partir de una tensión de medición de ≥ 3,6 kV. En el caso de tensiones bajas (hasta una tensión de medición de ≤ 1,2 kV), se puede omitir la puesta a tierra, siempre que la carcasa del convertidor no tenga superficies metálicas grandes que se puedan tocar.

[MZ-6] De los documentos de fábrica [2] en la sección de transformadores de corriente; Consultado el 25 de enero de 2015.

[GMW-7] De los documentos de la empresa [3], páginas 4, 5; consultado el 2 de noviembre de 2016.

[8] De documentos de la empresa [4] ; Consultado el 26 de abril de 2017.

[menk1-9] P. Menke: Sensor de corriente de precisión óptica basado en el efecto Faraday . Disertación, Universidad de Kiel, 1996.

[10] Muy superior a los transformadores de medida convencionales. ABB Alemania, 15 de mayo de 2006, consultado el 23 de julio de 2019

[11] De los documentos de la empresa [5] (PDF) en el cap. 1.4.7; Consultado el 19 de febrero de 2016.

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