Transformadores de Instrumentos. Los aparatos de medida y los rels de proteccin no pueden soportar, por lo general, ni elevadas tensiones ni elevadas corrientes, ya que de lo contrario se encarecera sobremanera su construccin. Por otra parte es conveniente evitar la presencia de elevadas tensiones en aquellos dispositivos que van a estar al alcance de las personas. Son stas las principales razones para la utilizacin de los transformadores de medida y proteccin, a travs de los cuales se pueden llevar seales de tensin y corriente, de un valor proporcional muy inferior al valor nominal, a los dispositivos de medida y proteccin. Se consigue adems una separacin galvnica, (entre las magnitudes de alta y baja tensin), de los elementos pertenecientes a los cuadros de mando, medida y proteccin con las consiguientes ventajas en cuanto a seguridad de las personas y del equipamiento. Como las mediciones y el accionamiento de las protecciones se hallan referidas, en ltima instancia, a la apreciacin de tensin y corriente, se dispone de dos tipos fundamentales de transformadores de medida y proteccin: Transformadores de tensin. Transformadores de corriente. Normalmente estos transformadores se construyen con sus secundarios, para corrientes de 5 1 A y tensiones de 100, 110, 100/ 3 , 110/ 3 V. Los transformadores de corriente se conectan en serie con la lnea, mientras que los de tensin se conectan en paralelo, entre dos fases o entre fase y neutro.Transformadores de corriente. Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales de operacin, es prcticamente proporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente desfasada. Desarrollan dos tipos de funcin: transformar la corriente y aislar los instrumentos de proteccin y medicin conectados a los circuitos de alta tensin. El primario del transformador, que consta de muy pocas espiras, se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medicin y de proteccin que requieran ser energizados. Las espiras del arrollamiento primario suelen ser una o varias, las cuales se pueden a su vez dividir en dos partes iguales y conectarse en serie o paralelo para cambiar la relacin, y atraviesan el ncleo magntico, cuya forma suele ser cerrada tipo toroidal o puede tener un cierto entrehierro, sobre el cual se arrollan las espiras del secundario de una forma uniforme, consiguiendo as reducir al mnimo el flujo de dispersin. Este arrollamiento es el que se encarga de alimentar los circuitos de intensidad de uno o varios aparatos de medida conectados en serie. Se puede dar tambin la existencia de varios arrollamientos secundarios en un mismo transformador, cada uno sobre su circuito magntico, uno para medida y otro para proteccin. De esta forma no existe influencia de un secundario sobre otro. Si el aparato tiene varios circuitos magnticos, se comporta como si fueran varios transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieren mayor precisin, y los dems se pueden utilizar para proteccin. Por otro lado, conviene que las protecciones diferenciales de cables o transformadores de potencia y de distancia se conecten a transformadores de corriente independientes.

Los transformadores de corriente se pueden fabricar para servicio interior o exterior. Los de servicio interior son ms econmicos y se fabrican para tensiones de servicio de hasta 36 kV, y con aislamiento en resina sinttica. Los de servicio exterior y para tensiones medias se fabrican con aislamiento de porcelana y aceite, o con aislamientos a base de resinas que soportan las condiciones climatolgicas. Para altas tensiones se continan utilizando aislamientos a base de papel y aceite dentro de un recipiente metlico, con aisladores pasatapas de porcelana. Actualmente se utilizan resinas dentro de un aislador de porcelana, o gas SF6 y cubierta de porcelana. La tensin del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuando menos, igual a la tensin ms elevada del sistema al que va a estar conectado. Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con rels digitales se requieren ncleos que provoquen menores saturaciones que en el caso de los rels de tipo electromagntico, ya que las velocidades de respuesta de las protecciones electrnicas son mayores. Los transformadores de corriente pueden ser de medicin, de proteccin, mixtos o combinados. Transformador de medicin. Los transformadores cuya funcin es medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente. Su precisin debe garantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal del orden del 10%, hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal. Transformadores de proteccin. Los transformadores cuya funcin es proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir treinta veces la corriente nominal. En el caso de los rels de sobrecorriente, slo importa la relacin de transformacin, pero en otro tipo de rels, como pueden ser los de impedancia, se requiere adems de la relacin de transformacin, mantener el error del ngulo de fase dentro de valores predeterminados. Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se disean para una combinacin de los dos casos anteriores, un circuito con el ncleo de alta precisin para los circuitos de medicin y uno o dos circuitos ms, con sus ncleos adecuados, para los circuitos de proteccin. Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensin. Se utilizan en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios. Descripcin de los transformadores de corriente. Los componentes bsicos son: Aislamiento externo: el aislamiento externo consta de una envolvente cermica con una lnea de fuga lo suficientemente larga como para que ningn arco pueda contornear bajo condiciones de contaminacin, como lluvia, niebla, polvo, etc. Aislamiento interno: puede variar segn sus caractersticas constructivas. Un caso es aqul en que las partes activas se moldean en resina de epoxy que las fija, las separa y las asla, existiendo una cmara de aire entre el aislamiento externo de porcelana y el cuerpo de resina. Esta cmara se sella hermticamente con juntas de caucho nitrlico y se la rellena con aceite aislante o gas SF6. Existe otro tipo constructivo, indicado para potencias de precisin elevadas y grandes intensidades de cortocircuito, en que el aislamiento interno suele ser cartn prespn impregnado en aceite para el conjunto de los ncleos, arrollamientos secundarios y la bajante de los conductores que unen los arrollamientos secundarios con sus cajas de bornes. Esta bajante lleva incorporada en el interior de su aislamiento una serie de pantallas metlicas de forma cilndrica, estando todo ello envuelto por un tubo metlico en forma decreciente, de forma cnica. Este conjunto constituye un capacitor que permite un reparto uniforme de tensin a lo largo de toda la aislacin interna. El aceite que se utiliza para impregnar el cartn es desgasificado y filtrado, y cuando se rellena el transformador se hace bajo condiciones de vaco. Los transformadores con aislamiento de cartn impregnado en aceite suelen disponer de un depsito de expansin (donde va a parar el aceite sobrante cuando ste se calienta) en su extremo superior. Conviene indicar que la parte superior del transformador, donde se halla el conjunto del ncleo y arrollamiento secundario, est moldeada en resina epoxy, formando una cabeza donde da cabida tambin al depsito de expansin de aceite. Este tipo constructivo de transformador se utiliza para tensiones desde 36 hasta 765 kV. Ncleo: los transformadores de intensidad, tanto de medida como de proteccin, se construyen con ncleos de chapa magntica de gran permeabilidad. Cabe diferenciar que cuando un ncleo va destinado para un transformador de medida se utiliza una chapa de rpida saturacin, mientras que si va destinado para proteccin, la chapa a utilizar ser de saturacin dbil o lenta. Veamos las siguientes curvas de imantacin:

1.- Chapa con alto porcentaje de silicio. 2.- Chapa de aleacin ferromagntica a base de nquel (30% al 70%) de gran permeabilidad magntica y dbil poder de saturacin. 3.- dem anterior pero con gran poder de saturacin. Las chapas de las curvas 2 y 3 se llaman comercialmente Mu Metal o Permalloy. Con esta distincin de ncleos se garantiza, cuando se utiliza una chapa de gran permeabilidad y de rpida saturacin en los transformadores para medida, una buena precisin para corrientes primarias no superiores al 120 % de la corriente primaria nominal, mientras que las sobreintensidades y cortocircuitos no se transfieren al secundario gracias a la rpida saturacin de la chapa. Por otra parte, cuando se elige una chapa de gran permeabilidad y saturacin dbil para transformadores de proteccin, se garantiza el mantenimiento de la relacin de transformacin para valores de intensidad primaria varias veces superior a la nominal, con lo que en el secundario se pueden obtener valores proporcionales a las corrientes de sobrecarga y cortocircuito aptos para poder accionar los dispositivos de proteccin. Con estos razonamientos en la eleccin del tipo de chapa para los ncleos se puede comprender que se instalen ncleos separados cuando se desea tener en un mismo transformador un devanado secundario para medida y otro para proteccin. Arrollamiento primario: es de pletina de cobre electroltico puro, en barra pasante o formando varias espiras distribuidas por igual alrededor del ncleo. Existe la posibilidad de construir el arrollamiento partido con acceso a los extremos de cada parte para que a base de realizar conexiones en serie o paralelo de las partes del arrollamiento, se puedan obtener diferentes relaciones de transfor- macin. Arrollamiento secundario: es de hilo de cobre electroltico puro, esmaltado, uniformemente distribuido alrededor del ncleo. Existe la posibilidad de cambio de relacin de transformacin por tomas secundarias. Es el arrollamiento que alimenta los circuitos de intensidad de los instrumentos de medida, contadores, y rels. Bornes terminales primarios: pueden ser de latn, bronce o aluminio, estn amplia- mente dimensionados y son de forma cilndrica, planos o con tornillos. Bornes terminales secundarios: son de latn y se hallan alojados en una caja de bornes de baja tensin estanca.Parmetros de los transformadores de corriente. Corrientes. Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corriente deben estar normalizadas de acuerdo con cualquiera de las normas nacionales (IRAM) o internacionales en uso (IEC, ANSI) Corriente primaria. Para esta magnitud se selecciona el valor normalizado inmediato superior de la corriente calculada para la instalacin. Para estaciones de potencia, los valores normalizados son: 100, 200, 300, 400, 600, 800, 1.200, 1.500, 2.000 y 4.000 amperes. Corriente secundaria. Valores normalizados de 5 A 1 A, dependiendo su eleccin de las caractersticas del proyecto. Carga secundaria o prestacin. Es el valor de la impedancia en Ohms, reflejada en el secundario de los transformadores de corriente, y que est constituida por la suma de las impedancias del conjunto de todos los medidores, rels, cables y conexiones conectados en serie con el secundario y que corresponde a la llamada potencia de precisin a la corriente nominal secundaria. Es decir, una potencia de precisin de 30 VA para una corriente nominal secundaria de 5 amperes, representa una impedancia de carga de: 30 = 1,20 5 2 La carga se puede expresar tambin, por los volt - amperes totales y su factor de potencia, obtenidos a un valor especificado de corriente y frecuencia. El valor del factor de potencia normalizado es de 0,9 para los circuitos de medicin y de 0,5 para los de proteccin. Todos los aparatos, ya sean de medicin o de proteccin, traen en el catlogo respectivo la carga de acuerdo con su potencia de precisin. Lmite trmico. Un transformador debe poder soportar en forma permanente, hasta un 20% sobre el valor nominal de corriente, sin exceder el nivel de temperatura especificado. Para este lmite las normas permiten una densidad de corriente de 2 A / mm2, en forma continua.Lmite de cortocircuito. Es la corriente de cortocircuito mxima que soporta un transformador durante un tiempo que vara entre 1 y 5 segundos. Esta corriente puede llegar a significar una fuerza del orden de varias toneladas. Para este lmite las normas permiten una densidad de corriente de 143 A / mm2 durante un segundo de duracin del cortocircuito. Tensin secundaria nominal. Es la tensin que se levanta en los terminales secundarios del transformador al alimentar ste una carga de veinte veces la corriente secundaria nominal. Por ejemplo, si se tiene un transformador con carga nominal de 1,20 ohms, la tensin secundaria generada ser de: 1,20 ohms x 5 amperes x 20 veces = 120 volts. Relacin de transformacin real. Es el cociente entre la corriente primaria real y la corriente secundaria real. Relacin de transformacin nominal. Es el cociente entre la corriente primaria nominal y la corriente secundaria nominal. Error de corriente. Error que el transformador introduce en la medida de una corriente y que proviene del hecho de que la relacin de transformacin real no es igual a la relacin de transformacin nominal. Dicho error viene expresado por la frmula: Error de corriente % = kn . IS - Ip . 100 Ip Donde: kn es la relacin de transformacin nominal. IP es la corriente primaria real. IS es la corriente secundaria real correspondiente a la corriente IP en las condiciones de la medida. Error de fase (vlido slo para intensidades senoidales). Es la diferencia de fase entre los vectores de las intensidades primaria y secundaria, con el sentido de los vectores elegido de forma que este ngulo sea nulo para un transformador perfecto. El error de fase se considera positivo cuando el vector de la intensidad secundaria est en avance sobre el vector de la intensidad primaria. Se expresa habitualmente en minutos o en centirradianes. Potencia nominal o de precisin. Es la potencia aparente secundaria que a veces se expresa en volt-amperes (VA) y a veces en ohms, bajo una corriente nominal determinada y que se indica en la placa de caractersticas del aparato. Para escoger la potencia nominal de un transformador, se suman las potencias de las bobinas de todos los aparatos conectados en serie con el devanado secundario, ms las prdidas por efecto joule que se producen en los cables de alimentacin, y se selecciona el valor nominal inmediato superior. Los valores normales de la potencia de precisin son: 2,5 - 5 - 10 15 - 30 y hasta 60 VA. Para los secundarios de 5 amperes, la experiencia indica que no se deben utilizar conductores con secciones no inferiores a los 4 mm2. Este conductor sobredimensionado, reduce la carga y adems proporciona alta resistencia mecnica, que disminuye la posibilidad de una ruptura accidental del circuito, con el desarrollo consiguiente de sobretensiones peligrosas. Frecuencia nominal. Valor de la frecuencia en la que sern basadas todas las especi- ficaciones y que ser de 50 Hz. Clase de precisin para medicin. La clase de precisin se designa por el error mximo admisible, en por ciento, que el transformador puede introducir en la medicin, operando con su corriente nominal primaria y la frecuencia nominal.

Clase de precisin para proteccin. Los transformadores con ncleos para proteccin, se disean para que la corriente secundaria sea proporcional a la primaria, para corrientes con valores de hasta 30 veces el valor de la corriente nominal. Resistencia de los transformadores de corriente a los cortocircuitos. Esta resistencia est determinada por las corrientes de lmites trmico y dinmico definidas como: Corriente de lmite trmico. Es el mayor valor eficaz de la corriente primaria que el transformador puede soportar por efecto joule, durante un segundo, sin sufrir deterioro y con el circuito secundario en cortocircuito. Se expresa en kiloamperes eficaces o en mltiplos de la corriente nominal primaria.Placa de caractersticas. Los transformadores de intensidad deben llevar una placa de caractersticas, indeleble, en la que deben figurar, las siguientes indicaciones segn norma IEC 60185. Nombre del constructor o cualquier otra marca que permita su fcil identificacin. Nmero de serie y designacin del tipo. Corrientes nominales primaria y secundaria en amperes (400/5 A). Frecuencia nominal en Hz. Potencia de precisin y clase de precisin correspondiente a cada ncleo. Tensin ms elevada de la red (145 kV). Nivel de aislamiento nominal (275/650 kV).Eleccin de un transformador de Corriente. Es conveniente, para una correcta instalacin de un transformador de corriente, un estudio detallado para la eleccin del mismo, del cual depender el funcionamiento y segundad de la instalacin. A ttulo orientativo se recomienda seguir las siguientes pautas: Tipo de instalacin: si es de interior o intemperie. Se deber tener en cuenta la altitud para alturas superiores a 1.000 metros sobre el nivel del mar. Nivel de aislamiento: definido por tensin mxima permanente admisible de servicio Um en kV Relacin de transformacin nominal: las relaciones de transformacin nominal debern ser normalizadas, tal y como quedan indicadas en la norma IEC. Se recomienda no seleccionar un transformador de corriente con una corriente primaria excesivamente elevada con respecto a la que le corresponda, dado que de ello depende que se mantenga la precisin del transformador. En caso de que sea necesario recurrir a un sobre dimensionamiento del valor de intensidad primaria, a la doble y a la triple relacin y a la gama extendida en caso que sea necesario. Clase de precisin: se seleccionar la clase de precisin en funcin de la utilizacin que vaya a recibir el transformador. Las clases de precisin quedan reflejadas en las tablas dadas. Potencia nominal: segn la carga a conectar en el secundario se adoptar uno de los valores de potencia de precisin especificados en la norma. Conviene no sobredimensionar excesivamente la potencia del transformador. Si el secundario tiene una carga insuficiente, se puede intercalar una resistencia para compensar. Frecuencia nominal: si no se especifica otra distinta, se tomar por defecto 50 Hz. Nmero de secundarios: si se desea realizar medida y proteccin a partir de un mismo transformador, sern necesarios tantos secundarios como usos se deseen obtener del mismo. Resistencias a los esfuerzos trmicos y dinmicos: vendrn determinados por los respectivos valores de intensidad limite trmica e intensidad lmite dinmica. Conviene no sobredimensionar estos valores para no encarecer mucho el transformador.

Tipos de transformadores de corriente segn su construccin. Existen tres tipos de TC segn su construccin: a. Tipo devanado primario: este como su nombre lo indica tiene ms de una vuelta en el primario, los devanados primario y secundario estn completamente aislados y ensamblados permanentemente a un ncleo laminado, esta construccin permite mayor precisin para bajas relaciones. b. Tipo barra: los devanados primarios y secundarios estn completamente aislados y ensamblados permanentemente a un ncleo laminado, el devanado primario consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un ncleo. c. Tipo boquilla o Bushing: el devanado secundario est completamente aislado y ensamblado permanentemente a un ncleo laminado. El conductor primario pasa a travs del ncleo y acta como devanado primario.