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TRANSFORMADORES DE CORRIENTE: FUNCIONAMIENTO Y COMPONENTES

transformadores de corriente

Los transformadores de corriente (TC o CT por sus siglas en inglés) son transformadores utilizados para aumentar o disminuir una corriente alterna (AC). Produce una corriente en el devanado secundario proporcional a la corriente del primario.

Los transformadores son un elemento clave en el desarrollo de la industria eléctrica. Gracias a ellos se pudo realizar, de una manera práctica y económica, el transporte de energía eléctrica a grandes distancias. Un transformador de corriente es una máquina estática de corriente alterna que permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal.

Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada en magnetismo para volver a transformarla en electricidad, en las condiciones deseadas, en el devanado secundario.

Los transformadores de corriente son unidades que miden corriente en sistemas de potencia y se usan en plantas de generación, subestaciones eléctricas y en la distribución de energía eléctrica industrial y comercial.

Funcionamiento de los transformadores de corriente

Un transformador de corriente tiene un devanado primario, un núcleo (bien sea de aire o un material magnético) y un devanado secundario. Si bien los principios físicos son los mismos, los detalles de un transformador de “corriente” y un transformador de “tensión” son diferentes debido los requerimientos de su aplicación. Un transformador de corriente está diseñado para mantener una relación precisa entre las corrientes en sus circuitos primario y secundario en un rango específico.

La corriente alterna en el devanado primario produce en el núcleo un campo magnético variante en el tiempo, que, a su vez, induce una corriente alterna en el devanado secundario.

El circuito del primario no se ve afectado por la conexión del TC. La precisión del transformador de corriente depende del acople que exista entre el primario y el secundario; esto garantiza que la corriente secundaria sea proporcional a la corriente primaria en un rango más amplio de corriente. La corriente en el secundario es la corriente en el primario (suponiendo un solo giro primario) dividido por el número de vueltas del devanado secundario. En la ilustración de la derecha, ‘I’ es la corriente en el primario, ‘B’ es el campo magnético, ‘N’ es el número de vueltas en el secundario y ‘A’ es un amperímetro de CA.

Los transformadores de corriente generalmente consisten de un núcleo de forma toroidal hecho de acero al silicio, con muchas vueltas de alambre de cobre enrolladas sobre el mismo. El conductor que transporta la corriente primaria pasa a través del orificio del TC. En este caso, La bobina primaria del TC tiene una sola vuelta. El devanado primario puede ser una parte del transformador de corriente; por ejemplo, una barra de cobre para transportar corriente a través del núcleo.

Los transformadores de corriente tipo ventana también son muy comunes, los cuales pueden tener cables de circuito que pasan por el medio de una abertura en el núcleo para proporcionar un devanado primario de una sola vuelta. Para ayudar a la precisión, el conductor primario debe estar centrado en la abertura.

Los transformadores de corriente pueden fabricarse de diferentes formas y tamaños dependiendo de las necesidades del usuario final. Los transformadores de corriente de baja tensión se fabrican en forma de anillo en una caja moldeada de plástico.

Los transformadores de corriente de núcleo partido consisten de un núcleo dividido en dos partes o un núcleo con una sección removible. Estos transformadores se pueden instalar sin necesidad de desconectar o apagar el conductor que se quiere medir. Los transformadores de corriente de núcleo partido se usan principalmente en instrumentos de medida de baja corriente, por lo general dispositivos portátiles que funcionan con baterías.

Componentes del transformador eléctrico

Los transformadores están compuestos por diferentes elementos entre los que destacan como principales el núcleo y los devanadores.

El núcleo de los transformadores está formado por chapas de acero al silicio aisladas entre ellas. Están compuestos por dos partes principales: las columnas, que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte donde se realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para conducir el flujo magnético, ya que es un gran conductor.

Por su parte el devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno de sus extremos y recubierto por una capa aislante, que suele ser barniz. Está compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de vueltas del hilo de cobre entre el devanado primario y el secundario indicará la relación de transformación. El nombre de primario y secundario es algo simbólico: por definición allá donde apliquemos la tensión de entrada será el primario y donde obtengamos la tensión de salida será el secundario.

Uso

Los transformadores de corriente se usan en mayor medida para medir la corriente y monitorear la operación de la red eléctrica.

Los transformadores de corriente de alta tensión se instalan sobre aisladores poliméricos o de porcelana para aislarlos de la tierra. Algunos transformadores de corriente se encuentran en el buje de un transformador de alta tensión o de un interruptor, que automáticamente centra el conductor dentro de la ventana del TC.

Los transformadores de corriente se pueden montar en las bornas de baja o alta tensión de un transformador de potencia. En algunas ocasiones, se quita una sección de la barra para instalar un transformador de corriente.

Es muy común encontrar varios transformadores de corriente juntos. Por ejemplo, los dispositivos de protección y medida pueden usar transformadores de corriente por separado para aislar los circuitos de medida y protección y permitir transformadores de corriente con diferentes características (clase de precisión, capacidad de carga) que requieren dichos dispositivos.

La carga conectada al transformador de corriente no debe superar el burden especificado por el fabricante, para evitar que la tensión del secundario no exceda los límites del transformador de corriente al que fue diseñado. Tampoco se debe exceder la corriente nominal del primario con el fin de que el núcleo no entre en su región no lineal y se sature. Esto ocurriría cerca del final de la primera mitad de cada mitad (positiva y negativa) de la onda sinusoidal de CA en el primario y afectaría la precisión.

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