Transformadores de corriente: dispositivo, principio de funcionamiento y tipos.

Los transformadores de corriente se utilizan ampliamente en la energía moderna como equipo para cambiar varios parámetros eléctricos en otros similares manteniendo los valores básicos. El funcionamiento del equipo se basa en la ley de inducción, que es relevante para campos magnéticos y eléctricos que cambian sinusoidalmente. El transformador transforma el valor primario de la corriente de acuerdo con el módulo y la transmisión del ángulo en proporción a los datos originales. Se requiere elegir el equipo en función del alcance de uso de los dispositivos y la cantidad de consumidores conectados.

¿Qué es un transformador de corriente?

Este equipo se utiliza en la industria, redes de ingeniería y comunicaciones urbanas, en producción y en otras áreas para suministrar corriente con ciertos parámetros físicos.Se aplica voltaje a las vueltas del devanado primario, donde, como resultado de la acción de la radiación magnética, se forma una corriente alterna. La misma radiación pasa a través de las vueltas restantes, por lo que las fuerzas EMF se mueven, y cuando las vueltas secundarias se cortocircuitan o cuando se conectan a un circuito eléctrico, aparece una corriente secundaria en el sistema.

Los transformadores de corriente modernos le permiten convertir energía con parámetros tales que su uso no permite dañar el equipo que trabaja en él. Además, permiten medir cargas aumentadas con la máxima seguridad para equipos y personal, ya que los giros de las filas primaria y secundaria están aislados entre sí de forma fiable.

Propósito de los transformadores

Es bastante simple determinar por qué se necesita un transformador de corriente: el alcance incluye todas las industrias en las que se convierten cantidades de energía. Estos dispositivos se encuentran entre los equipos auxiliares que se utilizan en paralelo con instrumentos de medición y relés al crear un circuito de CA. En estos casos, los transformadores convierten la energía para una decodificación de parámetros más conveniente o para conectar equipos con diferentes características en un solo circuito.

También distinguen la función de medición de los transformadores: sirven para iniciar circuitos eléctricos con mayor voltaje, a los que se requiere conectar instrumentos de medición, pero no es posible hacerlo directamente. La tarea principal de tales transformadores es transferir la información recibida sobre los parámetros actuales a los instrumentos para manipular manipulaciones, que están conectados al devanado de tipo secundario.El equipo también permite controlar la corriente en el circuito: cuando se utiliza un relé y se alcanzan los parámetros de corriente máxima, se activa una protección que apaga el equipo para evitar quemaduras y daños al personal.

Principio de funcionamiento

El funcionamiento de dichos equipos se basa en la ley de inducción, según la cual el voltaje ingresa a las espiras primarias y la corriente vence la resistencia del devanado creada, lo que provoca la formación de un flujo magnético transmitido al circuito magnético. El flujo va en dirección perpendicular a la corriente, lo que minimiza las pérdidas, y cuando cruza las espiras del devanado secundario, se activa la fuerza EMF. Como resultado de su influencia, aparece una corriente en el sistema, que es más fuerte que la resistencia de la bobina, mientras que el voltaje en la salida de las vueltas secundarias disminuye.

El diseño más simple de un transformador consiste en un núcleo de metal y un par de devanados no conectados entre sí y hechos como alambre con aislamiento. En algunos casos, la carga va solo al primario, y no al secundario: este es el llamado modo inactivo. Si por el contrario, al devanado secundario se conecta un equipo que consume energía, por las espiras pasa una corriente que crea una fuerza electromotriz. Los parámetros EMF están determinados por el número de vueltas. La relación de la fuerza electromotriz para las espiras primaria y secundaria se conoce como relación de transformación, calculada a partir de la relación de su número. Puede regular el voltaje para el consumidor final de energía cambiando el número de vueltas del devanado primario o secundario.

Clasificación de transformadores de corriente

Hay varios tipos de equipos de este tipo, que se dividen de acuerdo con una serie de criterios, que incluyen el propósito, el método de instalación, la cantidad de etapas de conversión y otros factores. Antes de elegir un transformador de corriente, debe considerar estos parámetros:

• Cita. Según este criterio, se distinguen modelos de medida, intermedios y protectores. Por lo tanto, los dispositivos de tipo intermedio se utilizan cuando se conectan dispositivos para acciones informáticas en sistemas de protección de relés y otros circuitos. Por separado, se distinguen los transformadores de laboratorio, que proporcionan una mayor precisión de los indicadores, tienen una gran cantidad de factores de conversión.
• Metodo de instalacion. Hay transformadores para instalación externa e interna: no solo se ven diferentes, sino que también tienen diferentes indicadores de resistencia a influencias externas (por ejemplo, los dispositivos para uso en exteriores están protegidos contra la precipitación y los cambios de temperatura). También se distinguen los transformadores aéreos y portátiles; estos últimos tienen una masa y dimensiones relativamente pequeñas.
• Tipo de bobinado. Los transformadores son de una y varias vueltas, bobina, barra, barra colectora. Tanto el devanado primario como el secundario pueden diferir, y las diferencias también se relacionan con el aislamiento (seco, porcelana, baquelita, aceite, compuesto, etc.).
• El nivel de pasos de transformación. El equipo puede ser de una y dos etapas (cascada), el límite de tensión de 1000 V puede ser mínimo o, por el contrario, máximo.
• Diseño. Según este criterio, se distinguen dos tipos de transformadores de corriente: aceite y seco.En el primer caso, las vueltas del devanado y el circuito magnético se encuentran en un recipiente que contiene un líquido aceitoso especial: cumple la función de aislamiento y le permite controlar la temperatura de funcionamiento del medio. En el segundo caso, el enfriamiento ocurre por aire, tales sistemas se utilizan en edificios industriales y residenciales, ya que los transformadores de aceite no se pueden instalar en el interior debido al mayor riesgo de incendio.
• Tipo de voltaje. Los transformadores pueden ser reductores y elevadores: en el primer caso, se reduce el voltaje en las vueltas primarias y en el segundo, se aumenta.
• Otra opción de clasificación es la elección del transformador de corriente por potencia. Este parámetro depende del propósito del equipo, la cantidad de consumidores conectados, sus propiedades.

Parámetros y características

Al elegir dicho equipo, es necesario tener en cuenta los principales parámetros técnicos que afectan la gama de aplicaciones y el costo. Principales cualidades:

• Carga o potencia nominal: la selección por este criterio se puede realizar mediante una tabla comparativa de características de transformadores. El valor del parámetro determina otras características de la corriente, ya que está estrictamente normalizado y sirve para determinar el funcionamiento normal del equipo en la clase de precisión seleccionada.
• Corriente nominal. Este indicador determina el período durante el cual el dispositivo puede funcionar sin sobrecalentarse a temperaturas críticas. En los equipos de transformadores, por regla general, hay una reserva sólida en términos del nivel de calentamiento, con una sobrecarga de hasta 18-20%, el funcionamiento se realiza en modo normal.
• Voltaje.El indicador es importante para la calidad del aislamiento del devanado, asegura el buen funcionamiento del equipo.
• Error. Este fenómeno ocurre debido a la influencia del flujo magnético, la tasa de error es la diferencia entre los datos exactos de la corriente primaria y secundaria. El aumento del flujo magnético en el núcleo del transformador contribuye a un aumento proporcional del error.
• La relación de transformación, que es la relación de corriente en las espiras primaria y secundaria. El valor real del coeficiente difiere del valor nominal en una cantidad igual al grado de pérdidas durante la conversión de energía.
• La multiplicidad límite, expresada en relación a la corriente primaria en forma real al valor nominal.
• La multiplicidad de la corriente que ocurre en las vueltas del devanado de tipo secundario.

Los datos clave del transformador de corriente están determinados por el circuito equivalente: le permite estudiar las características del equipo en diferentes modos, desde inactivo hasta plena carga.

Los indicadores principales se indican en el cuerpo del dispositivo en forma de una marca especial. También puede contener datos sobre el método de elevación y montaje del equipo, información de advertencia sobre el aumento de voltaje en las espiras secundarias (más de 350 voltios), información sobre la presencia de una plataforma de conexión a tierra. El marcado del convertidor de energía se aplica en forma de pegatina o con pintura.

Posibles fallos de funcionamiento

Como cualquier otro equipo, los transformadores se averían de vez en cuando y requieren un servicio calificado con diagnóstico. Antes de verificar el dispositivo, debe saber qué averías son, qué signos les corresponden:

• Ruido desigual dentro de la caja, crujido.Este fenómeno generalmente indica una ruptura en el elemento de puesta a tierra, una superposición en la caja debido a las vueltas del devanado o un debilitamiento de la presión de las láminas utilizadas para el circuito magnético.
• Demasiado calentamiento de la carcasa, aumento de la intensidad de la corriente por el lado del consumo. El problema puede ser causado por un cortocircuito en el devanado debido al desgaste o daño mecánico de la capa aislante, sobrecargas frecuentes resultantes de un cortocircuito.
• Grietas en aisladores, descargas deslizantes. Aparecen cuando no se identificó un defecto de fabricación antes del inicio de la operación, un molde de objetos extraños y una superposición entre la entrada de fases de diferentes valores.
• Emisiones de aceite durante las cuales se destruye la membrana de la estructura de escape. El problema se explica por un cortocircuito interfacial debido al desgaste del aislamiento, una disminución del nivel de aceite, caídas de voltaje o la aparición de sobrecorrientes bajo la condición de un cortocircuito de tipo pasante.
• Fugas de aceite de las juntas o grifos del transformador. Las razones principales son la soldadura de mala calidad de los nodos, el sellado deficiente, la destrucción de las juntas o los tapones de las válvulas no superpuestos.
• Encendido del relé de protección de gas. Este fenómeno ocurre cuando el aceite se descompone, lo que ocurre debido a un cortocircuito en el devanado, un circuito abierto, la quema de los contactos del dispositivo de conmutación o en caso de un cortocircuito en la carcasa del transformador.
• Apagado del relé de protección de gas. El problema se origina por la descomposición activa del líquido aceitoso como resultado del cierre interfacial, sobretensión de la parte interna o externa, o por el llamado “fuego de acero”.
• Protección diferencial disparada. Este mal funcionamiento aparece cuando hay una avería en la carcasa de entrada, cuando hay superposición de fases, o en otros casos.

Para maximizar la eficiencia de la funcionalidad del dispositivo, es necesario realizar una verificación periódica con una cámara termográfica: el equipo permite diagnosticar una disminución en la calidad de los contactos y una disminución en la temperatura de funcionamiento. Durante la verificación, los especialistas realizan la siguiente gama de manipulaciones:

• 1. Toma de lecturas de tensión y corriente.
  2. Comprobación de la carga mediante una fuente externa.
  3. Determinación de parámetros en el esquema de trabajo.
  4. Cálculo de la relación de transformación, comparación y análisis de indicadores.

Cálculo del transformador.

El principio básico de funcionamiento de este dispositivo está determinado por la fórmula. U1/U2=n1/n2, cuyos elementos se decodifican de la siguiente manera:

• U1 y U2 son el voltaje de las espiras primaria y secundaria.
• n1 y n2: su número en los devanados de los tipos primario y secundario, respectivamente.

Para determinar el área de la sección transversal del núcleo, se usa otra fórmula: S=1.15*√P, en el que la potencia se mide en vatios y el área se mide en centímetros cuadrados. Si el núcleo utilizado en el equipo tiene la forma de la letra W, el índice de sección se calcula para la barra central. Al determinar las vueltas en el devanado del nivel primario, se usa la fórmula n=50*U1/S, mientras que el componente 50 no es inmutable, en los cálculos para evitar la aparición de interferencias electromagnéticas, se recomienda establecer el valor 60 en su lugar.Otra fórmula es d=0.8*√I, en la que d es la sección transversal del cable e I es el indicador de intensidad actual; se utiliza para calcular el diámetro del cable.

Las cifras obtenidas durante los cálculos se ajustan a valores redondeados (por ejemplo, la potencia estimada de 37,5 W se redondea a 40). Solo se permite el redondeo hacia arriba.Todas estas fórmulas se utilizan para seleccionar transformadores que funcionan en una red de 220 voltios; al construir líneas de alta frecuencia, se utilizan otros parámetros y métodos de cálculo.

Artículos similares: