Bornes, secundarios y conexionado del CT: P1, P2, S1, S2

Respuesta corta

Los bornes de un transformador de corriente (CT) identifican el primario (P1, P2), cada secundario (S1, S2, o 1S1, 2S1 cuando hay varios núcleos) y las tomas de multirrelación (S3 y siguientes). P1 y S1 tienen la misma polaridad en el mismo instante. El secundario nunca se deja abierto con corriente en el primario y se aterriza en un solo punto.

Qué son y dónde se ubican

Los bornes de un transformador de corriente (CT) son los puntos donde se conectan su primario y sus secundarios. En el primario circula la corriente de la red; en los secundarios, la corriente reducida (1 A o 5 A) que alimenta relés y medidores. Los bornes y su marcación definen la relación, la polaridad y qué núcleo usa cada función: un error aquí se traduce directamente en un disparo indebido o en una protección ciega.

En un CT de alta y extra alta tensión, los terminales primarios P1 y P2 están en la cabeza y los secundarios en una caja de bornes en la base, con tapa, prensaestopas y borne de tierra; vea el CT de alta tensión.
En un CT de media tensión de resina, los bornes secundarios están sobre el cuerpo, a veces con tapa precintable; en los toroidales salen como cables o en una pequeña bornera. Vea el CT de media tensión.
En baja tensión, los CT de medida tienen bornes en el cuerpo y suelen ir con una bornera de cortocircuito junto al medidor.

Marcación de los bornes

IEC 61869-2 fija la marcación de bornes con la misma lógica que tenía IEC 60044-1. La marcación debe identificar los devanados primario y secundario, sus secciones, sus polaridades relativas y las tomas intermedias:

P1 y P2: primario.
S1 y S2: secundario de un solo núcleo.
S1, S2, S3…: secundario con tomas. Cada par de bornes da una relación; el par extremo da la relación máxima.
1S1–1S2, 2S1–2S2…: varios secundarios, cada uno con su núcleo. El número inicial identifica el núcleo.
C1 y C2: secciones del primario en los CT de relación cambiable por el primario (serie o paralelo).

Todos los bornes marcados P1, S1 y C1 tienen la misma polaridad en el mismo instante: si la corriente entra por P1, sale por S1 hacia la carga. La verificación de la marcación es un ensayo de rutina de fábrica.

Cómo funciona

El CT impone la corriente; la tensión en sus bornes la fija la carga conectada (relé, medidor, cables y borneras). Por eso el secundario debe estar siempre cerrado a través de la carga o de un puente.

Secundario abierto. Si se abre el circuito con corriente en el primario, no hay corriente secundaria que compense el flujo: toda la corriente primaria magnetiza el núcleo, que se satura y produce picos de tensión altos en los bornes. La norma advierte que un CT no debe operar con el secundario abierto por las sobretensiones peligrosas y el calentamiento. La prueba de sobretensión entre espiras de fábrica no demuestra que el CT lo soporte.

Tomas. En un CT multirrelación se usa un solo par de bornes; las tomas sin uso quedan sin conectar, nunca puenteadas. Con una toma intermedia se usan menos espiras, y baja la tensión que el núcleo puede entregar antes de saturarse; confirme en la placa o en el protocolo a qué toma corresponde la clase declarada.

Puesta a tierra. Cada circuito secundario se aterriza en un solo punto. Dos tierras crean un camino paralelo por la malla y el relé mide mal durante una falla. La guía IEEE C57.13.3 trata este tema. Cuando varios juegos de CT llegan a un mismo relé, como en una diferencial, la tierra común suele ir en el tablero de ese relé.

Núcleo de medida o de protección. Los núcleos de medida (clases 0,2, 0,2S, 0,5 o 0,5S de IEC 61869-2) se saturan pronto a propósito, con su factor de seguridad, para proteger a los medidores durante una falla. Los de protección (por ejemplo 5P20, PX o TPY) mantienen su exactitud en la falla: un 5P20 garantiza un error compuesto máximo del 5 % hasta 20 veces la corriente nominal con la carga nominal. Un relé nunca se conecta a un núcleo de medida. Los requisitos de aplicación están en la guía IEEE C37.110.

Conexiones usuales de los secundarios

El primario del CT siempre va en serie con el conductor. Lo que cambia es cómo se conectan los secundarios de las tres fases:

Estrella con retorno residual. Es la conexión estándar actual. Cada fase alimenta su elemento de sobrecorriente 50/51, y por el retorno común circula Ia + Ib + Ic = 3I0, que alimenta la tierra 51N residual. Vea la protección de sobrecorriente de fases y tierra y la corriente de secuencia cero.
Delta. Se usaba con diferenciales electromecánicas de transformador para compensar el desfase del grupo vectorial y eliminar la corriente de secuencia cero. Los relés numéricos de la diferencial 87T hacen esa compensación por ajuste, así que hoy los CT van en estrella. En una modernización hay que revisar que la compensación no quede hecha dos veces, en el cableado y en el relé.
Toroidal de secuencia cero. Abraza las tres fases y entrega la corriente residual directamente. Si la pantalla del cable atraviesa el toroide y se aterriza después, su conductor de tierra debe regresar por dentro del toroide para cancelar la corriente de pantalla, como indican los fabricantes.
Suma de secundarios. En esquemas de interruptor y medio a veces se suman dos CT; solo con igual relación y características, y en un único punto.

Polaridad en el proyecto. El proyecto define si P1 mira hacia la barra o hacia el equipo protegido, y el relé se ajusta igual. Una polaridad invertida en un extremo hace que una diferencial vea carga como falla.

La carga del circuito (burden)

La carga que ve el CT es la suma del devanado secundario, los cables de ida y vuelta, las borneras y el relé. Lo que importa es la tensión que el CT debe producir: la corriente secundaria por esa carga. En estrella, el peor caso es la falla monofásica, porque la corriente recorre el conductor de fase y el de retorno, es decir, dos veces la resistencia del cable. Esa tensión se compara con la tensión de rodilla o con el factor límite de precisión del núcleo; si la supera, el CT se satura durante la falla y el relé mide menos de lo que pasa. Vea la prueba de excitación y punto de rodilla.

Por eso, con secundario de 1 A la carga de los cables es 25 veces menor que con 5 A (la potencia en el cable va con el cuadrado de la corriente), y se prefiere en recorridos largos.

Diferencias por nivel de tensión

Media tensión: pocos núcleos, cables cortos hasta el relé de la celda y, muchas veces, secundario de 5 A. El toroidal de secuencia cero tiene sus propios bornes y su propia regla para la pantalla de los cables.
Alta y extra alta tensión: varios núcleos en el mismo CT, cada uno asignado a una función (distancia, diferencial de barras, falla de interruptor, medida). Los cables recorren el patio hasta la caseta, por eso se prefiere secundario de 1 A. En los de aceite-papel, la caja de bornes suele alojar también el terminal de medición de capacitancia y tan delta, que debe quedar aterrizado y tapado.
CT tipo buje de interruptores de tanque muerto y transformadores: los secundarios salen al gabinete del equipo, el gabinete de mando del interruptor o el tablero de control del transformador, y de allí a la caseta.

Cableado con protección y control

Del borne del CT el circuito pasa por la caja de agrupamiento del patio, el cable apantallado, las borneras del tablero y el bloque de pruebas, hasta el relé. En el bloque de pruebas el secundario se cortocircuita automáticamente antes de abrirse hacia el relé, lo que permite la inyección secundaria al relé sin abrir el CT. El relé debe tener ajustada la misma relación y la misma polaridad que el cableado. En IEC 61850 el CT se modela con el nodo lógico TCTR.

Fallas comunes y qué revisar primero

Borne flojo o quemado: calentamiento, olor o marcas de arco. Es un secundario a punto de abrirse.
Corriente cero en una fase: circuito abierto o puente de cortocircuito olvidado en el bloque de pruebas.
Corriente residual con carga equilibrada: fase invertida, toma equivocada o una fase faltante.
Diferencial que opera con carga: relación distinta en un extremo o polaridad invertida.
Medidas erráticas en falla: dos tierras en el mismo circuito o una carga que satura el CT.
Diferencial que opera después de una modernización: compensación del grupo vectorial hecha en el cableado en delta y también en el relé.
Relé que no mide nada: puentes de cortocircuito olvidados en el bloque de pruebas.
Caja de bornes con humedad: prensaestopas o tapa mal cerrados.

Pruebas y mantenimiento

Las pruebas a transformadores de corriente y tensión incluyen, para bornes y secundarios:

relación y polaridad de cada núcleo y de la toma usada, con el CT desenergizado (vea la prueba de relación de transformación);
resistencia del devanado secundario y del lazo completo hasta el relé;
curva de excitación de cada núcleo;
resistencia de aislamiento de los secundarios a tierra y entre núcleos, con la tierra retirada;
carga real del circuito frente a la nominal;
apriete de bornes, estado de la caja y del punto único de tierra;
en servicio, magnitudes y ángulos en el relé.

Pruebas y configuración con Tiza Group

En Tiza Group probamos CT y sus circuitos secundarios en sitio, del borne al relé, en media, alta y extra alta tensión, para subestaciones e industria. Vea nuestras pruebas a transformadores de medida o escríbanos y le proponemos el alcance. Si cambió la toma o el núcleo, revisamos que la relación y la polaridad de los relés coincidan con la configuración remota de relés.

Guías relacionadas

Referencias

IEC 61869-1, Transformadores de medida: requisitos generales.
IEC 61869-2, Requisitos adicionales para transformadores de corriente.
IEC 60044-1, Transformadores de corriente (reemplazada por IEC 61869-2).
IEEE C57.13.3, Guía para la puesta a tierra de circuitos secundarios de transformadores de medida.
IEEE C37.110, Guía de aplicación de transformadores de corriente para protección.

Preguntas frecuentes

¿Qué pasa si se abre el secundario de un CT en servicio?

La corriente primaria ya no tiene corriente secundaria que la compense y se vuelve corriente de magnetización: el núcleo se satura y en los bornes aparecen picos de tensión peligrosos, además de calentamiento. Antes de retirar un relé o un medidor, cortocircuite el secundario en el bloque de pruebas.

¿Se deben puentear las tomas que no se usan en un CT multirrelación?

No. Se usa un par de bornes, por ejemplo S1–S2, y los demás quedan sin conectar. Puentear una toma sin uso cortocircuita parte del devanado y altera la relación y la exactitud.

¿Qué significa 1S1 y 2S1 en un CT?

Cuando el CT tiene varios secundarios, cada uno con su núcleo, el número delante de la S identifica el núcleo: 1S1–1S2 es el primero y 2S1–2S2 el segundo. Cada núcleo tiene su clase, su carga y su función.