La prueba de excitación de un CT levanta la curva de corriente frente a la tensión aplicada al secundario, con el primario abierto, para hallar el punto de rodilla donde empieza la saturación. Sirve para saber si el núcleo reproducirá la corriente de falla sin saturarse y para detectar espiras en cortocircuito, tomas equivocadas o núcleos intercambiados.
La curva de excitación es la huella magnética de un núcleo de transformador de corriente (CT). Dice hasta qué tensión el núcleo trabaja en su zona lineal y desde dónde empieza a saturarse. Para un CT de protección esa frontera, el punto de rodilla, decide si el relé verá la corriente de falla tal como es o una versión recortada y deformada. Por eso la prueba de excitación es una de las básicas en la puesta en servicio de cualquier núcleo de protección, en subestaciones e industria de media, alta y extra alta tensión.
Qué es la prueba de excitación de un CT
Con el primario abierto, se aplica una tensión alterna al devanado secundario y se mide la corriente que toma, la corriente de excitación, para tensiones crecientes. El resultado es una curva de tensión contra corriente, normalmente en escala logarítmica.
Mientras el núcleo no está saturado, la corriente de excitación es pequeña y crece poco con la tensión. Al acercarse a la saturación, pequeños aumentos de tensión exigen aumentos grandes de corriente: la curva se dobla. Ese codo es el punto de rodilla.
La tensión que se aplica en la prueba representa la tensión que el CT tendría que desarrollar en su secundario para empujar la corriente de falla a través de la carga conectada (cables, relés) y de su propia resistencia interna. Si esa tensión supera la rodilla, el CT se satura.
Por qué se hace
- Para saber si el CT sirve para su protección. Las protecciones diferenciales, de distancia y de sobrecorriente instantánea dependen de que el CT no se sature en los primeros ciclos de la falla. El punto de rodilla, junto con la resistencia del secundario y la carga real, permite comprobarlo en el estudio de protecciones.
- Para detectar defectos que otras pruebas no ven con claridad.
- Para confirmar que el núcleo correcto está en el lugar correcto: un CT de alta tensión suele tener varios núcleos de medida y de protección, y un intercambio de núcleos o de tomas pasa desapercibido hasta que hay una falla.
- Para tener una referencia de la curva al poner en servicio, contra la cual comparar si después hay dudas tras una falla severa.
Dos definiciones de punto de rodilla
El término es el mismo, pero IEC e IEEE no lo definen igual, y confundirlos es uno de los errores más comunes al comparar con el protocolo de fábrica.
| Norma | Definición |
|---|---|
| IEC 61869-2 (clases PX y PXR) | Tensión a la cual un aumento del 10 % en la tensión produce un aumento del 50 % en la corriente de excitación. |
| IEEE C57.13 (núcleo sin entrehierro) | Punto donde la tangente a la curva, en escala log-log con escalas iguales, forma 45° con el eje de corriente. Para núcleos con entrehierro se usa 30°. |
Para un mismo CT, el punto de rodilla IEEE queda por debajo del IEC. En IEC 61869-2 la tensión de rodilla nominal se especifica en las clases PX y PXR; en las clases P el desempeño se define con el factor límite de precisión y no con la rodilla. En IEEE, los CT de protección se identifican por su clase C o T (por ejemplo C400 o C800), que indica la tensión secundaria que el CT entrega con la carga normalizada sin superar el error admitido.
Qué defectos detecta
| Síntoma en la curva | Causa probable |
|---|---|
| Curva desplazada hacia más corriente, rodilla mucho más baja | Espiras en cortocircuito en el secundario |
| Curva que corresponde a otra relación | Toma equivocada o núcleo intercambiado |
| Diferencia clara entre las tres fases del mismo diseño | Daño en un núcleo o error de conexión |
| Pendiente irregular en la zona baja | Magnetismo remanente por una prueba previa en corriente continua |
| Curva imposible, con corriente alta desde el inicio | El primario forma una espira cerrada, por ejemplo por tierras a ambos lados en una GIS |
Una rodilla más alta que la especificada no es un defecto: significa que el núcleo tiene más margen.
A qué equipos y niveles aplica
- CT de protección de media, alta y extra alta tensión, tipo pedestal, de buje (en transformadores e interruptores de tanque muerto) y en celdas y GIS.
- CT de medida: la prueba también se puede hacer, pero el criterio importante para ellos es la exactitud a corriente nominal, no la rodilla; de hecho, un CT de medida se diseña para saturarse pronto y proteger los medidores.
- CT multirrelación: normalmente se levanta la curva en la toma completa o en la que se usará en servicio, según lo pida el estudio.
Las particularidades de cada tipo de CT están en transformador de corriente de alta tensión y transformador de corriente de media tensión.
Normas y qué exigen
- IEC 61869-2 define las clases de CT de protección (P, PR, PX, PXR y las de régimen transitorio TPX, TPY, TPZ), la tensión de rodilla y los datos que se especifican para las clases PX y PXR: tensión de rodilla, corriente de excitación a esa tensión y resistencia del secundario.
- IEEE C57.13 define las clases C y T y la forma de presentar las curvas de excitación típicas.
- IEEE C37.110 es la guía para aplicar CT en protección y para verificar que no se saturen con la falla y la carga reales.
Ninguna de ellas exige una prueba de excitación en campo con un procedimiento único; la referencia para comparar es la curva de fábrica y los datos que el estudio de protecciones tomó como base.
Cómo se interpretan los resultados
En términos generales:
- Contra fábrica y entre fases: las curvas deben coincidir en forma y posición. Diferencias pequeñas son normales.
- Contra la especificación: en clase PX, la rodilla medida debe ser al menos la especificada y la corriente de excitación a esa tensión no debe superar la especificada. En clase C, la curva debe ser coherente con la tensión de la clase.
- Contra el estudio: la rodilla medida, con la resistencia del secundario y la carga real del circuito, debe dar margen suficiente para la falla máxima. Ese análisis se hace con los criterios de ajuste de protecciones.
La prueba debe hacerse después de cualquier medición en corriente continua, como la resistencia del secundario o la verificación de polaridad, porque estas dejan magnetismo remanente. Al final de la prueba el núcleo se desmagnetiza bajando la tensión de forma gradual.
Qué hacer si la curva sale mal
Primero se descartan causas de montaje: carga sin desconectar, primario cerrado a través de tierras, núcleo magnetizado o toma equivocada. Si la curva sigue mal, se cruza con la relación de transformación y polaridad y con la resistencia del secundario. Un CT con espiras en cortocircuito o un núcleo intercambiado no debe alimentar una protección hasta resolverlo con el fabricante.
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Referencias
- IEC 61869-2, Instrument transformers – Part 2: Additional requirements for current transformers.
- IEEE Std C57.13, Standard Requirements for Instrument Transformers.
- IEEE Std C37.110, Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes.
Preguntas frecuentes
¿El punto de rodilla IEC es igual al IEEE?
No. IEC 61869-2 lo define como la tensión a la que un aumento del 10 % produce un aumento del 50 % en la corriente; IEEE C57.13 usa la tangente a 45° en escala log-log. Para el mismo CT el punto IEEE queda por debajo del IEC.
¿Por qué la curva puede salir falsa en una GIS?
Si el conductor primario está a tierra en ambos lados forma una espira cerrada. Hay que abrir una de las tierras manteniendo al menos una conectada.
¿Una rodilla más alta que la especificada es un defecto?
No. Una rodilla baja significa saturación temprana en falla; una rodilla más alta que la especificada no es defecto.