El informe técnico IEC TR 61869-100 explica que hoy el sobredimensionamiento de un CT de protección lo fija el fabricante del relé, que publica sus requisitos en el manual. El proyectista los aplica a cada caso y entrega los parámetros de clase al fabricante del CT. Las clases TPX, TPY y TPZ, que trasladaban el cálculo al fabricante del CT, no se generalizaron.
Respuesta corta
Dimensionar un CT de protección significa decidir cuánto debe poder entregar el núcleo antes de saturarse. Esa decisión depende de la corriente de falla, de su componente continua y de lo que tolera el algoritmo del relé. El informe técnico IEC TR 61869-100 (edición 2017) explica cómo se reparte hoy la tarea: el fabricante del relé fija el sobredimensionamiento, el proyectista lo aplica a su caso y el fabricante del CT construye el núcleo con los parámetros que recibe.
Cómo se llegó a este reparto
El informe técnico resume la historia en su cláusula 4.1:
- La norma IEC 60044-6 se introdujo en 1992 y fue la primera que consideró el comportamiento transitorio de los CT de protección.
- En la clase P tradicional, el sobredimensionamiento por la componente continua de la corriente primaria queda «escondido» en el factor límite de precisión o en la carga.
- Las clases TPX, TPY y TPZ se definieron «orientadas al ciclo»: especificaban todos los parámetros de un ciclo C-O y de uno C-O-C-O. Con ellas, el fabricante del CT calculaba el sobredimensionamiento, representado por el factor transitorio, que el informe llama hoy factor de dimensionamiento transitorio.
Las clases de comportamiento transitorio nunca se aceptaron de forma amplia, por dos razones que da el informe:
- Especificarlas por ciclos de trabajo y tiempo hasta el límite de precisión es mucho más complejo que usar las clases 5P y 10P, pensadas originalmente para relés electromecánicos.
- La definición del ciclo ya no refleja el criterio real con el que se definen los factores de sobredimensionamiento.
Hoy es práctica común que los desarrolladores de relés fijen el sobredimensionamiento requerido de los CT de protección, considerando la forma de onda de la señal primaria y sus propias exigencias de protección. Al integrar IEC 60044-6 en IEC 61869-2, se tuvo en cuenta que el ciclo de trabajo pierde peso. Por eso la norma permite definir el comportamiento transitorio indicando directamente el factor de dimensionamiento transitorio, en lugar de los parámetros del ciclo. Es una forma de especificar sencilla y parecida a la de las clases P.
Una precisión de nombres: IEC 61869-2 escribe estos factores con la letra K (Ktd, Ktf, Kssc). El informe técnico usa la letra F (Ftd, Ftf). Son los mismos conceptos.
La cadena de responsabilidades
La cláusula 4.2 del informe recomienda este orden:
- Fabricante del relé: fórmulas analíticas. Primera estimación del sobredimensionamiento
- Fabricante del relé: simulación. Prueba sus algoritmos con un modelo del núcleo del CT
- Fabricante del relé: publica los requisitos. Parámetros simples para los casos de falla más exigentes, en el manual del relé
- Proyectista: aplica los requisitos. Los lleva a los casos concretos de su subestación
- Fabricante del CT. Recibe los parámetros de clase ya verificados
Los procedimientos con que el fabricante del relé determina el factor de dimensionamiento transitorio a partir de sus reglas de protección son conocimiento propio de los especialistas en relés. El informe técnico no los incluye. Las fórmulas del informe son más amplias y complejas que las de la norma anterior, pero están pensadas para que las apliquen pocos desarrolladores de relés, que luego entregan a los proyectistas y a los fabricantes de CT parámetros que permiten un dimensionamiento más sencillo.
Para quien proyecta, esto cambia el punto de partida: el dato de entrada no es una fórmula de un libro, sino el documento de requisitos del fabricante del relé.
La vía de compatibilidad
Por compatibilidad con IEC 60044-6, el informe admite un atajo. El factor transitorio calculado de forma analítica, a partir del tiempo hasta el límite de precisión, el ciclo de trabajo y otros parámetros, se aplica directamente como factor de dimensionamiento transitorio. No se hacen pruebas adicionales con el relé. El informe lo declara una vía no recomendada. Puede elegirse en situaciones donde la responsabilidad del diseño no se delega por completo en el fabricante del relé.
La propia IEC 61869-2 advierte que la fórmula del ciclo C-O-C-O de la norma anterior ignora la saturación durante el primer ciclo y en muchos casos lleva a valores de dimensionamiento innecesariamente altos (nota 1 de 2B.1.3).
Por qué los núcleos pueden ser más pequeños
El informe técnico da dos motivos (4.2):
- En los relés digitales el tiempo de decisión ha disminuido de forma continua por las frecuencias de muestreo más altas y los algoritmos más refinados. Por eso el tiempo sin saturación que se exige al CT también se redujo. Esto lleva a núcleos menores, en línea con el desarrollo de las subestaciones compactas aisladas en gas.
- Algunos algoritmos aplican filtrado de Fourier o de valor eficaz a la señal dinámica del CT. Por eso los relés reaccionan de forma más suave ante corrientes altas con posible saturación.
Como consecuencia, el desempeño que se requiere del CT y el tamaño final del núcleo no se pueden expresar solo con el tiempo inicial hasta la saturación y una fórmula analítica simple.
Qué significa para su proyecto
- Pida al fabricante del relé el documento con los requisitos de CT para su función de protección: qué parámetros exige y para qué casos de falla.
- Calcule, con los datos de su red, los casos concretos a los que se aplican esos requisitos: corriente de falla, relación X/R, carga del secundario y ciclo de reenganche.
- Convierta el resultado en la especificación del CT, ya sea por clase (5P, PX, TP) o por factor de dimensionamiento transitorio, y verifique que la oferta del fabricante la cumpla.
- Documente cuál fue el requisito del relé y de dónde sale. Ese registro es lo que se revisa al cambiar de relé o de fabricante.
Qué no hacer
- No calcule el CT con una fórmula genérica sin consultar el manual del relé.
- No mezcle en una misma especificación los parámetros del ciclo de trabajo y el factor de dimensionamiento transitorio directo: la norma pide no mezclar los métodos.
- No reutilice el dimensionamiento de un relé para otro de distinto fabricante sin comprobar sus requisitos.
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Quién dimensiona el CT se aplica a las clases TP, al ciclo de trabajo, a las clases 5P y 10P y al Ktd. Los ajustes dependen del criterio de ajuste y de la diferencial de transformador. La visión general está en CT de alta tensión. Nuestra herramienta gratuita de carga y saturación del CT cubre las clases 5P, 10P y PX; las clases TP se calculan con el ciclo de trabajo.
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Referencias
- IEC TR 61869-100, Instrument transformers - Part 100: Guidance for application of current transformers in power system protection, edición 1.0 (2017), cláusulas 1, 4.1 y 4.2.
- IEC 61869-2, Instrument transformers - Part 2: Additional requirements for current transformers, edición 1.0 (2012), cláusulas 3.4.233, 3.4.234, 5.6.202.5.3 y 2B.1.3.
Preguntas frecuentes
¿Quién debe calcular el factor de dimensionamiento transitorio Ktd?
Según IEC TR 61869-100, el fabricante del relé es quien conoce cuánta saturación tolera su algoritmo. Primero usa fórmulas analíticas, luego prueba sus algoritmos con un modelo del núcleo y publica los requisitos para los casos de falla más exigentes. El proyectista aplica esos requisitos y comunica los parámetros de clase al fabricante del CT.
¿Puedo usar el factor Ktf calculado con fórmulas como si fuera Ktd?
Sí, por compatibilidad con la norma anterior, y sin más pruebas del relé. El informe técnico lo describe como un camino no recomendado, que puede elegirse cuando la responsabilidad del diseño no se delega por completo en el fabricante del relé.
¿Por qué los relés digitales permiten núcleos más pequeños?
Porque el tiempo de decisión de los relés digitales ha disminuido con las frecuencias de muestreo más altas y con algoritmos más refinados. Eso reduce el tiempo que el CT debe funcionar sin saturarse, y los núcleos pueden ser menores, en línea con las subestaciones aisladas en gas, que son compactas.