Transformador de corriente (CT): partes, funciones y pruebas

Respuesta corta

El transformador de corriente (CT o TC) reduce la corriente del circuito primario a un valor pequeño y normalizado, de 1 A o 5 A, y aísla los equipos de medida y protección de la alta tensión. Un CT de protección debe reproducir la corriente de falla sin saturarse durante el tiempo que el relé necesita para decidir.

Qué es un transformador de corriente

El transformador de corriente, conocido como CT o TC, es un transformador de medida cuyo secundario entrega una corriente proporcional a la del primario y con un desfase cercano a cero. Su secundario nominal es normalmente de 1 A o 5 A. Cumple dos funciones: reducir la corriente a un valor que los relés y medidores puedan manejar, y aislar esos equipos de la tensión del circuito primario.

Toda protección de corriente depende de él. Si el CT mide mal, el relé decide mal, por bueno que sea su ajuste.

Partes principales

Primario, que puede ser el propio conductor o barra que atraviesa el núcleo, o un devanado de pocas espiras.
Núcleos magnéticos, cada uno con su devanado secundario. Un CT de alta tensión suele tener varios núcleos: uno o dos de medida y varios de protección.
Aislamiento principal: papel y aceite, gas SF6 o resina, según el tipo.
Caja de bornes secundarios, con tomas de relación cuando el CT es multirrelación.
Envolvente, aisladores y, en los de aceite, indicador de nivel y dispositivo de expansión.

Cómo funciona

La corriente primaria crea un flujo en el núcleo que induce una corriente en el secundario. Una pequeña parte de la corriente se usa para magnetizar el núcleo; esa corriente de excitación es la causa del error del CT.

Mientras la tensión que exige la carga conectada (cables y relés, llamada burden) sea baja, la corriente de excitación es mínima y el error también. Cuando la corriente o la carga crecen, el núcleo se acerca a la saturación: el punto de rodilla de su curva de excitación marca ese límite. Una falla con componente continua, típica en circuitos muy inductivos, puede saturar un CT aunque su valor simétrico parezca soportable. El flujo remanente que queda después de una falla o de una prueba con corriente continua empeora el problema.

Clases de precisión

Bajo IEC 61869-2:

Medida: clases 0,1, 0,2, 0,5, 1, y las clases 0,2S y 0,5S para medición de energía con buena precisión a bajas corrientes.
Protección: clases P (por ejemplo, 5P o 10P con su factor límite de precisión), clases PX y PXR definidas por la curva de excitación, y clases TP (TPX, TPY, TPZ) para el comportamiento transitorio.

Bajo IEEE C57.13 se usan las clases de protección C y T, con la tensión secundaria que el CT soporta sin superar el error especificado. IEEE C37.110 guía la selección de CT para protección.

Tipos

Alta y extra alta tensión: CT independientes de tanque muerto o de núcleo superior (tipo invertido), en aceite o SF6; CT tipo buje dentro de interruptores de tanque muerto y transformadores de potencia.
GIS: CT toroidales sobre el conductor encapsulado.
Media tensión e industria: CT tipo bloque en celdas, CT de ventana y toroidales de secuencia cero (homopolares) para fallas a tierra sensibles.
Transformadores de baja potencia y no convencionales, definidos en la serie IEC 61869, que entregan señales de bajo nivel o digitales a unidades de fusión.

Protecciones asociadas

Prácticamente todas: sobrecorriente 50/51, direccional 67, distancia 21 (junto con el transformador de tensión), diferenciales 87T, 87B, 87L y 87G, falla de interruptor 50BF. Las diferenciales son las más exigentes, porque comparan CT distintos y cualquier diferencia de saturación se ve como corriente diferencial. La diferencial de transformador 87T es un buen ejemplo de esa dependencia.

La polaridad y la puesta a tierra del secundario en un solo punto son decisivas; la guía de conexionado de CT explica las conexiones habituales.

Pruebas en la puesta en servicio y el mantenimiento

Las pruebas a transformadores de corriente y tensión incluyen:

Relación en cada núcleo y toma.
Polaridad de cada núcleo, confirmada contra los planos.
Curva de excitación y punto de rodilla, comparada con la clase y con el protocolo.
Resistencia del devanado secundario y burden real del circuito.
Resistencia de aislamiento y, en CT de alta tensión, capacitancia y factor de disipación.
Desmagnetización al terminar las pruebas con corriente continua.
Verificación con carga después de energizar: magnitudes, ángulos y corriente diferencial en los relés.

Fallas comunes

Polaridad invertida en un núcleo, que hace disparar una diferencial al primer paso de carga o falla externa.
Secundario abierto en un bloque de pruebas o borne flojo.
Doble puesta a tierra del circuito secundario.
Toma de relación equivocada en un CT multirrelación.
CT subdimensionado para la corriente de falla real o para la carga conectada.
Remanencia después de pruebas con corriente continua sin desmagnetizar.
Deterioro del aislamiento en CT de aceite, que en casos graves termina en explosión.

Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group

En Tiza Group probamos transformadores de corriente de media, alta y extra alta tensión y verificamos sus circuitos secundarios hasta el relé. Escríbanos y le proponemos el alcance.

Guías relacionadas

Referencias

IEC 61869-1, Transformadores de medida: requisitos generales.
IEC 61869-2, Requisitos adicionales para transformadores de corriente.
IEEE C57.13, Requisitos para transformadores de medida.
IEEE C37.110, Guía de aplicación de transformadores de corriente para protección.
Blackburn y Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.

Preguntas frecuentes

¿Por qué no se puede abrir el secundario de un CT en servicio?

Porque el CT impone la corriente. Si el secundario se abre, toda la corriente primaria magnetiza el núcleo, que se satura y genera picos de tensión muy altos en los terminales. Esto es peligroso para las personas y puede dañar el aislamiento del CT.

¿Qué diferencia hay entre un núcleo de medida y uno de protección?

El de medida es preciso cerca de la corriente nominal y se satura pronto, lo que protege a los medidores durante una falla. El de protección mantiene un error acotado hasta muchas veces la corriente nominal, para que el relé vea la falla correctamente.

¿Por qué un CT saturado hace operar mal una diferencial?

Durante una falla externa, si un CT se satura y el otro no, la protección ve una diferencia de corriente que no existe en el primario. Los relés diferenciales usan restricción y detección de saturación, pero un CT mal dimensionado o con remanencia puede superarlas.