Transformador de tensión inductivo (PT) de media y alta tensión

Qué es y dónde se ubica

El transformador de tensión inductivo, PT (también VT o TP), es un transformador de medida que entrega una tensión secundaria proporcional a la primaria y casi en fase con ella. Alimenta relés y medidores y los aísla de la red. Su norma es IEC 61869-3, que se aplica junto con los requisitos generales de IEC 61869-1.

En media tensión se instala en las celdas, en la barra o en la salida, a menudo extraíble y con fusibles primarios. En alta tensión es un equipo independiente en la bahía de línea o de barra. Por encima de cierto nivel de tensión suele preferirse el transformador de tensión capacitivo. La guía general es la del transformador de tensión.

Partes principales

• Núcleo magnético y devanado primario de muchas espiras.
• Devanados secundarios: uno o dos para medida y protección, y a veces un devanado residual.
• Aislamiento: resina epóxica en media tensión; papel-aceite o SF6 en alta tensión.
• Fusibles primarios en media tensión y fusibles o interruptores miniatura en el secundario.
• Bornes marcados A y N en el primario, a y n en los secundarios, y da y dn en el residual.

Cómo funciona

El PT inductivo es un transformador pequeño que trabaja casi en vacío. Su error depende de la corriente de excitación y de la caída de tensión en sus devanados con la carga conectada (burden). Mientras la carga esté dentro de la nominal y la tensión dentro del factor de tensión, cumple su clase.

Devanado residual. Con tres PT fase-tierra, los tres devanados residuales se conectan en serie formando un triángulo abierto. En condiciones balanceadas la suma es casi cero. Ante una falla a tierra, aparece la tensión residual, igual a tres veces la tensión de secuencia cero, que usan la sobretensión de neutro 59N y las direccionales de tierra.

Ferrorresonancia. Es una oscilación sostenida entre la inductancia no lineal del núcleo y las capacitancias de la red. Su secuencia típica:

En media tensión aparece sobre todo con neutro aislado; se amortigua con una resistencia en el triángulo abierto, que IEC 61869-3 prevé como uno de los usos del devanado residual. En alta tensión, un caso estudiado es el PT de barra que queda alimentado a través de los condensadores de gradación de un interruptor abierto.

Variantes y diferencias con otros niveles

• Fase-tierra: un polo aislado y el otro a tierra; tensión primaria nominal dividida por √3.
• Fase-fase: dos polos aislados; en media tensión se conectan dos en V para medir tensiones entre fases.
• Media tensión: resina, a menudo extraíble y con fusibles; trabaja con neutro aislado o resonante, donde la ferrorresonancia es más frecuente.
• Alta tensión: papel-aceite o SF6, sin fusible primario, con requisitos de capacitancia y factor de disipación para Um ≥ 72,5 kV en los aislados en líquido.

Valores asignados y placa

Según IEC 61869-3:

• Tensión secundaria: 100 V o 110 V (práctica europea), 115 V o 120 V (práctica de Estados Unidos y Canadá); en los fase-tierra, divididas por √3.
• Devanado residual: valores preferidos de 100/3 V o 110/3 V, entre otros.
• Carga nominal: 1, 2,5, 5 y 10 VA con factor de potencia 1 (rango I), o 10, 25, 50 y 100 VA con 0,8 inductivo (rango II), además de la potencia térmica límite.
• Clases de medida: 0,1, 0,2, 0,5, 1 y 3. Clases de protección: 3P y 6P, válidas desde el 5 % de la tensión nominal hasta la tensión que corresponde al factor de tensión. El devanado residual es 6P o mejor.
• Factor de tensión: 1,2 continuo en todos los casos; 1,5 por 30 s en sistemas efectivamente puestos a tierra; 1,9 por 30 s en sistemas no efectivamente puestos a tierra con disparo automático de la falla a tierra; 1,9 por 8 h con neutro aislado o resonante sin disparo automático.
• Cortocircuito en el secundario: debe soportarlo 1 s energizado a tensión nominal.

Integración con protección y control

El PT alimenta la distancia 21, la direccional 67 y 67N, la subtensión 27, la sobretensión 59 y 59N, la frecuencia 81 y la verificación de sincronismo 25. Los relés supervisan la pérdida de tensión (fuse failure) para bloquear las funciones que dependen de ella si se abre un fusible o un interruptor miniatura del secundario. En IEC 61850 el PT se modela con el nodo lógico TVTR.

Los fusibles primarios en media tensión se eligen con el menor calibre que no opere con la corriente de energización del PT; vea el fusible de media tensión.

Pruebas de puesta en servicio y mantenimiento

Las pruebas a transformadores de corriente y tensión incluyen:

• Relación y polaridad de cada devanado; vea la verificación de polaridad en PT.
• Resistencia de devanados primario y secundarios.
• Resistencia de aislamiento y, en alta tensión aislados en líquido, capacitancia y tan delta.
• Carga real del secundario, incluidos cables.
• Al energizar: magnitudes, secuencia de fases y tensión residual cercana a cero en el triángulo abierto.
• Resistencia antiferrorresonancia, su valor y su conexión.

Fallas comunes y qué revisar primero

• Bloqueo de la distancia o alarma de fuse failure: fusible o interruptor miniatura del secundario abierto.
• Tensión residual alta sin falla: un devanado residual invertido o una fase cruzada.
• Fusibles primarios fundidos repetidamente: ferrorresonancia o falla interna.
• PT recalentado o con olor a quemado: ferrorresonancia sostenida o cortocircuito secundario.
• Humedad en aceite-papel: aumento de tan delta respecto al protocolo.

Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group

En Tiza Group probamos transformadores de tensión de media, alta y extra alta tensión y verificamos sus circuitos con las protecciones en servicio. Escríbanos y le proponemos el alcance de las pruebas y la puesta en servicio.

Referencias

• IEC 61869-1, Transformadores de medida: requisitos generales.
• IEC 61869-3, Requisitos adicionales para transformadores de tensión inductivos.
• IEEE C57.13, Requisitos para transformadores de medida.
• IEEE C37.48.1, Guía de aplicación de fusibles limitadores de corriente.
• Blackburn y Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.

Preguntas frecuentes