Transformador de tensión inductivo y capacitivo: partes y pruebas

Qué es un transformador de tensión

El transformador de tensión (VT, PT o TP) es un transformador de medida cuya tensión secundaria es proporcional a la primaria y con un desfase cercano a cero. Entrega a relés y medidores una tensión baja y normalizada, del orden de 100 a 120 V entre fases según la norma y el país, y los aísla de la alta tensión.

Las protecciones que dependen de la tensión, como la distancia 21, la direccional, la subtensión, la sobretensión, la frecuencia y la verificación de sincronismo, solo son tan buenas como su señal de tensión.

Partes principales

Transformador de tensión inductivo (IEC 61869-3):

• Núcleo magnético con devanado primario de muchas espiras, conectado entre fase y tierra o entre fases.
• Uno o más devanados secundarios: medida, protección y, a veces, un devanado residual para conexión en triángulo abierto.
• Aislamiento de papel y aceite, SF6 o resina, según el nivel de tensión.
• En media tensión, fusibles primarios de protección.

Transformador de tensión capacitivo, CVT (IEC 61869-5):

• Divisor capacitivo de dos secciones (C1 y C2) que reduce la tensión a un valor intermedio.
• Unidad electromagnética: un transformador inductivo intermedio y una reactancia de compensación sintonizada con el divisor a la frecuencia del sistema.
• Circuito de supresión de ferrorresonancia.
• Terminal de alta frecuencia y bobina de drenaje cuando el CVT se usa como acople para onda portadora.

Cómo funciona

El PT inductivo funciona como un transformador pequeño trabajando casi en vacío. Su precisión depende de que la carga secundaria (burden) esté dentro de la nominal.

El CVT divide la tensión con los condensadores y la lleva a un nivel que un transformador inductivo de menor aislamiento puede manejar. La reactancia de compensación cancela la reactancia del divisor a la frecuencia nominal, por eso su precisión depende de la frecuencia y de la estabilidad de las capacitancias. Ante una caída repentina de tensión, la energía almacenada en el circuito sintonizado produce un transitorio que puede durar algunos ciclos.

Los PT se especifican también por su factor de tensión nominal: la sobretensión que soportan durante un tiempo definido, que depende de cómo está puesto a tierra el neutro del sistema.

Con tres devanados residuales conectados en triángulo abierto se obtiene la tensión residual, que es tres veces la tensión de secuencia cero. En condiciones balanceadas es casi nula y crece ante una falla a tierra. En sistemas con neutro aislado se suele conectar una resistencia de amortiguamiento en ese triángulo para atenuar la ferrorresonancia; su valor lo indica el fabricante del PT.

Clases de precisión

Según IEC 61869-3 y -5, las clases de medida más usadas son 0,1, 0,2, 0,5 y 1, y las de protección 3P y 6P. Un mismo PT puede tener devanados con clases distintas. IEEE C57.13 define sus propias clases y cargas normalizadas.

Tipos

• Extra alta y alta tensión: casi siempre CVT, por costo y por su uso adicional como acople de onda portadora; PT inductivos cuando se necesita mejor respuesta transitoria o precisión para facturación, según la especificación.
• GIS: PT inductivos encapsulados en SF6.
• Media tensión e industria: PT inductivos en celdas, a menudo extraíbles y con fusibles; conexiones fase-tierra, fase-fase o en V.
• Divisores y sensores de baja potencia, definidos en la serie IEC 61869, en celdas modernas y en subestaciones digitales.

Protecciones asociadas

• Distancia 21, direccional 67 y 67N, potencia 32.
• Subtensión 27, sobretensión 59 y sobretensión de neutro 59N, que suele tomar la tensión residual de un triángulo abierto.
• Frecuencia 81 y verificación de sincronismo 25.
• Supervisión de pérdida de tensión (fuse failure o PT supervision), que bloquea las funciones que dependen de la tensión cuando se pierde una fase del secundario.

Pruebas en la puesta en servicio y el mantenimiento

Las pruebas a transformadores de corriente y tensión incluyen, para el PT:

• Relación y polaridad de cada devanado; vea la verificación de polaridad en PT.
• Resistencia de devanados primario y secundarios.
• Resistencia de aislamiento de primario y secundarios.
• Capacitancia y factor de disipación de las secciones del divisor en los CVT, comparados con la placa y con el protocolo.
• Carga secundaria real del circuito, incluidos cables.
• Verificación al energizar: magnitudes, secuencia de fases y ángulos en cada relé y medidor, y tensión residual cercana a cero en el triángulo abierto.
• Dispositivo antiferrorresonancia y resistencias de amortiguamiento, cuando existan.

Fallas comunes

• Fusibles o interruptores miniatura del secundario abiertos, que el relé interpreta como falla si la supervisión no está activa.
• Cortocircuito en el secundario, que destruye el PT o sus fusibles.
• Ferrorresonancia en PT inductivos de sistemas con neutro aislado o con interruptores con condensadores de gradación.
• Elementos capacitivos perforados en un CVT, que cambian la relación poco a poco; se detecta como deriva de la tensión secundaria entre fases.
• Fases cruzadas o triángulo abierto mal conectado.
• Humedad y deterioro del aislamiento en equipos de aceite.

Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group

En Tiza Group probamos transformadores de tensión inductivos y capacitivos y verificamos sus circuitos secundarios con las protecciones en servicio. Escríbanos y le proponemos el alcance.

Guías relacionadas

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• Bornes y secundarios del CT: P1, P2, S1, S2 y tomas

Referencias

• IEC 61869-1, Transformadores de medida: requisitos generales.
• IEC 61869-3, Requisitos adicionales para transformadores de tensión inductivos.
• IEC 61869-5, Requisitos adicionales para transformadores de tensión capacitivos.
• IEEE C57.13, Requisitos para transformadores de medida.
• Blackburn y Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.

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