Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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Definición de transformador de instrumentos
Transformadores de instrumentos significa que el transformador de corriente y el transformador de voltaje se utilizan en el sistema de energía eléctrica para reducir las corrientes y los voltajes del sistema con fines de medición y protección. En realidad, los relés y medidores utilizados para protección y medición, no están diseñados para altas corrientes y voltajes.
Las altas corrientes o voltajes del sistema de energía eléctrica no se pueden alimentar directamente a los relés y medidores. El transformador de corriente reduce la corriente nominal del sistema a 1 amperio o 5 amperios de manera similar, el transformador de voltaje reduce los voltajes del sistema a 110 V.Los relés y medidores generalmente están diseñados para 1 amperio, 5 amperios y 110 V.
¿Qué es un transformador de corriente?
Un transformador de corriente (CT) es un transformador de instrumentos en el que la corriente secundaria es sustancialmente proporcional a la corriente primaria y difiere en fase idealmente en un grado cero.
Clase de precisión de CT o clase de transformador de corriente
Un transformador de corriente es similar a un transformador de energía eléctrica hasta cierto punto, pero existen algunas diferencias en el principio de construcción y funcionamiento. Para fines de medición e indicación, la precisión de la relación entre las corrientes primarias y secundarias es esencial dentro del rango de trabajo normal. Normalmente, la precisión del transformador de corriente requiere hasta un 125% de la corriente nominal; porque la corriente permitida del sistema debe estar por debajo del 125% de la corriente nominal.
Más bien, es deseable que el núcleo del transformador de corriente se sature después de este límite, ya que las tensiones eléctricas innecesarias debido a la sobrecorriente del sistema se pueden evitar desde el instrumento de medición conectado al secundario del transformador de corriente, ya que la corriente secundaria no supera el límite deseado incluso La corriente primaria del transformador de corriente se eleva a un valor muy alto que sus valores nominales. Por lo tanto, la precisión dentro del rango de trabajo es el criterio principal de un transformador de corriente utilizado para fines de medición. El grado de precisión de un transformador de corriente de medición se expresa mediante la clase de precisión del transformador de corriente o simplemente la clase de transformador de corriente o la clase CT .
Pero en el caso de la protección, es posible que el transformador de corriente no tenga el nivel de precisión tan bueno como el transformador de corriente de medición, aunque se desea que no se sature durante el paso de alta corriente de falla a través del primario.
Por lo tanto, el transformador de corriente de núcleo de protección está diseñado de manera que no se sature para un rango largo de corrientes. Si la saturación del núcleo llega a un nivel más bajo de corriente primaria, la reflexión adecuada de la corriente primaria no llegará a la secundaria, por lo tanto, los relés conectados al secundario pueden no funcionar correctamente y el sistema de protección pierde su confiabilidad. 
Suponga que tiene un transformador de corriente con una relación de corriente de 400/1 A y su núcleo de protección está situado en 500 A. Si la corriente primaria del transformador de corriente se convierte en 1000 A, la corriente secundaria seguirá siendo de 1,25 A porque la corriente secundaria no lo hará. aumenta después de 1,25 A debido a la saturación. Si la corriente de actuación del relé conectado el circuito secundario del CT es de 1,5 A, no funcionará en absoluto, incluso el nivel de falla del circuito de potencia es de 1000 A.
El grado de precisión de un transformador de corriente de protección puede no ser tan fino como el transformador de corriente de medición, pero también se expresa mediante la clase de precisión del transformador de corriente o simplemente la clase de transformador de corriente o la clase de TC como en el caso del transformador de corriente de medición, pero de una manera un poco diferente. .
Teoría del transformador de corriente o TC
Un CT funciona con el mismo principio de funcionamiento básico del transformador de energía eléctrica, como discutimos anteriormente, pero aquí hay alguna diferencia. Si se trata de un transformador de energía eléctrica u otro transformador de uso general, la corriente primaria varía con la carga o la corriente secundaria. En el caso de CT, la corriente primaria es la corriente del sistema y esta corriente primaria o la corriente del sistema se transforma en el secundario del CT, por lo tanto, la corriente secundaria o la corriente de carga depende de la corriente primaria del transformador de corriente.
En un transformador de potencia, si la carga está desconectada, solo habrá flujos de corriente magnetizante en el primario. El primario del transformador de potencia toma corriente de la fuente proporcional a la carga conectada con el secundario. Pero en el caso de CT, el primario está conectado en serie con la línea de alimentación. Entonces, la corriente a través de su primario no es más que la corriente que fluye a través de esa línea eléctrica.
La corriente primaria del TC, por lo tanto, no depende de si la carga o carga está conectada al secundario o no o cuál es el valor de impedancia de la carga. Generalmente, CT tiene muy pocas vueltas en la primaria, mientras que las vueltas secundarias son grandes en número. Digamos que N p es el número de vueltas en CT primario e I p es la corriente a través del primario. Por tanto, el AT primario es igual a N p I p AT.
Si el número de vueltas en la corriente secundaria y secundaria en ese transformador de corriente es N s e I s respectivamente, entonces el AT secundario es igual a N s I s AT.
En un CT ideal, el AT primario es exactamente igual en magnitud al AT secundario.
Entonces, a partir de la declaración anterior, está claro que si un CT tiene una vuelta en el devanado primario y 400 vueltas en el devanado secundario, si tiene una corriente de 400 A en el primario, entonces tendrá 1 A en la carga secundaria.
Por lo tanto, la relación de giro del CT es 400/1 A
Error del transformador de corriente
Pero en un transformador de corriente (TC) real, los errores con los que estamos conectados se pueden considerar mejor mediante un estudio del diagrama fasorial para un TC, 
I s – Corriente secundaria.
E s : fem inducida secundaria.
I p – Corriente primaria.
E p : fem inducida primaria.
K T – Relación de vueltas = Número de vueltas secundarias / número de vueltas primarias.
I 0 – Corriente de excitación.
I m – Componente magnetizante de I 0 .
I w – Componente de pérdida de núcleo de I 0 .
Φ m – Flujo principal.
Tomemos el flujo como referencia. EMF E s y E p se retrasa 90 ° con respecto al flujo . La magnitud de los transeúntes E s y E p son proporcionales a los giros secundarios y primarios. La corriente de excitación I o que se compone de dos componentes I my I w .
La corriente secundaria I 0 se retrasa con respecto a la fem inducida secundaria E s en un ángulo Φ s . La corriente secundaria ahora se transfiere al lado primario invirtiendo I sy multiplicada por la relación de vueltas K T. La corriente total que fluye a través del primario I p es entonces la suma vectorial de K T I sy I 0 .
El error de corriente o error de relación en el transformador de corriente o TC
A partir del diagrama de transeúntes anterior, está claro que la corriente primaria I p no es exactamente igual a la corriente secundaria multiplicada por la relación de vueltas , es decir, K T I s . Esta diferencia se debe a que la corriente primaria es aportada por la corriente de excitación del núcleo. El error en el transformador de corriente introducido debido a esta diferencia se llama error de corriente de CT o algunas veces error de relación en el transformador de corriente .
Error de fase o error de ángulo de fase en el transformador de corriente
Para un CT ideal, el ángulo entre el vector de corriente primario y secundario inverso es cero. Pero para un TC real siempre hay una diferencia de fase entre dos debido al hecho de que la corriente primaria tiene que suministrar el componente de la corriente de salida. El ángulo entre las dos fases anteriores se denomina error de ángulo de fase en el transformador de corriente o TC.
Aquí en el diagrama de Pharos es β, el error del ángulo de fase generalmente se expresa en minutos.
Causa del error en el transformador de corriente
La corriente primaria total no se transforma realmente en CT. Una parte de la corriente primaria se consume para la excitación del núcleo y el resto son en realidad transformadores con relación de vueltas de CT, por lo que hay un error en el transformador de corriente, lo que significa que hay tanto un error de relación en el transformador de corriente como un error de ángulo de fase en el transformador de corriente .
Cómo reducir el error en el transformador de corriente
Es deseable reducir estos errores para un mejor rendimiento. Para lograr un error mínimo en el transformador de corriente, se puede seguir lo siguiente,
- Utilizando un núcleo de materiales magnéticos de alta permeabilidad y baja pérdida por histéresis .
- Mantener la carga nominal en el valor más cercano de la carga real.
- Asegurando una longitud mínima de la trayectoria del flujo y aumentando el área de la sección transversal del núcleo, minimizando la unión del núcleo.
- Bajando la impedancia interna secundaria.
