¿Qué es un transformador de corriente monofásico-para interiores? ¿Cómo funciona?

Los transformadores de corriente son instrumentos centrales indispensables en la medición, protección y monitoreo de sistemas eléctricos. Ya sea en salas de distribución de fábricas, subestaciones o gabinetes de distribución de edificios, se pueden encontrar casi en cualquier lugar donde se requiera medición de corriente. Los transformadores de corriente monofásicos- para interiores, como el tipo más utilizado, desempeñan un papel crucial en la conversión de grandes corrientes en líneas de alto-voltaje en corrientes más pequeñas adecuadas para un uso seguro por parte de instrumentos y relés. Este artículo presentará sistemáticamente la definición, estructura y principio de funcionamiento de los transformadores de corriente monofásicos-para interiores, ayudando a los profesionales eléctricos y a los principiantes a establecer una comprensión clara.

Un transformador de corriente (CT) es un dispositivo especializado de medición y transformación. Su función principal es convertir proporcionalmente grandes corrientes en un sistema de energía en corrientes estándar más pequeñas. Normalmente, convierte una gran corriente primaria en una salida estándar de 5 A o 1 A en el lado secundario, lo que garantiza el uso seguro de equipos secundarios como instrumentos de medición de potencia, amperímetros, vatímetros y dispositivos de protección de relés.
¿Por qué es necesaria esta conversión? Hay dos razones: en primer lugar, la corriente de línea en los sistemas eléctricos a menudo alcanza cientos o incluso miles de amperios, lo que hace imposible la conexión directa a instrumentos comunes. En segundo lugar, las líneas de alto-voltaje no pueden conectarse directamente a instrumentos de medición; De lo contrario, los operadores correrían el riesgo de sufrir una descarga eléctrica. Los transformadores de corriente logran el aislamiento eléctrico mediante el principio de inducción electromagnética, reduciendo proporcionalmente la corriente y aislando completamente el lado de alto-voltaje del circuito secundario de bajo-voltaje, garantizando fundamentalmente la seguridad del personal y los equipos de medición.

Interior: Se refiere a un modelo de transformador diseñado específicamente para ambientes de instalación en interiores. Su estructura de aislamiento, nivel de protección del gabinete y distancia de fuga están diseñados para condiciones interiores y no son adecuados para uso directo en ambientes exteriores húmedos, sucios o expuestos a la lluvia-.
Monofásico-: esto significa que cada transformador mide la corriente de una sola línea de fase, con una unidad configurada por fase. En un sistema trifásico, si se requiere medición de corriente trifásica-, normalmente se necesitan dos o tres transformadores monofásicos-(según el método de cableado). En comparación con los transformadores de corriente integrados trifásicos-, los transformadores de corriente monofásicos-son más pequeños y más flexibles en su instalación, lo que facilita su colocación en varios gabinetes de distribución, aparamenta y cajas de medición.

Los transformadores de corriente monofásicos-para interiores constan principalmente de las siguientes partes desde el exterior hacia el interior:
1. Núcleo
El núcleo es el núcleo del circuito magnético del transformador, normalmente hecho de láminas de acero al silicio de alta-permeabilidad apiladas, que forman un bucle de flujo magnético cerrado. El material y el área de la sección transversal-del núcleo afectan directamente la clase de precisión y las características de error del transformador. Los transformadores de medición requieren una alta permeabilidad del núcleo y una baja pérdida por histéresis; Los transformadores de protección priorizan la capacidad del núcleo para evitar la saturación prematura bajo fallas de alta-corriente.
2. Devanado primario (bobina primaria)
El devanado primario tiene muy pocas vueltas, generalmente de una a unas pocas vueltas, y a veces está formado directamente por una barra colectora o una varilla de cobre que pasa a través del núcleo. El devanado primario está conectado en serie a la línea eléctrica medida y la gran corriente primaria fluye a través de este devanado para generar un campo magnético.
3. Devanado secundario (bobina secundaria) El devanado secundario tiene más vueltas y está enrollado alrededor del núcleo de hierro. Logra un acoplamiento electromagnético con el devanado primario a través del campo magnético del núcleo de hierro, induciendo una corriente secundaria. Los dos terminales del devanado secundario generalmente están marcados como S1 y S2 (o K1 y K2) para conexión de relé e instrumento externo.
4. Aislador El aislante envuelve el núcleo de hierro y el devanado, aislando completamente el circuito primario de alto-voltaje del circuito secundario de bajo-voltaje. Los métodos de aislamiento comunes para transformadores de corriente de interior incluyen la fundición con resina epoxi (fundición monolítica, buen aislamiento, estructura compacta) y envoltura de papel aislante con barniz (proceso tradicional, adecuado para productos de gran-capacidad).
5. Carcasa y soporte de montaje La carcasa suele ser una pieza monolítica de resina epoxi o una carcasa metálica. Los métodos de instalación incluyen tipos a través de-pared, poste y casquillo, con diferentes formas seleccionadas según la ubicación de instalación y la estructura del circuito.

El principio de funcionamiento de los transformadores de corriente monofásicos-para interiores se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday. Su esencia es la misma que la de un transformador, pero las condiciones de funcionamiento son significativamente diferentes. El proceso de trabajo básico es el siguiente:
Cuando la corriente primaria I₁ fluye a través del devanado primario (N₁ vueltas) en el circuito bajo prueba, según la ley de Ampere, la corriente genera un flujo magnético alterno Φ en el núcleo de hierro. Este flujo magnético alterno pasa a través del devanado secundario con N₂ vueltas, y según la ley de inducción electromagnética de Faraday, se induce una fuerza electromotriz secundaria en el devanado secundario, generando así una corriente secundaria I₂ en el circuito secundario conectado a la carga (resistencia interna del instrumento).
La diferencia clave entre un transformador de corriente y un transformador es: un transformador funciona en condiciones casi-sin-carga o con carga, y el voltaje secundario varía con la carga; mientras que un transformador de corriente funciona normalmente con su lado secundario en un estado de casi-cortocircuito-(con una resistencia interna mínima del instrumento), y la corriente secundaria tiene una relación proporcional fija con la corriente primaria, independientemente del tamaño de la carga. Debido a esta característica, el lado secundario de un transformador de corriente nunca debe funcionar con un circuito abierto. Una vez abierto-el circuito, el flujo magnético a través del núcleo aumentará dramáticamente debido a la pérdida de amperios-de desmagnetización en el lado secundario, lo que provocará una sobresaturación del núcleo-e inducirá un voltaje peligrosamente alto (hasta varios kilovoltios) en el lado secundario, amenazando seriamente la seguridad del equipo y del personal.

Después de comprender el principio de funcionamiento, también es necesario estar familiarizado con los siguientes parámetros clave:
Relación de corriente nominal (relación de transformación): como 100/5, 200/5, 400/5, etc., que representa la relación entre la corriente nominal en el lado primario y la corriente nominal en el lado secundario, es el principal parámetro de selección.
Clase de precisión (grado de precisión): los más comunes son 0,1, 0,2, 0,5 (para medición) y 5P, 10P (para protección). Cuanto menor sea el número, mayor será la precisión. Se deben seleccionar diferentes grados para diferentes aplicaciones.
Carga Secundaria Nominal (VA): Se refiere a la potencia aparente correspondiente a la impedancia máxima permitida conectada al lado secundario del transformador de corriente. Los valores comunes son 5VA, 10VA, 15VA, 30VA, etc. La impedancia total de los instrumentos conectados no debe exceder este valor; de lo contrario, el error aumentará.
Tensión nominal de aislamiento (Um): indica la clase de tensión soportada de aislamiento del lado primario del transformador de corriente a tierra y al lado secundario, como 0,72 kV, 3,6 kV, 7,2 kV, etc.

Escenarios Los transformadores de corriente monofásicos-para interiores se utilizan ampliamente en las siguientes aplicaciones: circuitos de medición y protección en sistemas de distribución de energía de fábricas; detección de corriente en aparamenta de 10 kV y gabinetes de distribución de bajo-voltaje; actual

muestreo en dispositivos de protección de relés de subestaciones; cajas de medición de energía en salas de distribución de edificios; y circuitos de monitoreo de corriente en sistemas de automatización industrial.

P1: ¿Por qué no se puede abrir-el lado secundario de un transformador de corriente?
R: Cuando el lado secundario está en circuito abierto-, el flujo magnético en el núcleo de hierro pierde el efecto desmagnetizador de la corriente secundaria, lo que provoca un fuerte aumento en el flujo magnético. Esto induce una alta tensión de varios miles de voltios en el lado secundario, lo que puede provocar fácilmente una rotura del aislamiento del transformador de corriente y accidentes por descarga eléctrica. El lado secundario debe cortocircuitarse-antes de desmontar el instrumento.

P2: ¿Es más seguro elegir una relación de transformación mayor para el transformador de corriente?
R: No necesariamente. Una relación de transformación excesivamente grande dará como resultado una corriente secundaria insuficiente bajo carga normal, lo que aumentará los errores de medición y las lecturas inexactas del instrumento. Se debe seleccionar una relación de transformación adecuada en función de la corriente de carga máxima real; generalmente, es preferible una corriente de funcionamiento normal del 60% al 80% de la corriente primaria nominal.

P3: ¿Se pueden instalar transformadores de corriente interiores al aire libre?
R: No. La estructura de aislamiento y la distancia de fuga de los transformadores de corriente interiores están diseñadas para ambientes interiores limpios. Los ambientes exteriores húmedos, sucios y con rayos ultravioleta acelerarán el envejecimiento del aislamiento, lo que provocará una fuga de energía o una rotura del aislamiento. Se deben utilizar transformadores de corriente exteriores exclusivos.