As dúas principais tipos de transformadores de instrumentos nun sistema eléctrico.

I. Transformador de tensión (VT)

O transformador de tensión (tambén coñecido como transformador de potencial, abreviado como PT; ou transformador de tensión, abreviado como VT) é un dispositivo eléctrico usado para transformar os niveis de tensión en circuitos de enerxía.

1. Principio de funcionamento

O transformador de tensión funciona segundo o principio da indución electromagnética e ten unha estrutura similar á dun transformador convencional, composto principalmente por un enrolamento primario, un enrolamento secundario e un núcleo. O enrolamento primario está conectado en paralelo ao circuito de alta tensión que se mide e ten un gran número de espiras.

O enrolamento secundario, con menos espiras, está conectado a instrumentos de medida, relés de protección e outras cargas. Nas condicións normais de funcionamento, o lado secundario está aproximadamente en estado de circuito aberto. Segundo a lei da indución electromagnética, a relación entre a tensión primaria e secundaria é igual á relación de espiras (U₁/U₂ = N₁/N₂). Isto permite que a alta tensión sexa proporcionalmente reducida a unha tensión baixa estandarizada (tipicamente 100V ou 100/√3 V), facendo que sexa segura e adecuada para dispositivos de medida e protección.

O seu símbolo eléctrico é o seguinte:

2. Funcións

• Medición de tensión: Reduce as altas tensións do sistema a tensións baixas estandarizadas (por exemplo, 100V ou 100/√3 V) para uso en voltímetros, contadores de enerxía e outros instrumentos de medida, permitindo a monitorización en tempo real da tensión do sistema de enerxía.
• Protección por relé: Proporciona sinais de tensión fiables aos relés de protección para funcións de sobre tensión, sub tensión e outras proteccións. Cando ocorren condicións anormais de tensión, o sistema de protección responde rapidamente, activando unha orde de salto para aislar o circuito defectuoso e asegurar a seguridade do sistema e do equipo.
• Medición de enerxía e facturación: Funciona xunto con contadores de enerxía para medir de forma precisa o consumo de enerxía en circuitos de alta tensión. Serve como base crítica para a facturación da empresa de enerxía e a liquidación de enerxía.

3. Características

• Alta precisión: Os transformadores de tensión de grado de medida teñen clases de alta precisión (por exemplo, 0,2, 0,5) para asegurar a medida precisa da tensión e a medición de enerxía. Os VTs de grado de protección priorizan a rápida resposta e teñen clases de precisión relativamente máis baixas (por exemplo, 3P, 6P).
• Altos requisitos de aislamento: Os VTs de alta tensión deben resistir altas tensións de funcionamento e típicamente usan aislamentos de inmersión en aceite, gas SF₆ ou resina sólida para un rendemento estable e fiable. Os VTs de baixa tensión son na maioría secos, con estrutura simple e fácil mantemento.
• O lado secundario non debe ser curto-circuitado: Un curto-circuíto no lado secundario pode xerar correntes extremadamente altas, podendo sobrecalentar e destruir os enrolamentos. Polo tanto, o circuito secundario debe estar protexido por fusibles ou interruptores automáticos de miniatura.

4. Escenarios de aplicación

• Aplicacións de alta tensión: Adequados para liñas de transmisión e subestacións con tensións de 1 kV e superior (por exemplo, sistemas de 10 kV, 35 kV, 110 kV). Usados para monitorizar a tensión das barras ou liñas e proporcionar entrada aos sistemas de protección, asegurando a operación segura e estable da rede.
• Aplicacións de baixa tensión: Aplicables a sistemas de distribución por debaixo de 1 kV (por exemplo, circuitos residenciais de 220V, sistemas industriais de 380V). Comúnmente instalados en armarios de baixa tensión para monitorizar a tensión do lado do consumidor ou interconectar con contadores de enerxía para a medida de potencia.

II. Transformador de corrente (CT)

O transformador de corrente (CT), tamén coñecido como transductor de corrente, é un transformador de instrumentos que, nas condicións normais de funcionamento, produce unha corrente secundaria substancialmente proporcional á corrente primaria, cunha diferenza de fase que se aproxima a cero cando está correctamente conectado.

1. Principio de funcionamento

O transformador de corrente funciona segundo o principio da indución electromagnética e ten unha estrutura similar á dun transformador convencional, composto por un enrolamento primario, un enrolamento secundario e un núcleo magnético. O enrolamento primario está conectado en serie co circuito que se mide e ten moi poucas espiras (á veces só unha espira), transportando a alta corrente primaria.

O enrolamento secundario, con moitas máis espiras, está conectado en serie a instrumentos de medida, relés de protección e outras cargas, formando un circuito pechado. Nas condicións normais de funcionamento, o lado secundario está aproximadamente en estado de curto-circuíto. Segundo a indución electromagnética, a relación entre a corrente primaria e secundaria é inversamente proporcional á relación de espiras (I₁/I₂ = N₂/N₁). Isto permite que as grandes correntes sexan reducidas proporcionalmente a correntes baixas estandarizadas (tipicamente 5A ou 1A), facilitando a medida, monitorización e protección.

O seu símbolo eléctrico é o seguinte:

A relación entre a corrente nominal primaria e secundaria dun transformador de corrente chámase razón de transformación de corrente (Ke). A expresión da razón de transformación de corrente é:

Nota:

• W₁, W₂ son o número de espiras nos enrolamentos primario e secundario do transformador, respectivamente;
• I₁ₑ, I₂ₑ son as correntes nominais dos enrolamentos primario e secundario, respectivamente;
• I₁, I₂ son as correntes reais nos enrolamentos primario e secundario, respectivamente.

2. Funcións

• Medición de corrente: Redúce as altas correntes primarias a correntes secundarias estandarizadas baixas (por exemplo, 5A ou 1A), permitindo que amperímetros, contadores de enerxía e outros instrumentos monitoreen a corrente de carga en tempo real.
• Protección por relé: Suministra sinais de corrente a relés de protección para protección contra sobre corriente, diferencial e distancia. Cando ocorren fallos como cortocircuitos ou sobrecargas, o sistema de protección activa unha orde de salto para desconectar o suministro de enerxía, evitando danos no equipo e inestabilidade do sistema.
• Aislamento eléctrico: Proporciona aislamento galvánico entre o circuito primario de alta tensión/alta corrente e os circuitos secundarios de baixa tensión utilizados para medida, control e protección. Esto asegura a seguridade do persoal e do equipo secundario.

3. Características

• Alta fiabilidade: Debe resistir altas tensiones mecánicas e térmicas durante eventos de curto-circuíto. Os CT están deseñados con excelente estabilidade dinámica e térmica para permanecer intactos en condicións extremas de fallo.
• Deseño de múltiples enrolamentos: Os CTs de alta tensión adoitan ter múltiples enrolamentos secundarios - un para a medida (alta precisión, por exemplo, clase 0,5) e outro para a protección (amplio rango e rápida resposta, por exemplo, clase 5P ou 10P). Os CTs de baixa tensión típicamente teñen un ou dous enrolamentos para satisfacer as necesidades básicas de aplicación.
• O lado secundario non debe ser circuito aberto: Un circuito aberto no lado secundario pode inducir voltaxes extremadamente altos (hasta varios kV) a través do enrolamento, supoñendo graves riscos de rotura de aislamento, danos no equipo e choque eléctrico. Polo tanto, o circuito secundario debe manterse pechado durante a operación - está estritamente prohibido abrirlo.

4. Escenarios de aplicación

• Aplicacións de alta tensión: Usados en liñas de transmisión e subestacións con tensións de 1 kV e superior (por exemplo, sistemas de 10 kV, 35 kV, 110 kV). Ampliamente aplicados na monitorización de corrente e protección de equipos críticos como transformadores, interruptores e barras, desempeñando un papel vital na seguridade e confiabilidade da rede.
• Aplicacións de baixa tensión: Aplicados en sistemas de distribución por debaixo de 1 kV (por exemplo, talleres industriais, edificios comerciais, complejos residenciais). Típicamente instalados en cuadros de baixa tensión ou paneles de distribución para a monitorización de circuitos de ramificación, medición de enerxía ou integración con dispositivos de corrente residual (RCDs) e contadores inteligentes para permitir a xestión segura e eficiente do uso de enerxía.