Medición de corriente mediante transformadores de corriente de flujo cero en equipos de interruptores aislados por gas (GIS)
La creciente complejidad de la red eléctrica, especialmente con la incorporación de dispositivos basados en electrónica de potencia, requiere técnicas de medición rastreables. Estas son cruciales para determinar con precisión los componentes de alta frecuencia de las corrientes eléctricas elevadas. En la medición no intrusiva de corrientes eléctricas tanto AC como DC, se emplea extensivamente el acoplamiento magnético en transformadores de corriente.
El error de un transformador de corriente está directamente relacionado con la magnetización de su núcleo. Esta conexión inherente promueve naturalmente la exploración de métodos para mitigar este flujo magnético. Uno de estos enfoques es la técnica de flujo cero. En esta técnica, se introduce una corriente compensadora de equilibrio para inducir un flujo cero dentro del núcleo magnético.
Los transformadores de corriente de flujo cero pertenecen a la categoría de Transformadores de Instrumentos de Baja Potencia (LPITs). Los LPITs ofrecen numerosas ventajas, incluyendo un tamaño más pequeño, menor consumo de energía, mayor seguridad, mayor precisión y mayor fiabilidad de la señal. Con la implementación de la comunicación digital en subestaciones de acuerdo con la norma IEC61850-9-2, la utilización de LPITs en Subestaciones Aisladas a Gas (GIS) está destinada a volverse más prevalente.
Un devanado de detección es responsable de percibir el flujo magnético dentro del núcleo. Un sistema de control en bucle cerrado, compuesto por un amplificador y un devanado de retroalimentación, genera una corriente secundaria. Esta corriente secundaria está diseñada para contrarrestar el flujo producido por la corriente primaria, creando así un "Transformador de Corriente de Flujo Cero".
La corriente secundaria luego pasa a través de una resistencia de carga de precisión, generando una señal de voltaje proporcional a la corriente primaria. En esta configuración, el material magnético del núcleo permanece sin excitación, asegurando que no muestre efectos de histéresis o saturación. Sin embargo, en condiciones de CC o de baja frecuencia, el mecanismo de cancelación de flujo enfrenta desafíos. El devanado de detección es incapaz de medir el flujo residual en tales circunstancias, y por lo tanto, el flujo no puede ser cancelado eficazmente.
Para abordar las mediciones de CC, se incorpora un sensor de flujo de CC. Esto puede ser una sonda Hall incrustada en el núcleo o un circuito de puerta de flujo equipado con dos devanados adicionales de control y detección. Ventajas de los Transformadores de Corriente de Flujo Cero: Los sensores de flujo cero AC muestran alta linealidad y precisión. Son inmunes a las características del núcleo magnético, resultando en un pequeño error de fase. La precisión de estos sensores está determinada principalmente por la precisión de la resistencia de carga.
La adición de una sonda Hall o un detector de puerta de flujo permite la medición de corrientes de CC. Estos sensores son altamente resistentes a la interferencia electromagnética, asegurando un funcionamiento confiable en diversos entornos electromagnéticos. Desventajas de los Transformadores de Corriente de Flujo Cero: El sensor requiere una fuente de alimentación externa y un amplificador para funcionar. Un circuito secundario defectuoso tiene el potencial de generar voltajes peligrosos, representando un riesgo de seguridad. Ejemplo de Uso de Transformadores de Corriente de Flujo Cero en el Proyecto Kii-Channel HVDC Link para GIS de 500 kV DC al Aire Libre En el proyecto Kii-Channel, se utilizan transformadores de corriente de flujo cero.
La figura 2 presenta el diagrama en bloques y los detalles de hardware del CT. La corriente a medir, (Ip), genera un flujo magnético que es influenciado por la corriente (Is) en el devanado secundario ((Ns)). Tres núcleos toroidales, ubicados dentro del compartimento GIS, se emplean para percibir el flujo. Los núcleos (N1) y (N2) están dedicados a detectar los componentes de CC del flujo residual, mientras que (N3) es responsable de detectar el componente AC. Un oscilador lleva al par de núcleos de detección de flujo de CC ((N1) y (N2)) a la saturación en direcciones opuestas.
Si el flujo de CC residual es cero, las corrientes pico resultantes en ambas direcciones serán iguales. Sin embargo, si el flujo de CC es distinto de cero, la diferencia entre estos picos será proporcional al flujo de CC residual. Al combinar el componente AC detectado por (N3), se establece un bucle de control. Este bucle genera la corriente secundaria (Is) de tal manera que anula el flujo total. Un amplificador de potencia suministra la corriente (Is) al devanado secundario (Ns). Posteriormente, la corriente secundaria se dirige a la resistencia de carga, que convierte la corriente en una señal de voltaje equivalente. La precisión de la medición está determinada tanto por la resistencia de carga como por la estabilidad del amplificador diferencial.
Los transformadores de corriente de flujo cero son instrumentos de precisión diseñados para mediciones AC y AC/DC. Actualmente, se utilizan más comúnmente en Subestaciones Aisladas a Gas (GIS) de Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC). El principio de medición de un transformador de corriente de flujo cero AC se ilustra en la Figura 1.
