¿Por qué no se puede cortocircuitar VT y abrir CT? Explicado

Todos sabemos que un transformador de tensión (VT) nunca debe operar en cortocircuito, mientras que un transformador de corriente (CT) nunca debe operar en circuito abierto. El poner en cortocircuito un VT o abrir el circuito de un CT dañará el transformador o creará condiciones peligrosas.

Desde un punto de vista teórico, tanto los VT como los CT son transformadores; la diferencia radica en los parámetros que están diseñados para medir. Entonces, ¿por qué, a pesar de ser fundamentalmente el mismo tipo de dispositivo, uno está prohibido de operar en cortocircuito mientras que el otro no puede estar en circuito abierto?

En operación normal, la bobina secundaria de un VT opera en una condición casi en circuito abierto con una impedancia de carga (ZL) muy alta. Si el circuito secundario se pone en cortocircuito, ZL cae casi a cero, causando que fluya una corriente de cortocircuito masiva. Esto puede destruir el equipo secundario y representar riesgos graves de seguridad. Para proteger contra esto, un VT puede tener fusibles instalados en su lado secundario para prevenir daños por un cortocircuito. Cuando sea posible, también deben instalarse fusibles en el lado primario para proteger el sistema de alta tensión de fallos en la bobina de alta tensión del VT o en sus conexiones.

Por el contrario, un CT opera con una impedancia (ZL) muy baja en el lado secundario, efectivamente en un estado de cortocircuito durante la operación normal. El flujo magnético generado por la corriente secundaria se opone y anula el flujo de la corriente primaria, resultando en una corriente de excitación neta muy pequeña y un flujo de núcleo mínimo. Así, la fuerza electromotriz (FEM) inducida en la bobina secundaria es típicamente solo unos pocos decenas de voltios. 

Sin embargo, si el circuito secundario se abre, la corriente secundaria cae a cero, eliminando este efecto desmagnetizador. La corriente primaria, que permanece inalterada (ya que ε1 permanece constante), se convierte completamente en corriente de excitación, causando un aumento dramático en el flujo de núcleo Φ. El núcleo se satura rápidamente. Dado que la bobina secundaria tiene muchas vueltas, esto resulta en un voltaje muy alto (posiblemente alcanzando varios miles de voltios) a través de los terminales secundarios abiertos. Esto puede romper la aislación y representa un riesgo severo para el personal. Por lo tanto, un circuito secundario abierto en un CT está absolutamente prohibido.

Tanto los VT como los CT son transformadores en principio—los VT están diseñados para transformar la tensión, mientras que los CT transforman la corriente. Entonces, ¿por qué un CT no puede estar en circuito abierto mientras que un VT no puede estar en cortocircuito?

En operación normal, las FEMs inducidas ε1 y ε2 permanecen esencialmente constantes. Un VT está conectado en paralelo con el circuito, operando a alta tensión y muy baja corriente. La corriente secundaria también es extremadamente pequeña, casi cero, formando una condición equilibrada con la impedancia infinita de un circuito abierto. Si el secundario se pone en cortocircuito, ε2 permanece constante, forzando a la corriente secundaria a aumentar drásticamente, quemando la bobina secundaria.

De manera similar, para un CT conectado en serie con el circuito, opera a alta corriente y muy baja tensión. La tensión secundaria es casi cero en condiciones normales, formando un estado equilibrado con una impedancia cercana a cero (cortocircuito). Si el circuito secundario se abre, la corriente secundaria colapsa a cero, y toda la corriente primaria se convierte en corriente de excitación. Esto causa un aumento rápido en el flujo magnético, llevando al núcleo a una saturación profunda y potencialmente destruyendo el transformador.

Así, aunque ambos son transformadores, sus diferentes aplicaciones llevan a restricciones operativas completamente diferentes.