Un transformador de voltaje (TT) clásico es un dispositivo que convierte un valor en otro. El proceso va acompañado de una pérdida parcial de potencia, pero se justifica en situaciones en las que es necesario cambiar los parámetros de la señal de entrada. En el diseño de dicho transformador, se proporcionan elementos de bobinado, con el cálculo correcto de los cuales es posible obtener el voltaje de salida requerido.
- Objeto y principio de funcionamiento
- ¿Cuál es la diferencia entre un transformador de corriente y un transformador de voltaje?
- Clasificación de transformadores de tensión.
- Transformadores de voltaje y corriente de instrumentos
- Características del funcionamiento del TT en redes con punto cero aislado y puesto a tierra
Objeto y principio de funcionamiento
El propósito principal de los transformadores de voltaje es convertir la señal de entrada al nivel especificado por las tareas del usuario, cuando es necesario reducir o aumentar el potencial operativo. Esto se puede lograr gracias al principio de inducción electromagnética, formulado como ley por los científicos Faraday y Maxwell. Según él, en cualquier bucle ubicado cerca de otra vuelta similar del cable, se induce un EMF con una corriente, proporcional al flujo de inducción magnética que los penetra. La magnitud de esta inducción en el devanado secundario del transformador (que consta de muchas de estas vueltas) depende de la corriente en el circuito primario y del número de vueltas en ambas bobinas.
La corriente en el devanado secundario del transformador y el voltaje en la carga conectada a él están determinados solo por la relación del número de vueltas en ambas bobinas. La ley de inducción electromagnética le permite calcular correctamente los parámetros de un dispositivo que transmite energía de entrada a salida con la relación deseada de corriente y voltaje.
¿Cuál es la diferencia entre un transformador de corriente y un transformador de voltaje?
Sus diferencias de diseño son las siguientes:
- como devanado primario en transformadores de corriente, se utiliza el bus de alimentación, en el que está montado;
- los parámetros del devanado secundario están diseñados para conectarse a un dispositivo de medición (un medidor eléctrico en una casa, por ejemplo);
- en comparación con VT, el transformador de corriente es más compacto y tiene un circuito de conmutación simplificado.
Los transformadores de corriente y tensión cumplen diferentes requisitos en términos de precisión de los valores convertidos. Si este indicador es muy importante para un dispositivo de medición, entonces para un transformador de voltaje es de importancia secundaria.
Clasificación de transformadores de tensión.
- transformadores de potencia con y sin puesta a tierra;
- aparatos de medición;
- autotransformadores;
- dispositivos especiales de emparejamiento;
- transformadores de aislamiento y pico.
La primera de estas variedades se utiliza para entregar un suministro de energía ininterrumpida al consumidor en una forma aceptable para él (con la amplitud requerida). La esencia de su acción es transformar un nivel de potencial en otro con el propósito de transferirlo posteriormente a la carga.Los dispositivos trifásicos instalados en una subestación transformadora, por ejemplo, permiten reducir altas tensiones de 6,3 y 10 kV a un valor doméstico de 0,4 kV.
Los autotransformadores son los diseños inductivos más simples que tienen un devanado con tomas para ajustar el voltaje de salida. Los productos a juego se instalan en circuitos de baja corriente, lo que garantiza la transferencia de energía de una etapa a otra con pérdidas mínimas (con la máxima eficiencia). Con la ayuda de los llamados transformadores de "aislamiento", es posible organizar el aislamiento eléctrico de circuitos con alta y baja tensión. Por lo tanto, se garantiza la protección del propietario de la casa o casa de verano contra descargas eléctricas de alto potencial. Además, este tipo de convertidores permite:
- transferir electricidad de la fuente al consumidor en la forma deseada y segura;
- proteger los circuitos de carga con dispositivos sensibles incluidos en ellos de interferencias electromagnéticas;
- bloquear la entrada de un componente de corriente constante en los circuitos de trabajo.
Los transformadores de pico son otro tipo de dispositivo que convierte energía eléctrica. Sirven para determinar la polaridad de las señales de pulso y hacerla coincidir con los parámetros de salida. Este tipo de convertidores se instala en circuitos de señal de sistemas informáticos y canales de radiocomunicación.
Transformadores de voltaje y corriente de instrumentos
Los transformadores de instrumentos especiales son un tipo especial de convertidores que permiten incluir dispositivos de monitoreo en los circuitos de potencia. Su propósito principal es convertir la corriente o el voltaje en un valor que sea conveniente para medir los parámetros de la red. La necesidad de esto surge en las siguientes situaciones:
- al tomar lecturas con medidores eléctricos;
- si se instalan relés de protección de tensión y corriente en los circuitos de alimentación;
- si hay otros dispositivos de automatización en él.
Los manómetros se clasifican por diseño, tipo de instalación, relación de transformación y número de etapas. De acuerdo con la primera característica, están empotrados, a través del pasaje y soporte, y en la ubicación: externos o destinados a la instalación en celdas de aparamenta de tipo cerrado. Según el número de pasos de conversión, se dividen en una sola etapa y en cascada, y de acuerdo con la tasa de conversión, en productos que tienen uno o más valores.
Características del funcionamiento del TT en redes con punto cero aislado y puesto a tierra
Es posible que se produzcan daños en los equipos eléctricos debido a un aumento de la tensión de fase a lineal y la consiguiente aparición de un arco alterno. Independientemente de la causa y el modo de funcionamiento, este es el tipo de cortocircuito más peligroso con un factor de sobretensión alto. Es en este caso que la probabilidad de aparición de ferrorresonancia en la red es alta.
El circuito ferroresonante en redes eléctricas con un neutro aislado es una cadena de secuencia cero con magnetización no lineal. Un TT trifásico sin conexión a tierra consiste esencialmente en tres transformadores monofásicos conectados en forma de estrella a estrella. En caso de sobretensión en las zonas donde está instalado, la inducción en su núcleo aumenta alrededor de 1,73 veces, provocando la aparición de ferrorresonancia.
Para protegerse contra este fenómeno, se han desarrollado métodos especiales:
- fabricación de VT y TT con baja autoinducción;
- la inclusión de elementos amortiguadores adicionales en su circuito;
- fabricación de transformadores trifásicos con un solo sistema magnético en diseño de 5 varillas;
- puesta a tierra del cable neutro a través de un reactor limitador de corriente;
- uso de bobinados de compensación, etc.;
- el uso de circuitos de relé que protegen los devanados del TT de sobrecorrientes.
Estas medidas protegen los TT de medición, pero no resuelven completamente el problema de seguridad. Los dispositivos conectados a tierra instalados en redes con un bus neutro aislado pueden ayudar en esto.
La naturaleza del funcionamiento de los transformadores de baja tensión en modos con un neutro conectado a tierra se caracteriza por una mayor seguridad y una disminución significativa de los fenómenos de ferrorresonancia. Además, su uso aumenta la sensibilidad y selectividad de la protección en un circuito monofásico. Este aumento es posible debido al hecho de que el devanado inductivo del transformador está incluido en el circuito de tierra y aumenta brevemente la corriente a través del dispositivo de protección instalado en él.
El PUE proporciona una justificación para la admisibilidad de la conexión a tierra a corto plazo del neutro con una pequeña inductancia del devanado VT. Para ello, se utiliza la automatización en la red, que, con contactos de potencia, cuando se produce un OZ, después de 0,5 segundos, conecta brevemente el transformador a las barras colectoras. Debido al efecto de un neutro sólidamente conectado a tierra, una corriente limitada por la inductancia del TT comienza a fluir en el circuito de protección durante una falla a tierra monofásica. Al mismo tiempo, su valor es suficiente para activar el equipo de protección contra OZ y crear condiciones para extinguir una descarga de arco peligrosa.
