Un transformador de voltaje clásico (VT) es un dispositivo que convierte un valor a otro. El proceso se acompaña de una pérdida parcial de potencia, pero se justifica en situaciones en las que es necesario cambiar los parámetros de la señal de entrada. El diseño de dicho transformador proporciona elementos de bobinado, con el cálculo correcto del cual es posible obtener el voltaje de salida requerido.
Propósito y principio de acción.
El objetivo principal de los transformadores de voltaje es convertir la señal de entrada al nivel especificado por las tareas que enfrenta el usuario, cuando el potencial de trabajo debe reducirse o aumentarse. Esto se puede lograr a través del principio de inducción electromagnética, formulado como ley por los científicos Faraday y Maxwell. Según él, en cualquier bucle ubicado cerca de otra bobina del mismo cable, se induce EMF con corriente, proporcional al flujo de inducción magnética que los penetra. La magnitud de esta inducción en el devanado secundario del transformador (que consiste en muchas de esas vueltas) depende de la intensidad de corriente en el circuito primario y del número de vueltas en una y otra bobina.
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 del 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?
La principal diferencia entre los transformadores de corriente (CT) y los convertidores de voltaje es su diferente propósito funcional. Los primeros se usan solo en circuitos de medición, lo que permite reducir el nivel del parámetro controlado a un valor aceptable. Los segundos están instalados en líneas eléctricas de CA y dan salida a la salida de voltaje utilizada para la operación de los equipos domésticos conectados.
Sus diferencias de diseño son las siguientes:
- como devanado primario en transformadores de corriente, se usa un bus de suministro de energía en el que está montado;
- los parámetros de devanado secundario están diseñados para conectarse a un dispositivo de medición (medidor eléctrico en la 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 varios 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 del transformador de voltaje
Según la clasificación generalmente aceptada, estos dispositivos según su propósito se dividen en los siguientes tipos principales:
- transformadores de potencia con conexión a tierra y sin ella;
- aparatos de medición;
- autotransformadores;
- dispositivos especiales de correspondencia;
- Aislamiento y transformadores de pico.
La primera de estas variedades se usa para entregar energía ininterrumpida al consumidor en una forma aceptable para él (con la amplitud deseada). La esencia de su acción es convertir un nivel de potencial en otro con el objetivo de transferirlo posteriormente a la carga.Los dispositivos trifásicos instalados en una subestación transformadora, por ejemplo, pueden reducir altos voltajes de 6.3 y 10 kV a un valor doméstico de 0.4 kV.
Los autotransformadores son las estructuras inductivas más simples que tienen un devanado con ramificaciones para ajustar la magnitud de la tensión de salida. Los productos a juego se instalan en circuitos de baja corriente, proporcionando transferencia de energía de una etapa a otra con pérdidas mínimas (con la máxima eficiencia). Usando los llamados transformadores de "aislamiento", es posible organizar el aislamiento eléctrico de circuitos con alto y bajo voltaje. Esto garantiza la protección del propietario de la casa o cabaña contra descargas eléctricas de alto potencial. Además, este tipo de convertidores le permite:
- transferir electricidad de la fuente al consumidor en la forma correcta y segura;
- proteger los circuitos de carga con dispositivos sensibles incluidos en ellos de la interferencia electromagnética;
- bloquear el componente de corriente continua para que no ingrese a los circuitos de trabajo
Los transformadores de pico son otra forma de dispositivo de conversión de 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 los circuitos de señal de los sistemas informáticos y los canales de radio.
Medición de transformadores de tensión y corriente
Los transformadores de medición especiales son un tipo especial de transductores que permiten la inclusión de dispositivos de control en los circuitos de alimentación. Su propósito principal es la conversión de corriente o voltaje en un valor conveniente para medir los parámetros de la red. La necesidad de esto surge en las siguientes situaciones:
- al tomar lecturas por medidores eléctricos;
- en caso de instalación de relés de protección de tensión y corriente en los circuitos de alimentación;
- si hay otros dispositivos de automatización en el mismo.
Los instrumentos de medición se clasifican por diseño, tipo de instalación, relación de transformación y número de pasos. Según la primera señal, son empotrados, de paso y de soporte, y en el lugar de colocación, externos o destinados a la instalación en celdas de celdas cerradas. Por el número de etapas de conversión, se dividen en una sola etapa y en cascada, y por el coeficiente de transformación, en productos que tienen uno o más valores.
Características de la operación de TV en redes con punto cero aislado y conectado a tierra
Las redes eléctricas de alto voltaje tienen dos versiones: con un bus cero aislado, o con un neutro compensado y conectado a tierra. El primer modo de conectar el punto cero le permite no desconectar la red con fallas monofásicas (OZ) o de arco (DZ). Los PUE permiten la operación de líneas con neutro aislado durante un máximo de ocho horas con un circuito monofásico, pero con la condición de que en este momento, se esté trabajando para eliminar el mal funcionamiento.
El daño al equipo eléctrico es posible debido a un aumento en el voltaje de fase a lineal y la posterior aparición de un arco de naturaleza variable. Independientemente de la causa y el modo de operación, este es el tipo de falla más peligroso con un alto coeficiente de sobretensión. Es en este caso que existe una alta probabilidad de aparición de ferrorresonancia en la red.
El circuito ferroresonante en las redes de energía con neutro aislado es una cadena de secuencia cero con magnetización no lineal. La TV trifásica sin conexión a tierra en esencia son tres transformadores monofásicos conectados de acuerdo con el esquema estrella-estrella. Con sobretensiones en las zonas donde está instalado, la inducción en su núcleo aumenta aproximadamente 1.73 veces, causando ferrorresonancia.
Para protegerse contra este fenómeno, se han desarrollado métodos especiales:
- fabricación de TV y TC con baja inducción intrínseca;
- inclusión en su circuito de elementos amortiguadores adicionales;
- fabricación de transformadores trifásicos con un solo sistema magnético en una versión de 5 barras;
- puesta a tierra neutral a través de un reactor limitador de corriente;
- el uso de bobinas de compensación, etc.
- Aplicación de circuitos de relé que protegen los devanados VT de sobrecorrientes.
Estas medidas protegen la medición de TV, pero no resuelven completamente el problema de seguridad. Los dispositivos de conexión a tierra instalados en redes con un bus neutral aislado pueden ayudar con esto.
La naturaleza del funcionamiento de los transformadores de baja tensión en los modos neutros puestos a tierra se caracteriza por una mayor seguridad y una reducción significativa de los fenómenos de ferrorresonancia. Además, su uso aumenta la sensibilidad y la selectividad de la protección en un circuito monofásico. Tal 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 permisibilidad de la conexión a tierra neutral a corto plazo con una pequeña inductancia del devanado VT. Para hacer esto, la red utiliza la automatización, que, por la ocurrencia de un OZ después de 0.5 segundos, conecta brevemente el transformador a las barras colectoras. Debido al efecto de un neutro a tierra muerto durante una falla a tierra monofásica, una corriente limitada por la inductancia del VT comienza a fluir en el circuito de protección. Al mismo tiempo, su valor es suficiente para que el equipo de protección trabaje desde el OZ y cree las condiciones para extinguir una descarga de arco peligrosa.
