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La sencilla idea que hay detrás del transformador de corriente
Si hay un equipo que hace que los sistemas eléctricos modernos sean manejables, ese es el transformador de corriente. Es uno de esos dispositivos que simplemente está ahí, a menudo sujeto a una barra colectora o escondido dentro de un cuadro eléctrico, haciendo su trabajo en silencio. Al observar el transformador de corriente El principio de funcionamiento se basa, en realidad, en una observación muy sencilla: medir la alta tensión directamente es peligroso.
No se puede simplemente colocar un amperímetro estándar en una línea de 11 kV. Sería una idea terrible. Por lo tanto, toda la lógica se basa en crear una réplica segura y a escala reducida de la corriente real que fluye por el sistema. No se trata tanto de tecnología complicada como de una aplicación inteligente de la física básica. El dispositivo actúa esencialmente como un reductor proporcional, lo que permite que los medidores y los relés funcionen a niveles seguros y estandarizados, al tiempo que se mantienen aislados de los voltajes letales que circulan por el conductor primario.
Cómo se aplica aquí la inducción electromagnética
El núcleo y los devanados
A simple vista, un transformador de corriente parece engañosamente sencillo. Cuenta con un núcleo ferromagnético —normalmente fabricado con acero al silicio de alta permeabilidad— y unos devanados. Pero, a diferencia de un transformador de potencia estándar que trabaja con tensión, este se centra exclusivamente en la corriente.
Si uno lo abriera, vería un devanado primario que podría ser simplemente una barra única o incluso solo un conductor recto que atraviesa un orificio en el centro. El devanado secundario está enrollado alrededor del núcleo cientos de veces. Cuando la corriente alterna fluye a través de ese conductor primario, crea un campo magnético a su alrededor. Ese campo alterna, se expande y se contrae, lo que induce un voltaje en el devanado secundario. Debido a que el circuito secundario está cerrado (por lo general, a través de un medidor o un relé), este voltaje inducido genera una corriente secundaria.
Lo interesante es la relación. Si el primario tiene 1 vuelta y el secundario tiene 100 vueltas, una corriente primaria de 100 amperios inducirá exactamente 1 amperio en el secundario, suponiendo que no haya pérdidas. Es un reflejo proporcional.
La carga y la precisión
Hay un matiz aquí que a menudo se pasa por alto en las definiciones de los libros de texto. Se trata del concepto de “carga”. La gente suele pensar que el transformador genera una corriente perfecta en cualquier caso, pero eso no es del todo cierto. La precisión depende en gran medida de la impedancia total conectada al secundario.
Si la carga (el peso de los medidores o los cables) es demasiado elevada, el núcleo comienza a saturarse. Cuando se produce la saturación, la forma de onda se distorsiona y la lectura deja de ser precisa. Es un poco como intentar empujar un carrito cuesta arriba: solo se puede aplicar una fuerza limitada antes de que las cosas empiecen a resbalarse. En la práctica, esto significa que los técnicos deben tener cuidado con la cantidad de dispositivos que se conectan en cadena en un solo circuito de transformador de corriente.
Respetar las normas de seguridad específicas
Por qué no se puede abrir la escuela secundaria
Una de las reglas no escritas que todos en el sector respetan es: Nunca desconecte el circuito secundario de un transformador de corriente mientras el primario esté energizado. Es una de esas cosas que suenan a teoría hasta que las ves suceder —o te enteras de que sucedieron—.
En condiciones normales de funcionamiento, el circuito cerrado del devanado secundario genera un efecto desmagnetizador que mantiene bajo el flujo del núcleo. Si se abre el circuito secundario, esa fuerza opuesta desaparece. El flujo del núcleo se dispara hasta la saturación casi al instante. Dado que la energía inducida no tiene adónde ir, la tensión entre los terminales abiertos se dispara drásticamente.
No es raro que esta tensión alcance varios miles de voltios. Es suficiente para destruir el aislamiento, provocar un incendio o suponer un grave riesgo de descarga eléctrica. Existe una especie de respeto tácito hacia este comportamiento; hay que tratar un circuito de transformador de corriente con la misma precaución con la que se trataría una línea de alta tensión, aunque los amperímetros del tablero solo indiquen 5 amperios.
Observación de aplicaciones en el mundo real
Es interesante observar cómo la finalidad determina el diseño. Un transformador de corriente utilizado para la medición está diseñado para ofrecer una alta precisión con corrientes de carga normales. Está fabricado para saturarse con relativa rapidez durante una falla, con el fin de proteger los delicados componentes electrónicos de un medidor de energía.
Por otro lado, un TC de clase de protección es todo lo contrario. Está diseñado para soportar corrientes de falla enormes sin saturarse. El objetivo en este caso es la linealidad. Si se produce un cortocircuito, el relé de protección necesita detectar la magnitud real de la corriente de falla para disparar el interruptor al instante, incluso si esa corriente es 20 veces mayor de lo normal. Usar un TC de medición en una función de protección sería arriesgado: se saturaría, el relé detectaría menos corriente de la que realmente existe y el sistema podría no dispararse cuando debería. Si quieres saber más sobre los transformadores de corriente, lee ¿Qué es un transformador de corriente?.
Preguntas frecuentes
¿Qué ocurre si el transformador de corriente es demasiado grande?
Es una situación habitual. Si la relación de transformación (CT) es demasiado alta (por ejemplo, una relación de 2000:5 en un circuito que solo consume 20 amperios), la corriente secundaria se vuelve muy baja. Aunque esto no daña el equipo, la precisión de la medición se ve afectada porque el dispositivo funciona en el extremo inferior de su curva de excitación, lo que da lugar a mayores errores porcentuales en las lecturas.
¿Puede un transformador de corriente funcionar con corriente continua?
No, depende totalmente de la corriente alterna para generar el campo magnético cambiante necesario para la inducción. Si se hace pasar corriente continua por el primario, el núcleo se magnetizará en una sola dirección y se saturará. Una vez saturado, el transformador se convierte, en esencia, en una resistencia; no emitirá ninguna señal en el lado secundario.
¿Por qué es importante el voltaje del “punto de inflexión”?
El punto de codo es, en esencia, el punto de saturación de la curva de magnetización. Para los sistemas de protección, este dato es fundamental. Define la tensión a la que el núcleo deja de representar linealmente la corriente primaria. Los ingenieros seleccionan los transformadores de corriente basándose en este valor para garantizar que, en condiciones de falla, el núcleo permanezca en la región lineal el tiempo suficiente para que los relés de protección funcionen correctamente.
