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Los transformadores de corriente cumplen dos funciones fundamentalmente diferentes en los sistemas de energía eléctrica: la medición de ingresos y la protección contra fallos. Cada aplicación exige unas características de rendimiento específicas, razón por la cual existen clases de precisión de TC. Un TC de medición optimizado para la precisión de facturación con corrientes de carga normales fallará en condiciones de fallo. Un TC de protección diseñado para funcionar durante eventos de sobreintensidad de 20× carece de la precisión necesaria para el cálculo de ingresos.
Esta guía desglosa las designaciones de clase de precisión de la norma IEC 61869-2, explica las diferencias técnicas entre las clases de medición (0,1, 0,2, 0,5) y las clases de protección (5P, 10P), y ofrece orientaciones prácticas de selección para aplicaciones de media tensión.
La clase de precisión de un TC es una designación normalizada que define el error de medición máximo admisible en condiciones de funcionamiento especificadas. El número de clase indica directamente el porcentaje de error permitido a la corriente nominal, con especificaciones adicionales para el desplazamiento de fase y el comportamiento en condiciones de fallo.
Existen dos sistemas de clasificación distintos. Las clases de medición (0,1, 0,2, 0,5, 1,0) optimizan la precisión en corrientes de funcionamiento normales, normalmente de 5% a 120% de la corriente nominal. Las clases de protección (5P, 10P) dan prioridad al rendimiento en condiciones de fallo, manteniendo la precisión a múltiplos de corriente muy superiores al funcionamiento normal.
La distinción es importante porque estos requisitos entran en conflicto físicamente. La precisión de la medición exige materiales de núcleo de alta permeabilidad que se saturan rápidamente durante los fallos. La fiabilidad de la protección requiere núcleos más grandes que resistan la saturación, pero sacrifican la precisión a baja corriente. Un TC no puede destacar en ambas cosas.
Los errores de los transformadores de corriente se deben a la corriente magnetizante necesaria para establecer el flujo del núcleo. Esta corriente representa energía desviada del proceso de transformación ideal, creando dos desviaciones medibles.
Error de relación (ε) cuantifica la diferencia porcentual entre las relaciones de transformación real y nominal. Un TC de 1000/5 A puede suministrar en realidad 4,98 A con un primario de 1000 A, es decir, un error de relación de 0,4%. Este error varía con la magnitud de la corriente primaria y la carga conectada.
Desplazamiento de fase (δ) mide la diferencia angular entre los fasores de corriente primario y secundario, expresada en minutos de arco. La transformación ideal produce un desfase cero; los TC reales presentan pequeños desplazamientos debidos a los requisitos de la corriente magnetizante.
Los materiales del núcleo influyen significativamente en el comportamiento del TC. Los núcleos de acero al silicio de grano orientado suelen funcionar a densidades de flujo máximas de 1,5-1,8 T (Tesla), mientras que los núcleos nanocristalinos consiguen menores pérdidas a densidades de flujo en torno a 1,2 T. La carga nominal -expresada en VA (voltios-amperios)- determina la carga máxima que el TC puede suministrar manteniendo la precisión, con valores estándar que oscilan entre 2,5 VA y 30 VA para aplicaciones de medición.
Ambos errores deben permanecer dentro de los límites específicos de la clase en todo el rango de funcionamiento. Para los TI de medición de clase 0,2, el error de relación no puede superar ±0,2% y el desplazamiento de fase debe mantenerse por debajo de ±10 minutos a la intensidad nominal. Las clases de protección permiten errores mayores -hasta ±1% de error de relación en condiciones normales- pero mantienen estos límites a múltiplos de corriente mucho mayores.
Las clases de precisión de medición dan prioridad a la precisión en las corrientes de funcionamiento normales en las que se producen los cálculos de facturación. La norma IEC 61869-2 define estas clases mediante límites de error de relación y desplazamiento de fase en múltiples puntos de prueba.
| Clase | Error de relación en 100% In | Desplazamiento de fase | Rango de precisión | Aplicación típica |
|---|---|---|---|---|
| 0.1 | ±0,1% | ±5 min | 5-120% | Normas de referencia de laboratorio |
| 0.2 | ±0,2% | ±10 min | 5-120% | Medición de los ingresos de transmisión |
| 0.2S | ±0,2% | ±10 min | 1-120% | Medición de la carga variable |
| 0.5 | ±0,5% | ±30 min | 5-120% | Medición de subestaciones de distribución |
| 0.5S | ±0,5% | ±30 min | 1-120% | Medición de ingresos industriales |
| 1.0 | ±1,0% | ±60 min | 5-120% | Instrumentos indicadores |
El sufijo “S” indica precisión ampliada a corrientes bajas. Las clases estándar mantienen la precisión especificada de 5% a 120% de corriente nominal. Las clases 0,2S y 0,5S amplían este rango hasta 1% de corriente nominal, lo que resulta esencial para instalaciones con cargas variables en las que la precisión de la facturación de cargas ligeras afecta a los ingresos.
En los trabajos de puesta en servicio realizados en instalaciones industriales, observamos sistemáticamente que la especificación 0,2S se vuelve crítica cuando las liquidaciones de facturación superan los $50.000 mensuales. Un error de 0,3% con una carga de 10% -aceptable para la clase estándar 0,5 pero fuera de los límites de 0,2S- se agrava a lo largo de los ciclos de facturación.
Saturación intencionada distingue los núcleos de medida. Estos TC se saturan a 2-5 veces la corriente nominal, limitando la salida secundaria durante los fallos. Esto protege de daños a los contadores conectados, pero hace que los TC de medida no sean adecuados para aplicaciones de protección en las que la precisión de la corriente de falta es importante.
[Expert Insight: Selección del TC de medición]
- Especifique la clase 0,2S o 0,5S cuando las cargas caigan regularmente por debajo de 20% de la capacidad nominal del TC.
- Compruebe que la carga real conectada es inferior a 75% de la carga nominal para obtener una precisión óptima.
- Los medidores digitales modernos presentan <1 VA de carga-confirmar CT mantiene la precisión con cargas ligeras
- Solicite certificados de pruebas en fábrica que muestren los errores reales medidos, no sólo la conformidad de clase.
Las clases de protección siguen un sistema de notación diferente que refleja su función principal: la medición precisa de la corriente de defecto. La designación “5P20” codifica tres parámetros esenciales para la coordinación de relés.
| Clase | Error compuesto en el ALF | Valores comunes del ALF | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| 5P | ≤5% | 10, 15, 20, 30 | Relés de protección primaria, esquemas diferenciales |
| 10P | ≤10% | 10, 15, 20 | Protección de reserva, relés de sobreintensidad |
El Factor límite de precisión determina el máximo múltiplo de corriente de defecto en el que el TC mantiene una salida lineal. Un TC 5P20 con 1000 A de corriente primaria funciona con precisión hasta 20.000 A de corriente primaria. Más allá de este umbral, la saturación del núcleo distorsiona la forma de onda secundaria, lo que puede provocar un funcionamiento incorrecto del relé.
Las clases de protección siguen un sistema de designación diferente: el número que precede a la “P” indica el límite de error compuesto en porcentaje. Un TI de clase 5P20 permite un error compuesto de hasta ±5% y mantiene la precisión hasta 20 veces la intensidad nominal (el factor límite de precisión o ALF). Los TC de protección deben reproducir con precisión corrientes de defecto que oscilen entre 2 kA y 63 kA en función de los requisitos del sistema.
Cálculo del ALF para una especificación adecuada:
ALF requerido ≥ Corriente máxima de fallo ÷ Corriente primaria nominal del TC.
Para un nivel de avería de 12,5 kA con TC de 500/5 A:
ALF requerido ≥ 12.500 ÷ 500 = 25
Una clasificación 5P20 se queda corta; especifique 5P30 para proporcionar un margen adecuado.
Los núcleos de protección utilizan secciones transversales más grandes y materiales de mayor saturación en comparación con los núcleos de medición. Esto retrasa la saturación magnética, garantizando que los relés reciban señales precisas de la corriente de defecto. La contrapartida: menor precisión a corrientes de funcionamiento normales, normalmente ±1% de error de relación frente a ±0,2% de las clases de medición.
Las filosofías fundamentales de diseño entran en conflicto. Comprender estas diferencias evita una aplicación errónea.
| Parámetro | TC de medición | Protección CT |
|---|---|---|
| Función principal | Facturación de ingresos, control de la energía | Detección de averías, funcionamiento del relé |
| Rango de precisión | 1-120% de nominal (clase S) | Hasta ALF × corriente nominal |
| Especificación de errores | Error de relación + desplazamiento de fase | Error compuesto |
| Comportamiento de saturación | Precoz (2-5× valorado)-protector | Retrasado (hasta ALF × nominal)-esencial |
| Diseño del núcleo | Acero más pequeño y de alta permeabilidad | Materiales más grandes y de alta saturación |
| Clases típicas | 0,2, 0,2S, 0,5, 0,5S, 1,0 | 5P10, 5P20, 10P10, 10P15 |
| Dispositivos conectados | contadores de kWh, analizadores de potencia | Relés de protección, registradores de averías |
Durante el análisis de faltas en una planta de fabricación, observamos que un TI de medida de clase 0,5 suministraba al relé sólo 15% de corriente de falta real durante una falta de 12 kA. El núcleo de medición se saturó casi inmediatamente, colapsando la salida secundaria mientras persistía la falta. El funcionamiento del relé se retrasó 150 ms, lo suficiente para provocar un fallo de coordinación aguas arriba.
Este escenario ilustra por qué los núcleos separados cumplen funciones de medición y protección en instalaciones correctamente diseñadas.
La carga conectada afecta directamente a la precisión del TC. Superar la carga nominal degrada la precisión de la medición y reduce el ALF efectivo de los TC de protección.
Cálculo de la carga de plomo:
VA del cable = I²secundario × 2 × Rlead
Para secundario de 5 A con tendido de cable de 50 m (cobre de 2,5 mm², ~0,35 Ω unidireccional):
VA del cable = 25 × 2 × 0,35 = 17,5 VA
Esto explica por qué los secundarios de 1 A son adecuados para largas tiradas de cable: la carga se reduce en 25× en comparación con los secundarios de 5 A para un cable idéntico.
Lista de control de la selección:
[Visión experta: Especificación CT de protección]
- Las aplicaciones de cierre automático requieren un margen ALF adicional 50% debido a los efectos del flujo remanente.
- Los esquemas de protección diferencial exigen que las características de los TC sean idénticas, es decir, que las tensiones del punto de inflexión sean idénticas.
- Los relés numéricos modernos presentan una carga <1 VA frente a los 15-30 VA de los tipos electromecánicos-recalcule el ALF efectivo
- Solicitar curvas de excitación a los fabricantes para verificar que la tensión del punto de inflexión cumple los requisitos del relé.
La mayoría de las instalaciones de media tensión requieren tanto la medición como la protección de cada alimentador. Los TC de doble núcleo (o multinúcleo) solucionan este problema incorporando núcleos magnéticos separados bobinados en el mismo conductor primario.
Especificación típica de doble núcleo:
Cada núcleo se somete a pruebas independientes según la norma IEC 61869-2. El núcleo de medición mantiene la precisión de facturación a corrientes normales, mientras que se satura durante los fallos. El núcleo de protección conserva la fidelidad de la corriente de falta para el funcionamiento del relé. Ninguno de los dos compromete la función del otro.
Integración con Interruptores de vacío de media tensión requiere una especificación coordinada del TC. El factor límite de precisión del TC debe superar el poder de corte nominal del interruptor para garantizar que los relés de protección reciban señales precisas durante toda la secuencia de eliminación de faltas. Para conjuntos de aparamenta, fabricantes de componentes suelen ofrecer recomendaciones de TC adaptadas a los valores nominales específicos de los disyuntores.
Cuando especifique TC para instalaciones nuevas, facilite lo siguiente a su proveedor:
La experiencia sobre el terreno en más de 75 proyectos de puesta en servicio de subestaciones revela errores recurrentes en las especificaciones.
Un TC de clase 0,5 se satura durante los fallos, enviando señales distorsionadas a los relés de protección. Los tiempos de disparo se prolongan; falla la coordinación.
Solución: Especificar siempre núcleos de protección dedicados con ALF superior a la corriente de defecto máxima ÷ capacidad del primario del TC.
Los largos recorridos de cables hasta las salas de relés añaden una carga VA significativa, especialmente con secundarios de 5 A.
Solución: Calcule la carga del conductor utilizando la resistencia real del cable. Considere un secundario de 1 A para tramos superiores a 30 m.
Las características desiguales del TC crean una corriente diferencial falsa, provocando disparos falsos o fallos de funcionamiento.
Solución: Especifique relaciones de TC, clases de precisión y tensiones de punto de inflexión idénticas para todos los TC de las zonas diferenciales.
Tras el despeje inicial de la avería, la magnetización residual permanece en el núcleo. Al volver a cerrarse a una falla persistente, esta remanencia provoca una saturación más temprana.
Solución: Especifique un ALF 50% superior para aplicaciones de cierre automático o utilice diseños de núcleo antirremanencia.
Comprensión Clasificaciones de los interruptores automáticos de vacío ayuda a coordinar las especificaciones del TC con las capacidades del disyuntor: el TC debe mantener la precisión en todo el rango de corriente nominal de corte del disyuntor.
La designación indica un TC de clase de protección que mantiene el error compuesto por debajo de 5% hasta 20 veces la corriente primaria nominal. Con un valor nominal de 400/5 A, este TC proporciona una medición precisa de la corriente de falta de hasta 8.000 A antes de que la saturación del núcleo comprometa la salida.
Con esta configuración se corre el riesgo de que falle la protección. Los núcleos de medida se saturan a 2-5 veces la intensidad nominal, colapsando la salida secundaria precisamente cuando los relés necesitan señales de fallo precisas. Los núcleos de protección independientes con valores nominales ALF adecuados son esenciales para una detección de fallos fiable.
Elija 0,2S cuando las cargas operen regularmente por debajo de 20% de la corriente nominal del TC. La clase estándar 0,2 garantiza la precisión sólo a partir de 5-120% de la corriente nominal; la 0,2S la amplía a 1-120%, manteniendo la precisión de facturación durante los periodos de carga ligera.
El funcionamiento por debajo de la carga nominal aumenta el ALF efectivo: un TC 5P20 con media carga tiene un rendimiento similar al 5P40. Sin embargo, algunos diseños de TC presentan mayores errores con cargas muy ligeras. Compruebe que la carga real está entre 25% y 100% de la carga nominal para obtener un rendimiento predecible.
La tensión del punto de inflexión indica la tensión secundaria en la que la magnetización del núcleo se vuelve no lineal; en concreto, cuando un aumento de tensión de 10% produce un aumento de corriente magnetizante de 50%. Los relés de protección requieren TC con una tensión de punto de inflexión superior a la tensión secundaria desarrollada durante las condiciones de falta máxima para garantizar una medición precisa.
La norma IEC 61869-2 utiliza clases de medida decimales (0,2, 0,5) y clases de protección designadas por P (5P, 10P). IEEE C57.13 especifica que las clases de medida son 0,3 y 0,6, con clases de protección designadas por la capacidad de tensión del terminal secundario (C100, C200). En proyectos internacionales, especifique las clases IEC para evitar ambigüedades en la conversión.
La protección de condensadores requiere una medición precisa de corrientes de desequilibrio relativamente pequeñas en lugar de corrientes de falta elevadas. La clase 5P10 suele proporcionar un ALF adecuado, mientras que el núcleo de medida (si es de doble núcleo) debe ser de clase 0,5 o superior para la supervisión de la corriente del condensador y el análisis de armónicos.
Para obtener asistencia sobre especificaciones de TC adaptadas a sus requisitos de conmutación, póngase en contacto con el equipo de ingeniería de XBRELE. Ofrecemos soluciones integradas que combinan tecnología de interrupción en vacío con transformadores de medida debidamente coordinados para un funcionamiento fiable de la medición y la protección.
Referencia externa: IEC 61869-2:2012 Transformadores de medida - Requisitos adicionales para transformadores de intensidad
