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Los transformadores de medida de media tensión tienden un puente entre los sistemas eléctricos de alta tensión y los relés de protección o equipos de medida que los supervisan. A la hora de elegir entre un VT/PT (transformador de tensión/transformador de potencial) electromagnético y un CVT (transformador de tensión con condensador) para aplicaciones de MT, la elección depende de tres factores: requisitos de clase de precisión, velocidad de respuesta transitoria y susceptibilidad a la ferroresonancia. En esta comparativa se examinan los principios de funcionamiento de cada tecnología, se identifican los errores de cableado más comunes que provocan fallos y se ofrecen estrategias prácticas de prevención de la ferroresonancia.
Los TT electromagnéticos funcionan según el mismo principio de inducción que los transformadores de potencia. El devanado primario se conecta directamente a la barra de MT -normalmente de 6,6 kV a 36 kV- mientras que el secundario suministra salidas normalizadas de 100 V o 110 V según la norma IEC 61869-3. Un núcleo laminado de acero y silicio proporciona la trayectoria magnética entre los devanados. Gracias a este acoplamiento directo, la tensión de salida sigue fielmente a la de entrada en una amplia gama de frecuencias.
En implementaciones de campo en más de 40 subestaciones industriales, los TT electromagnéticos alcanzan sistemáticamente clases de precisión de 0,2 a 0,5 para aplicaciones de medición, con capacidades de carga que oscilan entre 25 VA y 200 VA.
Las CVT adoptan un enfoque fundamentalmente distinto. Una pila de condensadores (C1) se conecta a la línea de alta tensión, formando un divisor de tensión con un segundo condensador (C2). Esta división capacitiva reduce la tensión primaria a un nivel intermedio, normalmente de 10-20 kV. A continuación, un transformador de tensión intermedia (IVT) reduce la tensión secundaria, mientras que una reactancia de sintonización compensa la reactancia capacitiva a 50/60 Hz.
Esta arquitectura de dos etapas crea un almacenamiento de energía inherente. Durante los transitorios, la energía almacenada debe redistribuirse antes de que la salida se estabilice, lo que explica por qué la respuesta de la CVT es un orden de magnitud inferior a la de la VT electromagnética.
Las características de respuesta transitoria difieren significativamente: los TT electromagnéticos reproducen los cambios de paso en 1-2 ms, mientras que los CVT presentan tiempos de respuesta de 15-30 ms debido a la sintonización condensador-reactor a 50/60 Hz. La función de transferencia de la CVT incluye picos resonantes que pueden amplificar las frecuencias subsíncronas en factores de 3× a 5×, causando potencialmente un mal funcionamiento de la protección en condiciones de fallo.
| Parámetro | VT/PT electromagnético | Condensador VT (CVT) |
|---|---|---|
| Tensión típica | 3,6-245 kV | 72,5-800 kV |
| Idoneidad para MT (≤40,5 kV) | Elección principal | Rara vez se aplica |
| Clase de precisión de medición | 0.1, 0.2, 0.5 | 0.5, 1.0 |
| Clase de precisión de protección | 3P, 6P | 3P, 6P |
| Respuesta transitoria | <2 ms de estabilización | 15-30 ms de estabilización |
| Respuesta en frecuencia | Plano a varios kHz | Sintonizado a 50/60 Hz |
| Acoplamiento portador PLC | No disponible | Puerto integrado |
| Susceptibilidad a la ferrorresonancia | Alta en sistemas de cable | Moderado |
| Coste relativo a 36 kV | Más bajo | Más alto |
La medición de ingresos exige clases de precisión de 0,2 ó 0,5, manteniendo los errores dependientes de la carga dentro de ±0,2% o ±0,5% a través de una tensión nominal de 80-120%. Los TT electromagnéticos destacan aquí porque la tensión de salida sigue la forma de onda primaria con un desplazamiento de fase mínimo, normalmente menos de 10 minutos de error angular con carga nominal.
Para aplicaciones de protección, la norma IEC 61869-5 especifica las clases 3P y 6P que permiten errores de relación de hasta ±3% o ±6%, al tiempo que hace hincapié en la reproducción fiel de los transitorios. Los circuitos internos de supresión de ferroresonancia de los CVT pueden distorsionar la forma de onda durante las faltas, lo que puede provocar un funcionamiento incorrecto del relé. Las pruebas de campo en subestaciones de 33 kV revelaron que la respuesta transitoria de la CVT afecta a los cálculos de alcance del relé de distancia en 5-12%.
[Expert Insight: VT Selection Economics]
- Por debajo de 72,5 kV: el TT electromagnético es casi siempre más económico
- El cruce de costes se produce en torno a 110-132 kV según el fabricante
- Aplicaciones de MT (≤40,5 kV): La CVT añade complejidad sin ventajas prácticas
- Excepción: si se requiere comunicación PLC en MT, evaluar CVT a pesar del sobrecoste.
El marco de decisión es sencillo para la mayoría de las aplicaciones de VM.
Elija la TV/PT electromagnética cuando:
Considere la CVT sólo cuando:
Para disyuntor de vacío de protección en celdas de MT, los TT electromagnéticos siguen siendo la opción por defecto. Su respuesta en submilisegundos garantiza que los relés de protección reciban información precisa sobre la tensión durante las secuencias de eliminación de faltas.
La mayoría de las “averías” de ITV no se deben a defectos del transformador, sino a errores de instalación. Cuatro errores aparecen repetidamente.
Inversión de polaridad
La polaridad sustractiva (H1-X1 en el mismo lado) es estándar en la mayoría de las regiones. Una polaridad incorrecta provoca un mal funcionamiento de la protección diferencial, indicación de potencia inversa y fallos en la comprobación de la sincronización. La verificación en campo requiere una prueba de patada de CC de bajo voltaje: aplique un pulso a los terminales primarios y observe la dirección de deflexión secundaria. La polaridad correcta produce una deflexión positiva cuando se aplica energía al terminal marcado.
Desajuste de cargas
La carga total es igual a la carga del instrumento más la carga del cable conductor. El cálculo es importante para tramos largos de cable:
Los conductores subdimensionados empujan la carga total más allá de la clasificación VT, degradando el cumplimiento de la clase de precisión.
Múltiples puntos de conexión a tierra
Según la norma IEEE C57.13.3, la conexión a tierra en un solo punto evita las corrientes circulantes que degradan la precisión. Conecte a tierra sólo el panel del relé, nunca la caja de terminales VT y el panel simultáneamente. Los síntomas de múltiples puestas a tierra incluyen desviaciones de medida inexplicables y ruido en las formas de onda secundarias.
Fusible subdimensionado
La irrupción magnetizante del transformador alcanza 10-20 veces la corriente nominal durante 50-100 ms durante la energización. Los fusibles estándar se funden de forma molesta; los fusibles HRC dimensionados para la irrupción del transformador soportan este transitorio. Un fusible fundido significa la pérdida de la referencia de tensión de protección y el posible mal funcionamiento del relé.
Las prácticas de cableado adecuadas se aplican por igual a los TT y a otros componentes de aparatos de conexión dentro de los conjuntos de VM.
[Visión experta: Secuencia de resolución de problemas sobre el terreno]
- Paso 1: Verifique la polaridad con la prueba de arranque de CC antes de la energización.
- Paso 2: Medir la carga total, incluida la resistencia del cable
- Paso 3: Confirmar la conexión a tierra de un solo punto con una prueba de continuidad
- Paso 4: Comprobar el valor nominal del fusible con la especificación de irrupción VT (normalmente 15× In durante 100 ms).
La ferroresonancia es uno de los fenómenos más peligrosos que afectan a las instalaciones de transformadores de tensión. En trabajos de puesta en servicio en sistemas de distribución de 35 kV, hemos observado casos de ferroresonancia que producen sobretensiones sostenidas de 4-5 por unidad, suficientes para destruir el aislamiento del transformador de tensión en cuestión de segundos.
Qué desencadena la ferrorresonancia
A diferencia de la resonancia lineal, la ferroresonancia surge de la curva de magnetización no lineal de los núcleos de los transformadores. Cuando un TT funciona cerca de la saturación, su inductancia varía drásticamente con la tensión aplicada. El fenómeno se produce cuando esta inductancia no lineal forma un circuito resonante con la capacitancia del sistema procedente de cables, casquillos o condensadores de graduación.
Las condiciones desencadenantes críticas incluyen:
En los TT electromagnéticos típicos de 10-35 kV, la resonancia peligrosa se produce con longitudes de cable de 200-2.000 metros.
Reconocer los síntomas
Los indicadores de campo incluyen zumbidos audibles a frecuencias inferiores a 50/60 Hz, lecturas de tensión erráticas que saltan entre niveles discretos, arcos visibles en las terminaciones y calentamiento rápido del TT. El análisis de la forma de onda revela oscilaciones subarmónicas características (16,7 Hz en sistemas de 50 Hz) distinguibles de la distorsión armónica normal.
Según la norma IEEE C62.22 (Guide for Application of Metal-Oxide Surge Arresters), la ferroresonancia puede generar tensiones sostenidas de 2,5-4,0 p.u. con frecuencias que van desde modos subarmónicos (16,7 Hz) a armónicos (150 Hz). La disipación de energía en los núcleos VT durante estos eventos puede superar los 500 W de forma continua, en comparación con las pérdidas normales de 3-8 W.
Estrategias de prevención
Existen varios métodos de supresión de eficacia probada:
Los CVT presentan una inmunidad inherente a la ferroresonancia gracias a la división capacitiva de la tensión. En pruebas realizadas en redes de 12 kV, los TT electromagnéticos entraron en ferroresonancia en longitudes de cable superiores a 2 km, mientras que los CVT se mantuvieron estables más allá de 15 km en condiciones de conmutación idénticas. Cuando se requieran TT electromagnéticos para sistemas alimentados por cable, especifique diseños antirresonancia con geometría de núcleo modificada o amortiguación integrada.
La ferrorresonancia afecta a todo el conjunto de aparatos de conexión, no sólo la supresión adecuada de VT protege los equipos conectados en toda la instalación.
El diseño del compartimento del TT cumple los requisitos de la norma IEC 62271-1 sobre distancias mínimas. La ventilación adecuada disipa el calor del funcionamiento con carga continua, normalmente de 5-15 W para los TT de MT. Las disposiciones de acceso permiten la sustitución de fusibles y la inspección de terminales secundarios sin desenergizar los compartimentos adyacentes.
La coordinación con las operaciones del disyuntor es importante. La energización de la VT durante el cierre del disyuntor crea transitorios de irrupción; la conmutación controlada punto sobre onda reduce esta tensión. El TT también añade carga capacitiva que afecta a la tensión transitoria de recuperación (TRV) observada por el disyuntor durante la interrupción.
Interruptor automático de vacío interior VS1 incorporan disposiciones de montaje VT normalizadas con la debida separación de los productos de arco.
La selección del transformador de tensión se integra con el diseño general del cuadro. Los cálculos de carga, la verificación de la precisión y la evaluación de la ferroresonancia requieren la coordinación entre las especificaciones del transformador de tensión y la configuración del cuadro.
XBRELE suministra conjuntos completos de paneles VCB con compartimentos VT montados en fábrica y diseñados para una integración fiable del transformador de medida. La asistencia técnica abarca la coordinación de la protección, la revisión del cableado y la evaluación del riesgo de ferroresonancia para instalaciones alimentadas por cable.
Póngase en contacto con el equipo de ingeniería de XBRELE para soluciones de aparamenta de media tensión con transformadores de tensión debidamente especificados.
P: ¿Puede la CVT alcanzar una precisión de clase 0,2 para la medición de ingresos en redes de MT?
R: Los CVT suelen alcanzar una precisión de clase 0,5 ó 1,0, y sus errores dependientes de la frecuencia los hacen inadecuados para la medición de ingresos de precisión por debajo de 72,5 kV, donde los VT electromagnéticos ofrecen sistemáticamente un rendimiento de clase 0,2.
P: ¿Qué longitud de cable provoca ferroresonancia en sistemas de 35 kV?
R: El riesgo de ferrorresonancia aumenta significativamente cuando la capacitancia del cable cae entre 0,1-1,0 μF por fase, lo que corresponde aproximadamente a longitudes de cable de 200-2.000 metros dependiendo del tipo de cable y de la configuración de puesta a tierra del sistema.
P: ¿Cómo se dimensiona una resistencia de amortiguación para suprimir la ferroresonancia?
R: Las resistencias de amortiguación suelen oscilar entre 25 y 100 Ω conectadas a través del devanado secundario en triángulo abierto, con una potencia nominal continua de 50-200 W; el dimensionamiento exacto depende de la capacitancia del sistema y de las características de magnetización del VT.
P: ¿Por qué cambia el alcance del relé de distancia cuando se sustituye VT por CVT?
R: La respuesta transitoria del CVT (asentamiento de 15-30 ms) distorsiona la medición de la tensión de falta, lo que afecta a los cálculos de alcance del relé en 5-12% y a menudo requiere ajustes de configuración para mantener una coordinación de zonas adecuada.
P: ¿Qué valor nominal de fusible evita las explosiones molestas durante la energización del TT?
R: Los fusibles HRC aptos para la irrupción de transformadores, que normalmente soportan entre 15 y 20 veces la intensidad nominal durante 100 ms, evitan operaciones molestas durante la conmutación, al tiempo que protegen contra fallos continuados.
P: ¿Es posible la ferroresonancia con sistemas neutros sólidamente conectados a tierra?
R: El riesgo de ferrorresonancia disminuye sustancialmente en los sistemas sólidamente conectados a tierra porque la conexión neutra proporciona una vía de baja impedancia que evita las sobretensiones sostenidas características de las configuraciones sin conexión a tierra o con conexión a tierra de alta resistencia.
P: ¿Con qué frecuencia debe verificarse la precisión del VT en servicio?
R: La mayoría de las empresas de servicios públicos verifican la precisión de los TT de medición de ingresos cada 4-8 años utilizando equipos de calibración portátiles, recomendándose comprobaciones más frecuentes después de eventos de conmutación o si aparecen anomalías en las mediciones.
