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Transformadores de corriente en diagnósticos eléctricos

   

Transformadores de corriente en diagnósticos eléctricos

Dr Stan Zurek, MSc, PhD, SMIEEE - Director de desarrollo magnético

En esta edición vamos a fijarnos en el papel de los TI en la medición de Resistencia de Tierra.

Los TI son muy útiles en el diagnóstico de resistencia de tierra. Un gran edificio o instalación puede tener múltiples puntos de conexión a tierra (Imagen 4).

El circuito eléctrico equivalente es en el que todas las resistencias de tierra están conectadas en paralelo. Si hay ramificaciones suficientes, el circuito lo simplifica en un bucle de resistencia único (imagen 5), y con tan sólo tres ramificaciones se permite una buena indicación del punto de tierra causante del problema.

Por ejemplo, imaginemos que un buen electrodo tiene una resistencia de un 1 Ω y un valor erróneo es 10 Ω. Hay dos electrodos correctos y uno erróneo. La medición del electrodo válido dará Rx = 1 + 1||10 = 1.9 Ω, y el erróneo Rx = 10 + 1||1 = 10.5 Ω. De esta forma es fácil localizar al electrodo erróneo. Los valores son más precisos con más ramificaciones paralelas.

La medición será muy simple (aplicando la ley de Ohm) si tiene que llevarse a cabo directamente. Sin embargo, la medición directa no es posible porque implica la ruptura del bucle mostrado en la imagen 5b. Esto no es deseable por motivos de seguridad, ya que si se produce una avería en las instalaciones mientras que el bucle está roto, podría aparecer un potencial grande que podría poner en peligro al operador o a cualquier otra persona que se encuentre cercano al equipo. Además, después de la reconexión todavía podría haber dudas acerca de la calidad de la conexión.

Por tanto se necesita un método donde pueda llevarse a cabo la medición de forma no invasiva, lo cual puede conseguirse con transformadores de corriente tipo pinza (im. 6). Una de las ventajas más importantes de estos dispositivos es que pueden colocarse en torno a un conductor sin interrumpir la ruta de la corriente y pueden realizarse mediciones de CA precisas.
 

Incluso la medición de resistencia sin contacto se simplifica a la aplicación de la ley de Ohm. En condiciones normales, el componente resistivo de la impedancia es dominante; las contribuciones capacitivas e inductivas pueden ignorarse, y por lo tanto, la tensión aplicada al circuito genera una corriente inversamente proporcional a la resistencia. Medir corriente CA con un TI tipo pinza es muy sencillo. Sólo se necesita el TI y un amperímetro conectado a la salida. El problema de estos equipos en relación con el diagnóstico eléctrico se encuentra en la aplicación de una tensión dada en un circuito. Sin embargo, esto se puede conseguir utilizando un transformador de tensión (TT).

Un TI sin nada conectado a su entrada es en realidad un TT aumentado. Por tanto, si el devanado secundario de este transformador se utiliza con una tensión de CA, entonces el instrumento pasa a ser un TT reductor.

El TI que se muestra en la imagen 6 tiene un promedio de 1000:1 de manera que una corriente CA de 1 A en el cable primario produce 1 mA de corriente de salida. Pero el mismo dispositivo puede utilizarse como TT, y, si se maneja por el lado secundario, el promedio sigue siendo aún 1000:1, de manera que 1 V aplicado al bobinado secundario inducirá 1 mV en el cable primario.

Combinando un TT y un TI se permite la medición del valor de resistencia en el bucle. El principio se muestra en la imagen 7 y un instrumento práctico en la imagen 8.
 

Para este instrumento en particular, la tensión aplicada es de 30 V a 128 Hz. Si la resistencia del bucle es 1 Ω, esto generará una corriente de 30 mA, que será reducida por el TI hasta 30 μA. El instrumento de prueba puede medir la tensión aplicada al TT y la corriente de salida del TI, y los promedios del TT y el TI permanecen constantes. Por este motivo, la resistencia de bucle puede calcularse como:
Rx = VVT ÷ (TII ∙1000∙1000) Ω
donde: VVT = tensión aplicada por el instrumento al TT y al TI = corriente de salida del TI como la mide el instrumento.

También es posible integrar ambos transformadores (TT y TI) en un único instrumento (imagen 9). Este instrumento opera con el mismo principio que se ha comentado con anterioridad, con dos pequeñas diferencias: una frecuencia de operación superior se utiliza porque el área de sección cruzada de los núcleos es menor, y hay un blindaje magnético entre el TT interno y el TI para mejorar la medición de las corrientes pequeñas en la proximidad del núcleo del TT energizado.


El rango de resistencia oscila entre 0.05 Ω y 1500 Ω. Por tanto, el TI tiene que ser capaz de detectar corrientes desde menos de 20 μA a 1 A, porque la tensión de bucle inducida se encuentra en un nivel de 30 mV. Estas mediciones deben realizarse en presencia de corrientes de fuga mayores que pueden estar presentes a causa de la conexión a la red de 50 Hz (o 60 Hz).

Resumen

Los transformadores de corriente se utilizan para mediciones precisas, esenciales para la seguridad y fiabilidad de las instalaciones eléctricas.

En esta serie de artículos se han comentado dos ejemplos. El primero muestra el uso de transformadores de corriente en pruebas de aplicaciones portátiles donde la corriente de fuga en dispositivos no aislados necesitan detectarse diferencialmente al nivel de 0.0001% o 1 ppm (10 μA en 10 A). Sólo los transformadores de corriente son capaces de realizar esas mediciones con una precisión suficiente sin utilizar instrumentos o componentes costosos.

La otra aplicación es una medición sin contacto de la resistencia de tierra con múltiples electrodos de aislamiento. Un transformador de corriente en modo normal se utiliza para la detección de corriente. La tensión se inyecta llevando un transformador de corriente desde su lado secundario de manera que se comporte como un transformador de tensión. De esta forma puede calcularse desde la tensión conocida y la corriente medida la resistencia de bucle. Los dos transformadores (tensión y corriente) pueden integrarse en un instrumento único, para producir un dispositivo manual de fácil uso.

En esencia, la versatilidad y rendimiento de los transformadores de corriente implican que la mayoría de los instrumentos utilizados para pruebas y diagnósticos de aislamiento eléctrico y conexión a tierra, pueden ser más pequeños, ligeros, seguros, fiables y económicos.
 

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