El cálculo de la relación del transformador de corriente es una habilidad fundamental en ingeniería eléctrica, necesaria para la selección de CT, el diseño de sistemas y la verificación de instalaciones existentes. La relación del CT define la relación entre la corriente primaria y la corriente secundaria y se puede calcular utilizando varios métodos según la información disponible y el propósito del cálculo. Comprender estos métodos permite a los ingenieros especificar correctamente los CT, verificar los datos de la placa de identificación y solucionar problemas de los sistemas de medición y protección.
El método más fundamental para calcular la relación del CT se basa en la relación de vueltas de los devanados. La relación del CT es igual al número de vueltas secundarias dividido por el número de vueltas primarias, o equivalentemente, la corriente primaria dividida por la corriente secundaria. La relación se puede expresar como: Ip / Is=Ns / Np, donde Ip es el amperaje primario, Is es el amperaje secundario, Ns es el número de vueltas secundarias y Np es el número de vueltas primarias. Por ejemplo, un transformador de corriente de 400:5 tiene una relación de 400/5=80, lo que significa que 400 amperios en el primario producen 5 amperios en el secundario. Este CT requiere 80 vueltas secundarias por cada vuelta primaria.
La relación CT también se puede calcular directamente a partir de las clasificaciones de la placa de identificación. La relación nominal es la relación entre la corriente nominal primaria y la corriente nominal secundaria y se especifica como una fracción íntegra en la placa de características, como 200:5 o 600:1. La razón se puede reducir a su forma más simple dividiendo ambos números por su máximo común divisor. Por ejemplo, una proporción de 300:5 se puede simplificar a 60:1 y una proporción de 1000:5 se puede simplificar a 200:1. Esta forma simplificada se utiliza a veces para cálculos rápidos en el campo.
Cuando el conductor primario pasa a través de la abertura del CT más de una vez, la relación efectiva cambia. Cada paso del conductor primario a través del núcleo del CT equivale a agregar una vuelta primaria. La relación real se calcula usando la fórmula: Ka=Kn × Nn / Na, donde Ka es la relación real del transformador, Kn es la relación del transformador placa de identificación, Nn es el número nominal de vueltas primarias (generalmente 1) y Na es el número real de vueltas primarias. Por ejemplo, un CT con clasificación de 400:5 A con el conductor primario pasado a través de la abertura cuatro veces tiene una relación efectiva de 400 × 1 / 4=100:5 A. Esta técnica se usa comúnmente para adaptar un CT para una medición de corriente primaria más baja.
La relación también se puede calcular a partir de las corrientes primaria y secundaria medidas. Este método se utiliza durante las pruebas de puesta en servicio y el mantenimiento periódico para verificar que el CT esté funcionando correctamente. Se inyecta corriente en el circuito primario (o se utiliza la corriente de carga real) y la corriente secundaria se mide simultáneamente. Luego, la relación se calcula como: relación CT=Corriente primaria ÷ Corriente secundaria. Por ejemplo, si una corriente primaria de 150 A produce una corriente secundaria de 3,75 A, la relación es 150 / 3.75=40:1, que normalmente se expresaría como 200:5 (ya que 40 × 5=200). Este método tiene en cuenta cualquier error real en el CT y proporciona una indicación real de su rendimiento.
Para CT con múltiples derivaciones o devanados secundarios, cada derivación tiene su propia relación. La relación para cada grifo se puede calcular utilizando el método de relación de vueltas o a partir de los datos de la placa de identificación. Por ejemplo, un TC con un devanado principal de 600:5 y una derivación de 300:5 tendría 120 vueltas secundarias para el devanado principal y 60 vueltas para la derivación. La relación entre las tomas está determinada por el número relativo de vueltas en cada sección del devanado secundario.
La precisión del cálculo de la relación depende de la precisión de las mediciones utilizadas. Para los cálculos basados en la placa de identificación-, la precisión depende de la exactitud de los datos de la placa de identificación, que normalmente es muy alta. Para los cálculos basados en-actuales, la precisión depende de la precisión de los instrumentos de medición-actuales utilizados. Al verificar las relaciones de CT durante la puesta en servicio, se deben utilizar instrumentos calibrados con una precisión de al menos 0,5 % para garantizar que la relación calculada sea significativa.
El cálculo del ratio también se ve afectado por la carga y las condiciones de funcionamiento. La relación de transformación real de un CT difiere ligeramente de la relación nominal debido a la corriente de excitación y otros factores. La relación real viene dada por la fórmula: Ip=√(I₀² + (nr × Is)² + 2 × I₀ × nr × Is × cos(90 grados − − δ)), donde I₀ es la corriente de excitación, nr es la relación nominal y δ son los ángulos de fase relacionados con la carga. Este nivel de detalle normalmente solo se requiere para aplicaciones de medición de alta-precisión, donde se debe tener en cuenta la diferencia entre las proporciones nominales y reales.
En la práctica, los cálculos de relación de TI más comunes son sencillos y se pueden realizar utilizando los datos de la placa de identificación o la relación de vueltas. La clave es garantizar que se utilicen las corrientes primaria y secundaria correctas y que se tengan en cuenta los múltiples pasos del conductor primario. Para la mayoría de las aplicaciones, la relación de la placa de identificación es suficiente y solo se requieren cálculos adicionales para aplicaciones especializadas o cuando se verifica el rendimiento del CT durante las pruebas.
En resumen, el cálculo de la relación de un transformador de corriente se puede realizar utilizando varios métodos: a partir de los datos de la placa de identificación, de la relación de vueltas, de las corrientes medidas o de la construcción física del TC. Cada método tiene su aplicación apropiada y la elección del método depende de la información disponible y de la precisión requerida. Dominar estos métodos de cálculo es esencial para cualquier persona involucrada en la especificación, instalación o mantenimiento de transformadores de corriente en sistemas de energía eléctrica.