El nivel de aislamiento de un transformador de corriente es una especificación que define la capacidad del CT para resistir las tensiones eléctricas impuestas por la tensión del sistema y las sobretensiones transitorias. Representa el voltaje máximo que el sistema de aislamiento del CT puede soportar sin fallas ni descargas eléctricas. El nivel de aislamiento es un parámetro de seguridad crítico que debe seleccionarse para que coincida con el voltaje del sistema y para proporcionar una protección adecuada contra sobretensiones, transitorios de conmutación y otros eventos de sobretensión.
El nivel de aislamiento de un CT normalmente se expresa como una serie de tres valores de voltaje, como 12/28/75 kV. En esta notación, el primer valor representa el voltaje más alto para el equipo (Um), el segundo valor es el voltaje soportado a frecuencia industrial (rms) y el tercer valor es el voltaje soportado por impulso de rayo (pico). Por ejemplo, un CT con un nivel de aislamiento de 12/28/75 kV está diseñado para voltajes de equipos de hasta 12 kV, puede soportar un voltaje de prueba de frecuencia industrial de 28 kV rms durante un minuto y puede soportar un impulso de rayo de 75 kV pico.
El voltaje más alto del equipo (Um) es la referencia principal para la selección del nivel de aislamiento. La regla de selección es: Um Mayor o igual a Usys, donde Usys es el voltaje más alto del sistema donde se instalará el equipo. Los valores estandarizados de Um incluyen 3,6 kV, 7,2 kV, 12 kV, 17,5 kV, 24 kV y 36 kV, correspondientes a voltajes del sistema de hasta 3,3 kV, 6,6 kV, 11 kV, 15 kV, 22 kV y 35 kV respectivamente. El valor Um apropiado se selecciona en función de la tensión nominal del sistema y la tensión operativa máxima del sistema.
La tensión soportada a frecuencia industrial, el segundo valor en la notación del nivel de aislamiento, representa la capacidad del CT para soportar tensiones de CA continuas por encima de la tensión de funcionamiento normal. Esta prueba verifica la integridad del sistema de aislamiento bajo condiciones de sobretensión temporal que pueden ocurrir durante fallas del sistema u operaciones de conmutación. El voltaje de prueba se aplica durante un período específico, generalmente un minuto, y el CT no debe presentar fallas ni corrientes de fuga excesivas.
La tensión soportada al impulso del rayo, el tercer valor, representa la capacidad del CT para soportar sobretensiones transitorias causadas por rayos u operaciones de conmutación. Estos transitorios tienen tiempos de subida muy cortos (microsegundos) y voltajes pico altos. La prueba de impulso simula estas condiciones y verifica que el sistema de aislamiento del CT pueda soportar la tensión eléctrica resultante sin fallar. El nivel de impulso básico (BIL) es un parámetro crítico para instalaciones exteriores y de alto voltaje-donde la exposición a los rayos es una preocupación.
La construcción física del CT debe diseñarse para lograr el nivel de aislamiento requerido. Los CT de media-tensión suelen utilizar resina epoxi o aislamiento de papel impregnado de aceite-. La fundición de resina epoxi ofrece una excelente resistencia dieléctrica, durabilidad mecánica y resistencia a la contaminación ambiental. El aislamiento de papel-impregnado con aceite se utiliza en algunos CT de alto-voltaje donde se requiere la mayor rigidez dieléctrica. La elección del material aislante y el espesor del aislamiento están determinados por el nivel de aislamiento requerido y el entorno operativo.
El nivel de aislamiento también determina las dimensiones físicas del CT. Los niveles de aislamiento más altos requieren distancias de fuga y de separación mayores, un aislamiento más grueso y dimensiones generales más grandes. Esto afecta el tamaño, el peso y los requisitos de instalación del CT. Para aplicaciones interiores en entornos controlados, el nivel de aislamiento requerido puede ser menor que para aplicaciones exteriores donde el CT está expuesto a contaminación ambiental y sobretensiones eléctricas.
Además de los valores básicos del nivel de aislamiento, el sistema de aislamiento del CT también debe coordinarse con los niveles de aislamiento de otros equipos de la instalación. El proceso de coordinación del aislamiento garantiza que la capacidad de resistencia del aislamiento del CT sea compatible con los dispositivos de protección contra sobretensiones y otros equipos del sistema. Esto evita que el CT se convierta en el eslabón más débil del sistema de aislamiento, donde podría ocurrir una descarga disruptiva y causar una falla en el sistema.
El nivel de aislamiento también debe seleccionarse en función de la altitud de la instalación. En altitudes más altas, la densidad reducida del aire reduce el voltaje de ruptura del aire, lo que requiere mayores distancias de aislamiento. Los valores de nivel de aislamiento estándar suelen especificarse para instalaciones hasta 1.000 metros sobre el nivel del mar. Para altitudes mayores, se deben ajustar los valores del nivel de aislamiento o se deben proporcionar espacios libres adicionales.
La prueba del nivel de aislamiento es una parte esencial de la fabricación y puesta en servicio de CT. La prueba de resistencia a la frecuencia industrial se realiza en cada CT para verificar la integridad del sistema de aislamiento. La prueba de impulso del rayo se realiza por muestra o en cada unidad para aplicaciones críticas. También se realizan pruebas de descarga parcial para detectar defectos de aislamiento que podrían provocar fallas prematuras. Estas pruebas garantizan que el CT cumpla con su nivel de aislamiento especificado y funcionará de manera confiable durante toda su vida útil.
En resumen, el nivel de aislamiento de un transformador de corriente es una especificación fundamental que determina su idoneidad para un voltaje del sistema y una condición ambiental determinados. La selección adecuada del nivel de aislamiento-basada en el voltaje del sistema, la altitud y los factores ambientales-es esencial para garantizar la seguridad y confiabilidad de la instalación del CT.