Relación, polaridad y magnetismo
La carga es la impedancia conectada al secundario de un transformador de corriente o de potencial, formada por relés, medidores, cableado y conexiones. Medirla en campo muestra si la carga real se mantiene dentro de lo que el transformador está diseñado para soportar, lo que protege tanto la exactitud de la medición como la confiabilidad de la protección.
La medición de la carga determina la carga que el circuito secundario impone a un transformador de instrumento. En un transformador de corriente, la carga es la impedancia de todo lo que está en el lazo secundario: los conductores hasta los relés y medidores, las bobinas o entradas electrónicas de los dispositivos, los bloques de bornes y las conexiones. En un transformador de potencial, incluido el transformador de potencial con divisor capacitivo, la carga es la que toman los medidores, relés, instrumentos indicadores y cableado conectados al secundario, y suele expresarse como potencia aparente con un factor de potencia determinado. La medición se hace en sitio, sobre el circuito tal como está instalado, porque la carga real depende de la longitud y el calibre efectivos del cableado y de los dispositivos conectados. En los circuitos de corriente se toma en el bloque de bornes donde se cortocircuita el secundario del transformador de corriente, y en los de potencial se mide en el secundario, en el punto donde se alimentan los dispositivos. El resultado se compara con la carga nominal de la placa de características, que es la carga máxima que el transformador está diseñado para soportar manteniéndose dentro de su clase de exactitud.
Un transformador de instrumento solo es exacto y confiable dentro de su carga nominal. Si la carga conectada a un transformador de corriente es demasiado alta, el núcleo debe desarrollar más voltaje secundario para forzar la corriente, y se satura con una corriente de falla menor que la esperada, de modo que el relé recibe una señal distorsionada justo cuando más importa. En un transformador de potencial, el exceso de carga aumenta los errores de relación y de fase, lo que degrada la exactitud de la medición y puede perturbar los relés de impedancia y direccionales. Una carga demasiado baja también puede importar, porque algunas clases de transformador se especifican para operar dentro de una banda. Los problemas de carga surgen de cambios en campo: un relé reemplazado por un modelo con otra entrada, medidores adicionales, cableado alargado o tendido con un calibre menor, o una conexión de alta resistencia. Medir la carga confirma que el circuito instalado concuerda con las suposiciones del diseño y descubre conexiones de alta resistencia que además se manifestarían como calor.
Un transformador de corriente es una fuente de corriente, y el voltaje que debe desarrollar en los bornes del secundario es igual a la corriente secundaria multiplicada por la impedancia total del lazo. Esa impedancia es la carga. El núcleo solo soporta un voltaje limitado antes de saturarse, de modo que una carga mayor significa que la saturación comienza con una corriente menor. En un transformador de potencial la relación es inversa: el transformador es una fuente de voltaje, y la carga toma corriente a través de la impedancia del devanado, lo que produce una caída de voltaje que aparece como error de relación y error de fase. La carga es, por lo tanto, una magnitud física real con una parte resistiva y otra reactiva. Puede medirse haciendo circular una corriente conocida por el lazo y leyendo el voltaje resultante, o leyendo voltaje, corriente y potencia en el lazo en servicio, para luego calcular la impedancia o la potencia aparente. Las normas expresan las cargas nominales en clases designadas, con un factor de potencia determinado, de modo que el valor medido se compara en igualdad de condiciones con la placa de características.
En un circuito de corriente, el transformador se aísla del primario y el circuito se desenergiza conforme a los procedimientos de seguridad del propietario, y el secundario se mantiene cerrado siempre que pueda circular corriente por el primario. Se inyecta una corriente alterna de bajo voltaje y magnitud cómoda en el lazo secundario, en el bloque de bornes de cortocircuito, con el lado del transformador en cortocircuito o desconectado según indique el procedimiento, y se mide la caída de voltaje en el lazo con un voltímetro exacto. De la corriente y del voltaje se calculan la impedancia y la carga equivalente a la corriente normalizada. Algunos analizadores miden la carga directamente e informan la impedancia, el factor de potencia y la potencia aparente. En un circuito de potencial, la carga conectada se mide en el secundario con el circuito alimentado desde una fuente segura, o bien se determinan las cargas individuales de los dispositivos conectados a partir de sus datos publicados y se considera el cableado. Todos los dispositivos que normalmente están conectados permanecen en su lugar durante la medición, y al terminar se retiran las conexiones temporales de prueba y se restituye el bloque de cortocircuito. Se tienen en cuenta el instrumento, su estado de calibración y la resistencia de los conductores de prueba, pues las lecturas de baja impedancia se distorsionan con facilidad por los propios cables.
El registro indica qué circuito y qué transformador se midieron, la fase y el punto en que se tomó la carga. Contiene la carga medida en las unidades que informó el instrumento, junto con el factor de potencia o las partes resistiva y reactiva cuando se obtuvieron, y la carga nominal de la placa con la que se compara. Se anotan el instrumento y su estado de calibración, la fecha y la condición del circuito, además de los dispositivos que estaban conectados en ese momento. Si alguna conexión se encontró floja o algún conductor se corrigió, ese estado se registra, porque explica un cambio entre este resultado y uno anterior.
La comparación central se hace entre la carga medida y la carga nominal marcada en la placa del transformador. La carga conectada debe quedar dentro de la capacidad nominal, de modo que el transformador permanezca en su clase de exactitud y el núcleo conserve un margen adecuado antes de saturarse. Se comparan entre sí las lecturas de las tres fases de un mismo circuito, ya que una fase distinta de las otras dos suele indicar una mala conexión, un dispositivo adicional o una diferencia de cableado. La comparación con resultados anteriores muestra el aumento progresivo por carga añadida o por deterioro de las conexiones. En los circuitos de protección, la cifra de carga alimenta la verificación de saturación que hace el ingeniero de protecciones. Las definiciones de las cargas normalizadas, las clases de exactitud y los límites asociados se encuentran en IEEE C57.13-2016 e IEEE C57.13.1-2017, mientras que ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 exigen la medición de la carga dentro de la secuencia de pruebas de transformadores de instrumento. Consulte sus copias con licencia de las normas para conocer los valores y criterios aplicables.
En la aceptación, la carga se mide en todos los circuitos de corriente y de potencial como parte de la secuencia de transformadores de instrumento y establece la referencia de la instalación. En el mantenimiento se repite cuando se han cambiado dispositivos o cableado, cuando hay dudas sobre la exactitud o el desempeño de la protección y a los intervalos que fije el propietario. Los circuitos de corriente se miden en el bloque de cortocircuito, mientras que los de potencial, incluidos los alimentados por transformadores de potencial con divisor capacitivo, se miden en el secundario y la exactitud depende más de los dispositivos conectados y de la longitud del cableado. Los relés y medidores electrónicos presentan una carga mucho menor que los electromecánicos a los que sustituyen, por lo que los circuitos antiguos pueden tener hoy mucho más margen que antes, mientras que los saturados de dispositivos adicionales pueden tener muy poco. Los transformadores de alta exactitud usados en medición de facturación se examinan con más detalle porque su clase de exactitud está ligada a un intervalo estrecho de carga.
Las clases de equipo y las secciones de norma que exigen esta prueba, y los formularios de UltraDb que la incluyen.
Es la impedancia total conectada al secundario: relés, medidores, conductores y conexiones. Una carga mayor obliga al núcleo a desarrollar más voltaje para impulsar la misma corriente, de modo que el transformador se satura antes durante una falla y pierde exactitud. La carga suele indicarse en ohmios o en voltamperios a una corriente nominal.
Un transformador de potencial es una fuente de voltaje, y la carga conectada toma corriente a través de la impedancia del devanado, lo que produce una caída de voltaje. Esa caída aparece como error de relación y de fase. Demasiada carga degrada la exactitud de la medición y puede perturbar los relés que dependen de un voltaje y un ángulo exactos.
Sí. Cada dispositivo añadido aumenta la carga conectada, y el cableado largo o de poco calibre suma más. Un transformador puede estar dentro de su capacidad al poner en servicio y rebasarla después de varios cambios pequeños, por lo que la carga se vuelve a medir siempre que se modifican dispositivos o cableado.
La carga nominal de la placa es la carga máxima que el transformador está diseñado para soportar dentro de su clase de exactitud. El valor medido, convertido a la misma base y al mismo factor de potencia, debe quedar dentro de esa capacidad. Las normas aplicables definen las cargas normalizadas y la forma de expresarlas.
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