Transformadores

1. TRANSFORMADORES
El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento
del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa
fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un
circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo
permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético.
Transformador
El transformador es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir
la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia.
La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es,
sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales
presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño,
tamaño, etc.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un
cierto nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la
acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de
material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas
alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre
las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción
electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas
devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o
devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la
entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen
transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado
"terciario", de menor tensión que el secundario.

2. Funcionamiento
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las
variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo
magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo
magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una
fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.
Representación Esquemática de un Transformador
Relación de Transformación
La relación de transformación indica el aumento ó decremento que sufre el valor
de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, por
cada voltio de entrada cuántos voltios hay en la salida del transformador.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado
primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es
directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y
secundario (Ns) .

3. La razón de la transformación (m) del voltaje entre el bobinado primario y el
bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si
el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario
habrá el triple de tensión.
Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario ó tensión de entrada, (Vs) es la
tensión en el devanado secundario ó tensión de salida, (Ip) es la corriente en el
devanado primario ó corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado
secundario ó corriente de salida.
Esta particularidad se utiliza en la red de energía eléctrica para efectuar el
transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, disminuyendo las pérdidas
por el efecto Joule y minimizando el costo de los conductores.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el
del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se
obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo
es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del
primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador
o relación de transformación.
Como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador
ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza
electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el
caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la
del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

4. Tipos de Transformadores
1.- Según sus aplicaciones
a.- Transformador elevador/reductor de voltaje
Son empleados por empresas transportadoras de energía eléctrica en
las subestaciones de la red de transporte, con el fin de disminuir las pérdidas
por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar
la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir
nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.
b.- Transformadores elevadores
Este tipo de transformadores permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión
de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de
transformación de estos transformadores es menor a uno.
c.- Transformadores variables
También llamados "Variacs", toman una línea de voltaje fijo (en la entrada) y
proveen de voltaje de salida variable ajustable, dentro de dos valores.
d.- Transformador de aislamiento
Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera
que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se

5. utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan
directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de
sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí
donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.
e.- Transformador de alimentación
Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones
necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que
corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura
excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que
conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de
modo que hay que sustituir todo el transformador.
f.- Transformador trifásico
Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar
forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta (Δ) y las combinaciones
entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones
1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.
g.- Transformador de pulsos
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida
(baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de
muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V.
h.- Transformador de línea o Flyback
Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores
con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas
de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele
proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer
una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la
característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus
diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.

6. Transformador Flayback Moderno
i.- Transformador diferencial de variación lineal
El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés)
es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos
lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo
alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son
los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto
cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.
Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y
para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y
científicos.
Transformador Diferencial de Variación Lineal (LVDT)

7. j.- Transformador con diodo dividido
Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para
proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo
dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el
bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar
una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va
directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.
k.- Transformador de impedancia
Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de
transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en
los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la
baja de los altavoces.
Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np,
como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -
Es/n²Is = Z/n². Así se consigue transformar una impedancia de valor Z en otra
de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que se hace es elevar la
impedancia en un factor n².
l.- Estabilizador de tensión
Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la
tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de
tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los
equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en
desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su
volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.
m.- Transformador híbrido o bobina híbrida
Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en
los teléfonos, tarjetas de red, etc.

8. n.- Balun
Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no
equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma
intermedia del secundario del transformador.
o.- Transformador electrónico
Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente
eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir
drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más
complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la
variación en la entrada, llamados fuente conmutada.
p.- Transformador de frecuencia variable
Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de
audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en
circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.
q.- Transformadores de medida
Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los
transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés
protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los
transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo
una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.
2.- Según su construcción
a.- Autotransformador
El primario y el secundario del transformador están conectados en serie,
constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un
transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y
viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no
proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

9. b.- Transformador con núcleo toroidal
El bobinado consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de
ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos,
pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión
muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.
Transformador con Núcleo Toroidal
c.- Transformador de grano orientado
El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada
sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro
dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La
chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en
transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.
Transformador de Grano Orientado

10. d.- Transformador de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin
núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el
carrete, para ajustar su inductancia.
e.- Transformador de núcleo envolvente
Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una
concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.
f.- Transformador piezoeléctrico
Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no
están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y
el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un
cristal piezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a
frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar
los fluorescentes del backlight de ordenadores portátiles.
Transformadores de Medida
Son transformadores que transmiten una señal de información a instrumentos de
medición, medidores y dispositivos de protección o control. El término
“transformador de medida” incluye tanto a los transformadores de intensidad
como a los transformadores de tensión. Está destinado a alimentar instrumentos
de medida (indicadores, registradores, integradores) relés o aparatos análogos.
Los aparatos de medida y los relés de protección, utilizados en las instalaciones
eléctricas, no se construyen para soportar altas tensiones ni elevadas corrientes.
Además, estos aparatos deben estar aislados de las altas tensiones para prevenir
accidentes fatales en el personal de servicio. Por estas razones los aparatos de
medición y de protección se conectan a las instalaciones a través de los
transformadores de medida.

11. Tanto las mediciones como las condiciones que provocan el accionamiento de los
dispositivos de protección están referidas a la apreciación de corrientes y, de
tensiones, por lo que los transformadores de medida se dividen en dos tipos o
clases:
a) Transformadores de intensidad o corriente
b) Transformadores de tensión ó voltaje.
Transformador de Intensidad
El transformador de intensidad o corriente está constituido por un primario cuyo
devanado tiene un número de espiras muy reducido y se conecta en serie con la
línea; y un secundario cuyo devanado está constituido por numerosas espiras y
que se conecta al correspondiente circuito de uso ó carga.
Sus funciones principales son:
a.- Medir altas intensidades de corriente con instrumentos de bajo alcance
b.- Separar eléctricamente el circuito a medir, de los instrumentos de medición
A
N2
B
N1
TI
Z

12. La corriente de carga depende del consumo primario y no del secundario; a su
vez, la corriente secundaria es prácticamente independiente de los aparatos que
constituyen la carga secundaria y está en relación constante inversa del número
de espiras, con la corriente que circula por el devanado primario, a la cual tiende a
neutralizar magnéticamente. Si se altera la impedancia del circuito secundario,
varía la tensión entre las bordes de salida del transformador y proporcionalmente
(en relación con el número de espiras), también la caída de tensión entre los
bordes del primario.
Por lo tanto, la relación fundamental de un transformador de intensidad es:
I1
N1
N2
TI
I2
I2 N1 Z
M Const.
I1 N2
Es decir, N1I1 = N2I2
Para lo cual, como se observa en el siguiente diagrama vectorial, la corriente de
vacío I0 tendría que ser nula. Por otra parte, la corriente de vacío depende de la
fuerza electromotriz inducida en los devanados, es decir, de la impedancia del
circuito secundario, cuando se anula esta impedancia (secundario cortocircuitado).
Se anula también la corriente de vacío. Esta condición ideal no se cumple nunca
en la práctica debido, por una parte, a que la impedancia secundaria nunca puede
anularse totalmente, y por otra parte, a que el circuito magnético siempre existen
pérdidas, a pesar de la construcción sin entrehierros ni uniones y a que el material
magnético trabaja a muy bajas inducciones.

13. Diagrama vectorial del transformador de intensidad.
I0
I1
- I2
i
I0
I2
Ángulo de pérdida
i
De esta forma la fuerza magnetomotriz de excitación solo alcanza valores de 1 a
2% de la fuerza magnetomotriz total del primario o secundario.
En un transformador de intensidad, a diferencia de los demás tipos de
transformadores, el secundario ha de estar permanente cortocircuitado. Si se
interrumpe el circuito secundario es como si se suprimiera la fuerza magnetomotriz
secundaria N2I2; en este caso, la fuerza magnetomotriz de excitación se hace igual
a N1I1 ya que la corriente primaria no varía ya que depende de la carga primaria.
Por lo tanto, la fuerza magnetomotriz de excitación crece considerablemente, con
lo que se eleva también peligrosamente la fuerza electromotriz inducida en el
secundario y por consiguiente la tensión entre los bornes de este mismo
secundario. El aumento de inducción provoca un calentamiento inadmisible en el
material que constituye el circuito magnético y el aumento de la tensión entre los
bornes del secundario puede provocar la perforación de los aislamientos y
constituye un grave peligro para el personal de servicio.

14. Las características de funcionamiento del transformador de intensidad son las
siguientes:
1) Corrientes Nominales. Las corrientes nominales primarias están
normalizadas entre 5 amp y 600 amps. La corriente nominal secundaria
puede ser 5 amp (más usual) ó 1 amp.
2) Capacidad de Sobrecarga. Los TI destinados a los sistemas eléctricos
que pueden estar sometidos a eventuales cortocircuitos, han de poder
soportar los efectos debido a excesivas temperaturas y a los esfuerzos
electrodinámicos por sobre intensidades y sobre tensiones de la red.
3) Precisión. En un transformador de intensidad, la precisión está
caracterizada por dos factores: a) por el error de relación de
transformación E1 expresado en tanto por ciento:
M I2
E1 100 1
I1
Donde
M – Relación de transformación.
4) Potencia Nominal. Llamada también potencia de precisión (VA) es la
potencia aparente con que se puede cargar un transformador de
intensidad sin que la precisión sobrepase su valor límite. En el
transformador de intensidad la carga efectiva está constituida por el
consumo de las bobinas amperimétricas de los aparatos conectados
(amperímetros, contadores, etc.) y del consumo de los conductores que
unen estos aparatos con los transformadores de intensidad.

15. Conexiones Individuales (Sistema Trifásico)
Z Z Z
A A A
Definiciones
a) Relación (Ratio). Es la relación de la corriente nominal de servicio del
transformador y su corriente nominal en el secundario, el estándar más usado
es de 5 Amps. en el secundario.
b) Precisión (Accuracy). Es la relación en porciento, de la corrección que se
haría para obtener una lectura verdadera. El ANSI C57.13-1968 designa la
precisión para protecciones con dos letras C y T. "C" significa que el porciento
de error puede ser calculado, y esto se debe a que los devanados están
uniformemente distribuidos, reduciendo el error producido por la dispersión del
flujo en el núcleo.
"T" significa que debe ser determinado por medio de pruebas, ya que los
devanados no están distribuidos uniformemente en el núcleo produciendo
errores apreciables.

16. El número de clasificación indica el voltaje que se tendría en las terminales del
secundario del TC para un burden definido, cuando la corriente del secundario
sea 20 veces la corriente nominal, sin exceder 10% el error de relación.
c) Burden o Potencia Nominal de un Transformador de Corriente. Es la
capacidad de carga que se puede conectar a un transformador, expresada en
VA o en Ohms a un factor de potencia dado. El término "Burden" se utiliza para
diferenciarlo de la carga de potencia del sistema eléctrico. El factor de potencia
referenciado es el del burden y no el de la carga.
d) Polaridad. Las marcas de polaridad designan la dirección relativa instantánea
de la corriente. En el mismo instante de tiempo que la corriente entra a la
terminal de alta tensión con la marca, la corriente secundaria correspondiente
está saliendo por la terminal marcada.
e) Capacidad de Corriente Continua. Es la capacidad de corriente que el TC
puede manejar constantemente sin producir sobrecalentamiento y errores
apreciables. Si la corriente del secundario de un transformador de corriente esta
entre 3 y 4 Amps., cuando la corriente del primario esta a plena carga, se dice
que el transformador esta bien seleccionado. No se recomienda sobre
dimensionar los TC's porque el error es mayor para cargas bajas.
f) Capacidad de Corriente Térmica de Corto Tiempo. Esta es la máxima
capacidad de corriente simétrica RMS que el transformador puede soportar por
1 seg., con el secundario en corto, sin sobrepasar la temperatura especificada
en sus devanados. En la práctica esta se calcula como:
I Térmica (KA) = Potencia de Corto Circuito (MVA)/ (1.73* Tensión
(KV)).
Como la potencia de precisión varía sensiblemente con el cuadrado del número
de Ampere-Vueltas del primario, para un circuito magnético dado, la precisión
de los TC's hechos para resistir grandes valores de corrientes de corto circuito,
disminuye considerablemente
g) Capacidad Mecánica de Tiempo Corto. Esta es la máxima corriente RMS
asimétrica en el primario que el TC puede soportar sin sufrir daños, con el
secundario en corto. Esta capacidad solo se requiere definir en los TC tipo
devanado. En la práctica esta corriente se calcula como:
I Dinámica (KA) = 2.54 * I Térmica

17. Bases Generales para el Diseño y Selección de los Transformadores de
Corriente
La función de los transformadores de corriente es la reducir a valores normales y
no peligrosos, las características de corriente en un sistema eléctrico, con el fin de
permitir el empleo de aparatos de medición normalizados, por consiguiente más
económicos y que pueden manipularse sin peligro.
Un transformador de corriente es un transformador de medición, donde la corriente
secundaria es, dentro de las condiciones normales de operación, prácticamente
proporcional a la corriente primaria, y desfasada de ella un ángulo cercano a cero,
para un sentido apropiado de conexiones.
El primario de dicho transformador está conectado en serie con el circuito que se
desea controlar, en tanto que el secundario está conectado a los circuitos de
corriente de uno o varios aparatos de medición, relevadores o aparatos análogos,
conectados en serie.
Un transformador de corriente puede tener uno o varios devanados secundarios
embobinados sobre uno o varios circuitos magnéticos separados.
Los factores que determinan la selección de los transformadores de corriente son:
1. El tipo de Transformador de Corriente.
2. El tipo de instalación.
3. El tipo de aislamiento.
4. La potencia nominal.
5. La clase de precisión.
6. El tipo de conexión.
7. La Corriente Nominal Primaria.
8. La Corriente Nominal Secundaria.
Tipo de Transformador de Corriente
Existen tres tipos de TC según su construcción:
a) Tipo devanado primario. Este como su nombre lo indica tiene más de una vuelta
en el primario. Los devanados primarios y secundarios están completamente
aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado. Esta
construcción permite mayor precisión para bajas relaciones.

18. b) Tipo Barra. Los devanados primarios y secundarios están completamente
aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado. El devanado
primario, consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un
núcleo.
c) Tipo Boquilla (Ventana o Bushing). El devanado secundario está
completamente aislado y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado.
El conductor primario pasa a través del núcleo y actúa como devanado primario.
Tipo de Instalación
Los aparatos pueden ser construidos para ser usados en instalaciones interiores o
exteriores. Generalmente, por razones de economía, las instalaciones de baja y
media tensión, hasta 25 KV., son diseñadas para servicio interior. Las
instalaciones de tipo exteriores son de tensiones desde 34.5 KV a 400 KV., salvo
en los casos donde, por condiciones particulares se hacen instalaciones interiores
para tensiones hasta 230 KV. Es conveniente examinar además, el tipo de TC que
se pueda instalar, dependiendo de las facilidades de mantenimiento.
Tipo de Aislamiento
Los materiales que se utilizan. Para el aislamiento dependen del voltaje del
sistema al que se va a conectar, la tensión nominal de aislamiento debe ser al
menos igual a la tensión más elevada del sistema en que se utilice. Los tipos de
aislamiento se dividen en tres clases:
a) Material para baja tensión. Generalmente los TC's son construidos con
aislamiento en aire o resina sintética, suponiéndose que lo común son las
instalaciones interiores.
b) Material de media tensión. Los transformadores para instalaciones interiores
(tensión de 3 a 25 KV) son construidos con aislamiento de aceite con
envolvente de porcelana (diseño antiguo), o con resina sintética (diseño
moderno).
Hay que hacer notar que la mayoría de los diseños actuales emplean el material
seco, los aparatos con aislamiento en aceite o masa aislante (compound) se
utilizan muy poco y sólo para instalaciones existentes.

19. Los aparatos para instalaciones exteriores son generalmente construidos con
aislamiento porcelana-aceite, aunque la técnica mas moderna está realizando
ya aislamientos en seco para este tipo de transformadores.
c) Materiales para alta tensión. Los transformadores para alta tensión son aislados
con papel dieléctrico, impregnados con aceite y colocados en una envolvente de
porcelana.
Es importante definir la altitud de la instalación sobre el nivel del mar, ya que las
propiedades dieléctricas de los materiales y del aire disminuyen con la altitud.
Normalmente todos los equipos se diseñan para trabajar hasta 1000 Mts sobre
el nivel del mar, si la altitud es mayor el nivel de aislamiento debe ser mayor.
Potencia Nominal. La potencia nominal que se debe seleccionar para los
transformadores de medición, está en función de la utilización a que se destina el
aparato.
Para escoger la potencia nominal de un transformador de corriente, se hace la
suma de las potencias nominales de todos los aparatos conectados al secundario.
Se debe tener en cuenta por otro lado, la impedancia de las líneas, si las
distancias entre los transformadores y los instrumentos de medición, son
importantes. Se escoge la potencia normal inmediata superior a la suma de las
potencias. Los valores normales de las potencias de precisión y de sus factores de
potencia, según ANSI, están dados en la Tabla 1.

20. Tabla 1
Cargas Normalizadas para Transformadores de Corriente
Según Normas ANSI C.57.13
Corriente Secundaria de 5 Amps.
Designa Resiste Inductanc Impedan Volt- Factor de
ción de ncia ia cia Amperes Potencia
Carga
ohms mHenrys ohms a5
Amps.
Cargas de Medición
B-0.1 0.09 0.116 0.1 2.5 0.9
B-0.2 0.18 0.232 0.2 5.0 0.9
B-0.5 0.45 0.580 0.5 12.5 0.9
B-0.9 0.81 1.04 0.9 22.5 0.9
B-1.8 1.62 208 1.8 45.0 0.9
Cargas de Protección
B-1 0.5 2.3 1.0 25 0.5
B-2 1.0 4.6 2.0 50 0.5
B-4 2.0 9.2 4.0 100 0.5
B-8 4.0 18.4 8.0 200 0.5
Clases de Precisión
Las clases de precisión normales para los transformadores de corriente son: 0.10,
0.02, 0.30, 0.50, 0.60, 1.20, 3.00 y 5.00 de acuerdo con las normas ANSI pero
depende de las normas usadas. En las Tablas 2 y 3 se tienen las diferentes
clases de precisión de los instrumentos normalmente conectados y las potencias
comunes de sus bobinados.

21. Tabla 2
Clase Utilización
0.10 Calibración.
0.20-0.30 Mediciones en Laboratorios,
Alimentación de Integradores para
Sistemas de Potencia.
0.50-0.60 Instrumentos de Medición e
Integradores. Watthorímetros para
Facturación
1.20-3.00 Ampermetros de Tableros.
Ampérmetros de Registradores.
Wattmetros de Tableros.
Watthorímetros Indicadores.
Fasómetros Indicadores.
Fasómetros Registradores
Fercuencímetros de Tableros.
Protecciones Diferenciales.
Relevadores de Impedancia.
Relevadores de Distancia, etc.
5.00 Relevadores de Protección en
general.

22. Tabla 3
Consumos Propios de los Aparatos Alimentados por
Transformadores de Corriente
Aparatos Modelo Consumo Aproximado en VA
para intensidad nominal.
Wattmetros de Tablero A Inducción 1.5-3.0
Electrodinámico 4.0-5.0
Wattmetros Registradores A Inducción 1.5-2.0
Electrodinámico 6.0-8.0
Wattmetros Portátiles Electrodinámico 1.0-4.0
Wattmetros de 1.5-3.0
Laboratorio
Medidores de Desfase 6.0-16
Fasómetros 10-18
Watthorímetros 0.5-1.5
Relevadores De corriente máxima 3.0-10
con atraso
independiente
Especiales de 15-25
corriente máxima con
atraso independiente
De máxima
instantánea 1.0-10
Direccional 1.5-10
Relevadores Diferencial 1.6-10
compensado
3.0-12
Diferencial
0.5-2.0
A mínima
impedancia 6.0-20
De distancia
Reguladores Según Modelo 10-150

23. El tipo de conexión
Hay tres formas en las que normalmente se conectan los secundarios de los
transformadores de corriente, en circuitos trifásicos: 1) en estrella; 2) en delta
abierta o V y 3) en delta.
1) Conexión en estrella: En esta conexión se colocan tres transformadores de
corriente, uno en cada fase, con relevadores de fase en dos o tres de las fases
para detectar fallas de fase. En sistemas aterrizados, un relevador conectado en
el común de los tres TC's detecta cualquier falla a tierra o por el neutro. En
sistemas no aterrizados conectados de la misma forma puede detectar fallas a
tierra múltiples de diferentes alimentadores. Las corrientes en el secundario
están en fase con las del primario.
2) Conexión en delta abierta: Esta conexión es básicamente la misma que la
conexión en delta pero con una pierna faltante, usando solo dos TC's. Con esta
conexión se puede lograr una protección contra falla entre fases, en las tres
fases, pero solo ofrece protección de fallas a tierra para las fases en que se
tiene TC y si el ajuste del relevador esta por debajo de la magnitud de la falla.
En esta conexión las corrientes del secundario están en fase con las del
primario. Ya que, con esta conexión no es posible detectar las fallas de
secuencia cero, rara vez se usa como única protección del circuito.
Frecuentemente se acompaña con un TC de secuencia cero tipo dona. Este TC
de secuencia cero se puede aplicar en sistemas aterrizados o flotados, y como
estos transformadores y sus relevadores asociados no son sensibles a las
corrientes de fase, estos pueden ser de relativa baja capacidad, por lo mismo
pueden ser muy sensibles a fallas a tierra.
3) Conexión en delta: Esta configuración utiliza tres transformadores de corriente,
pero a diferencia de la conexión en estrella, los secundarios de interconectan
antes de conectarlos a los relevadores. Este tipo de conexión se utiliza para la
protección diferencial de transformadores de potencia. La conexión en delta de
los TC's se utiliza en el lado del transformador de potencia conectado en
estrella, y la conexión en estrella de los TC's se usa en el lado del
transformador conectado en delta.

24. La Corriente Nominal Primaria
Se escoge generalmente el valor normalizado superior a la corriente nominal de la
instalación. La corriente nominal se calcula con la siguiente fórmula
In = Potencia Aparente Trifásica / (1.73* Voltaje de Línea)
En ciertos TC's se cuenta con doble o triple relación primaria, ya sea por medio de
conexión serie-paralelo, o por medio de tomas en los bobinados secundarios. En
la Tabla 4 se tiene las relaciones normales de diferentes tipos de TC's.
Tabla 4
Capacidad de Transformadores de Capacidad de Transformadores de Corriente
Corriente de Relación Múltiple Diferentes a los de Relación Múltiple
Tipo Boquilla Tipo Boquilla
Capacidad de Derivaciones en Relación Relación Doble Doble Relación con
Corriente el Secundario Sencilla con Bobinados Derivaciones en el
Serie-Paralelo Secundario
Amps. Amps.
Amps. Amps.
600/5 50/5 X2-X3 10/5 25 X 50/5 25/50/5
100/5 X1-X2 15/5 50 X 100/5 50/100/5
150/5 X1-X3 25/5 100 X 200/5 100/200/5
200/5 X4-X5 40/5 200 X 400/5 200/400/5
250/5 X3-X4 50/5 400 X 800/5 300/600/5
300/5 X2-X4 75/5 600 X 1200/5 400/800/5
400/5 X1-X4 100/5 1000 X 2000/5 600/1200/5
450/5 X3-X5 200/5 2000 X 4000/5 1000/2000/5
500/5 X2-X5 300/5 1500/3000/5
600/5 X1-X5 400/5 2000/4000/5
1200/5 100/5 X2-X3 600/5
200/5 X1-X2 800/5

25. 300/5 X1-X3 1200/5
400/5 X4-X5 1500/5
500/5 X3-X4 2000/5
600/5 X2-X4 3000/5
800/5 X1-X4 4000/5
900/5 X3-X5 5000/5
1000/5 X2-X5 6000/5
1200/5 X1-X5 8000/5
2000/5 300/5 X3-X4 12000/5
400/5 X1-X2
500/5 X4-X5
800/5 X2-X3
1100/5 X2-X4
1200/5 X1-X3
1500/5 X1-X4
1600/5 X2-X5
2000/5 X1-X5
3000/5 1500/5 X2-X3
2000/5 X2-X4
3000/5 X1-X4
4000/5 2000/5 X1-X2
3000/5 X1-X3
4000/5 X1-X4
5000/5 3000/5 X1-X2
4000/5 X1-X3
5000/5 X1-X4

26. La Corriente Nominal Secundaria
El valor normalizado es generalmente 5 Amps.; en ciertos casos, cuando el
alambrado del secundario puede representar una carga importante, se puede
seleccionar el valor de 1 Amp.
Parámetros Principales en la Definición de un Transformador de Corriente
A continuación se presentan los parámetros necesarios para la especificación
completa de un transformador de corriente, una descripción del parámetro y las
posibles opciones de selección.
Descripción Vn BIL ITérmic IDinámi
a ca
Opción Opción
para para Opción Opción
Selecci Selecci para para
ón ón Selecci Selecci
ón ón
Vn Voltaje Nominal de Aislamiento Volts KVolts KAmps. KAmps.
Debe ser cuando menos igual a la 600 10 3 4
tensión más elevada del sistema en
que se utilice.
R Relación de Corriente 1,200 30 6 8
Ver Tabla G.4 2,500 45 10 12
BI Nivel básico de aislamiento al 5,000 60 20 15
L impulso
Este parámetro es un nivel de 8,700 75 25 24
aislamiento de voltaje de referencia
expresado como el voltaje de cresta
de una forma impulso estandarte no
mayor de 1½ x 40 µseg.

27. I Térmica 15,000L 95 50 30
Esta es la máxima capacidad de 15,000H 110 63 60
corriente simétrica RMS que el
transformador puede soportar por 1
seg., con el secundario en corto, sin
sobrepasar la temperatura
especificada en sus devanados. En
la práctica esta se calcula como:
I Térmica (KA) = Potencia de Corto
Circuito (MVA)/ (1.73* Tensión
(KV))
Nota: Como la potencia de precisión
varía sensiblemente con el
cuadrado del número de Ampere-
Vueltas primario, para un circuito
magnético dado, la precisión de los
TC's hechos para resistir grandes
valores de corrientes de corto
circuito, disminuye
considerablemente.
I Dinámica 25,000 150 78 120
Esta es la máxima corriente RMS 34,500 200 90
asimétrica en el primario que el TC
puede soportar sin sufrir daños, con
el secundario en corto. Esta
capacidad solo se requiere definir
en los TC tipo devanado. En la
práctica esta corriente se calcula
como:
I Dinámica (KA) = 2.54 * I
Térmica

28. 46,000 250
69,000 350
92,000 450
115,000 550
138,000 650
161,000 750
196,000 900
230,000 1,050
287,000 1,300
Descripción Opción
para
Selección
Clase de Precisión
Las clases de precisión normales para los
transformadores de corriente son: 0.10, 0.20,
0.30, 0.50, 0.60, 1.20, 3.00 y 5.00 de acuerdo
con las normas ANSI pero depende de las
normas usadas. En las Tablas 2 y 3 se
tienen las diferentes clases de precisión de
los instrumentos normalmente conectados y
las potencias comunes de sus bobinados.
Potencia Nominal

29. Para escoger la potencia nominal de un transformador
de corriente, se hace la suma de las potencias
nominales de todos los aparatos conectados al
secundario. Se debe tener en cuenta por otro lado, la
impedancia de las líneas, si las distancias entre los
transformadores y los instrumentos de medición, son
importantes. Se escoge la potencia normal inmediata
superior a la suma de las potencias. Los valores
normales de las potencias de precisión y de sus
factores de potencia, según ANSI, están dados en la
Tabla 1.
Tipo de Transformador de Corriente Tipo
devanado
primario.
Tipo Barra.
Tipo Boquilla
(Ventana o
Bushing).
Tipo de Aislamiento Resina
Sintética
Aceite con
Envolvente
de Porcelana
Papel
Dieléctrico,
Impregnados
con Aceite y
colocados en
una
Envolvente
de
Porcelana.

30. Transformadores de Corriente para uso Exterior
Transformadores de Corriente para uso Interior

31. Transformador de Tensión
El transformador de tensión se utiliza para rebajar ó disminuir las altas tensiones
de los sistemas eléctricos, con fines de medida ó para alimentar bobinas de voltaje
de roles a tensiones más bajas. La tensión nominal secundaria puede ser de 69,
105, 115, 120V y 208V.
A diferencia de los transformadores de corriente, en la construcción de los
transformadores de tensión (TT) no se presentan las dificultades de sobre tensión
en caso de cortocircuito. Los transformadores de tensión se construyen para
soportar hasta un 20% sobre su valor nominal.
Conexión de un Transformador de Tensión
Uno de los bornes ó terminales del secundario se conecta a tierra para prevenir el
riesgo de contacto accidental entre la alta tensión del primario con la baja tensión
del secundario.
A
B
TT
Z

32. El transformador de tensión debe cumplir con las siguientes condiciones:
1) Proporcionalidad de la tensión del secundario respecto a la tensión del
primario, para todo el campo de medida. Para esto es preciso que las
caídas de tensión por resistencia en el primario y secundario sean
despreciables, lo que a su vez presupone:
a) Que los flujos de dispersión sean muy pequeños.
b) Que la corriente secundaria I2 sea muy pequeña, es decir que la
potencia nominal sea muy inferior a la potencia límite de
calentamiento equivalente a la potencia nominal de un
transformador de potencia.
c) Que la corriente de vacío I0 sea muy pequeña, mediante un
circuito magnético muy bien diseñado.
2) La oposición de los vectores representativos de la tensión primaría U 1, y de
la tensión secundaria U2 lo que solo será posible si la corriente de vacío I0
fuera nula, ya que entonces sería nula también la caída de tensión I0R, en
los conductores, en vacío. Como esto no es posible, en la práctica, entre las
tensiones primaria U1 y secundaria U2, hay siempre un pequeño ángulo de
desfase Δ1 que caracteriza la precisión del transformador de tensión.
La relación de transformación de un transformador de tensión es:
V1 N1
Const K
V2 N2
V1 N 2 V2 N1

33. Contrario al transformador de corriente, en el transformador de tensión, no se
debe cortocircuitar nunca el secundario, ya que, las corrientes de cortocircuito en
ambos devanados serían muy superiores a las corrientes nominales, provocando
el sobrecalentamiento de éstos.
Las características más importantes del transformador de corriente, son:
1. Tensión Nominal: Los valores de las tensiones nominales primaria U1 y
secundaria U2, son los valores que sirven para fijar la precisión del aparato.
2. Capacidad de Sobrecarga: Los transformadores de tensión pueden
sobrecargarse un 10% permanentemente sobre la tensión nominal y un
20% por corto tiempo. Para proteger la red contra cortocircuito se instalan
fusibles en las partes de AT y BT.
3. Tensión Nominal de Aislamiento: Es el valor de la tensión por la cual se
determinan las tensiones de prueba dieléctrica del devanado primario. Los
valores de las tensiones nominales de aislamiento están normalizadas entre
0.5 KV y 765KV.
4. Precisión: En un transformador de tensión la precisión depende
esencialmente de dos factores:
(a) Error de Relación de Transformación expresado en %.
K nV2
ET 100 1
V1
Donde
Kn → Relación de Transformación Nominal
V1n
Kn
V2 n

34. (b) Por el ángulo de pérdidas t con la tensión secundaria reducida al
primario, y así siempre la tensión secundaria U2 está retrasada
respecto de la tensión primaria U1 y, entonces se dice que el desfase
es positivo.
5. Potencia Nominal o Potencia de Precisión (en Volt – Ampere): Es la
potencia aparente que el transformador de tensión puede suministrar en
el circuito secundario bajo su tensión nominal, sin que los errores
sobrepasen valores de referencia.
Representación en un Circuito Trifásico
1. Conexión Trifásica de Transformadores de Tensión sin Neutro.
A
B
C
TT
V V V
2. Conexión Trifásica de Transformadores de Tensión con Neutro.

35. A
B
C
N
TT
V V V
Transformadores de Tensión para uso Interior

36. Aplicaciones Prácticas de los Transformadores
Tanto en materia de electricidad industrial y comercial como en radiotelefonía,
telefonía, televisión y electrónica en general, encuentra el transformador un amplío
campo de utilización. Puede decirse que es en elemento indispensable,
especialmente en todo lo referente a corrientes alternas de baja y alta frecuencia.
Un caso significativo es el de los sistemas de potencia, en los que hace posible
que la generación, transporte y consumo de la energía eléctrica se realicen a las
tensiones más rentables en cada caso. El transporte resulta más económico
cuanto más alta sea la tensión, ya que la corriente y la sección de los conductores
son menores (intensidades pequeñas provocan menores pérdidas por efecto
Joule).