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Calibración de transformadores de instrumentación y trazabilidad.

Laboratorio de UTE, Uruguay.Gonzalo Aristoy

Dialogue: Transmission & distribution agencies, Grids operators and SIM NMIs26-28 de julio de 2017, México.

Dialogue: Transmission & distribution agencies, Grids operators and SIM NMIs 26-28 de Julio de 2017, México.

1) Introducción a la Calibración de transformadores de instrumentación.

2) Fuentes: Equipos para inyección de alta tensión y alta corriente.

3) PatronesPatrón de corrientePatrón de tensión

4) TrazabilidadCorrienteTensión

1. Introducción

Dialogue: Transmission & distribution agencies, Gridsoperators and SIM NMIs 26-28 de Julio de 2017, México.

Esquemas utilizados en UTE para la calibración de transformadores

Esquema para tensión. Esquema de corriente.

2. Fuentes de alta tensión

Fuentes utilizadas para AT

HIGH VOLTAGE INC, ALT 120/60 Especificaciones:1) Tensión máxima 120 kV2) Alimentación: 230 V (15 A)3) Potencia de salida 7kVA en caso capacitivo (1h ON, 1h OFF), o 4kVA

continuo.4) Tiene una compensación de cargas capacitivas utilizando un gap en

el núcleo, la compensación es aproximadamente: 3 kVAr5) Potencia de salida 3.6 kW en caso resistivo6) Medida de tensión, de corriente y de tiempo.7) Peso del transformador: 73 kg8) Peso del control: 31 kg

• Se utiliza transformadores de celdas modulares (6 kV hasta 36kV)

• En tensiones mayores depende de la potencia en vacío de los transformadores IVT o la capacidad del CVT (capacitivo).

Transformador de corriente

Transformador de tensión inductivo

Comando del equipo elevador

Transformador de tensión patrón.

Elevador de tensión

Estación aérea de 60kV /√3

Estación compuesta por celdas modulares de 36kV /√3

Fuentes utilizadas para ATHAEFELYEspecificaciones:1) Tensión máxima 100 kV

1) Potencias:1) 250mA régimen 15 min on, 60min off2) 174mA régimen continuo

2) Admite 120kV por 1 minuto.3) Alimentación: 380 V4) Potencia de salida 25 kVA5) Gap de compensación 12.5 kVA (inductivo)6) Peso del transformador: 400 kg7) Posibilidad de utilización en cascada8) Es necesario incluir autotransformador de control

Este transformador se utiliza en puestos de medida de 150kV /√3. Es habitual a este nivel de tensión que los transformadores de medida sean capacitivos con valores de 5000pF (12kVA @ 86kV).

Han surgido problemas en transformadores con capacidades superiores a los 10000 pF (rondando los 25kVA).

La solución se estudia caso a caso.

Estación área de 150kV /√3

Transformadores de corriente

Transformadores de tensión CVT

Transformador elevador

Transformador patrón

Estación área de 150kV /√3

Autotransformador Variable 15kVA

Fuente utilizada en el laboratorio

SAMGOR (procedencia China)Especificaciones:1) Tensión máxima 360 kV (400kV)2) Alimentación: 380 V 3) Potencia de salida 200 kVA (0.5 A)

• Modelo simplificado de un transformador de medida capacitivo

• Basado en un transformador real: TRENCH TYPE TEM 161

Capacidad equivalente 4900 pF

Tension Potencia (aprox)

80% (69.3 kV) 7.2 kVA

100% (86.6 kV) 11.3 kVA

120% (103.9 kV) 16.3 kVA

Nota: Es posible encontrar transformadores con capacidades superiores.

Fuentes de alta corriente

Marca desconocida

Especificaciones:1) Corriente máxima aproximada 500 A2) Relación en tensión: 230 V / 10 V3) Potencia de salida aproximadamente 5 kVA4) Peso aproximado: 30 kg

Marca desconocida

Especificaciones:1) Corriente máxima aproximada 1000 A2) Relación en tensión: 230 V / 7 V3) Potencia de salida aproximadamente 7 kVA4) Peso aproximado: 45 kg

Adaptación hecha en LabUTE

Especificaciones:1) Corriente máxima aproximada 200 A2) Relación variable en función de vueltas.3) Potencia de salida aproximadamente 5 kVA4) Peso aproximado: 15 kg

Megger PCITS 2000

Especificaciones:1) Corriente máxima aproximada 2000 A2) Equipo con autotransformador y control

incluido3) Potencia de salida 6 kVA4) Peso aproximado: 61 kg

3. Patrones

Transformador patrón de tensión hasta 18 kV:

1) CONIMED modelo NT 152) Múltiples relaciones:

a) 5 – 6 – 7.5 – 10 – 12 – 15 kV / 100 – 200 V3) Carga máxima 10 VA4) Error máximo declarado por fabricante:

a) Error en modulo 100 ppmb) Error en desfasaje 1.5 min

5) Actualmente calibrado en el INTI

Transformador patrón de tensión hasta 100 kV:

1) CONIMED modelo NT 1502) Única relación:

a) 150 kV/√3 / 100 V /√3 3) Carga máxima 5 VA4) Error máximo declarado por fabricante:

a) Error en modulo 100 ppmb) Error en desfasaje 1.5 min

5) Actualmente calibrado en el INTI

Capacitor patrón de tensión hasta 200 kV:

1) TETTEX SC200 3370 aislado en gas SF62) Máxima tensión: 200 kV3) 100 pF

a) Exactitud declarada por el fabricante: 300ppmb) 20 ppm/ °Cc) 2000 ppm/ °bar

4) Incluye divisor de tensión (capacitor de BT)5) Actualmente calibrado en BT en URUGUAY

Transformador de corriente patrón hasta 1200 A

1) CONIMED 2) Múltiples relaciones, incluidas la relación 5 A / 5 A3) Doble etapa4) Se adiciona la corriente de la 2da etapa de forma electrónica a la

corriente principal5) Fabricante declara 50ppm, pero mediante la utilización de la

electrónica se mejoro dicha exactitud.

4) Trazabilidad

Transformadores de corrienteSTEP UP

Paso 1.

Se auto calibra transformador en 5/5.Como patrón se utiliza la propia corrienteprimaria.

Paso 2.

Se calibra otro transformador en 10 A / 5 A

Notas:1. El puente debe poder admitir comparar

relaciones 1, 2, y 2.5

2. Se debe compensar la carga que ve el transformador debido al cambio de numero de espiras en el comparador.

3. Se asume que el transformador tiene errores similares entre el 60% y 120% de la corriente

Escalera 1:

Auto calibración 5/5

Transformador 1

Transformador 2

StepUp 10/5Calibración 10/5

StepUp 25/5 Calibración 25/5

StepUp 100/5 Calibración 100/5

StepUp 500/5

Calibración 1000/5

Calibración 500/5

StepUp 1000/5

Se calibra hasta el 60%Se asume mismos errores hasta 120%

También se auto calibra

Se calibra hasta el 120%

Escalera 2:

Transformador 1

Transformador 2

Calibración 10/5StepUp 10/5

Calibración 25/5 StepUp 25/5

Calibración 100/5 StepUp 100/5

Calibración 500/5

StepUp 1000/5

StepUp 500/5

Calibración 1000/5

Se calibra hasta el 60%Se asume mismos errores hasta 120%

Detalles:Escalera 1, step 1 Calibracion Escalera 2, step 1

Trafo 1 (5/5) Trafo 2 (10/5) Trafo 2 (10/5) Trafo 1 (10/5) Trafo 1 (10/5) Trafo 2 (5/5)

5 2.5 5 5 2.5 5

10 5 10 10 5 10

20 10 20 20 10 20

60 30 60 60 30 60

100 50 100 100 50 100

120 60 120 120 60 120

100 100

120 Step Up (cuentas) 120

Trafo 2 (10/5) Trafo 1 (10/5)

5 5 5 5

10 10 10 10

20 20 20 20

60 60 60 60

100 100 100 100

120 120 120 120

NOTA 1: En relación 5/5 se defiende la hipótesis de que el error es constante desde el 50% de la corriente hasta el 120%.

NOTA 2: El estado de magnetización del núcleo es el mismo para 5/5 que para los demás rangos, aproximadamente 1200 Amper Vueltas

Transformadores de tensión

Calibración de transformadores de tensión hasta 150kV método CIPM.

Esquema de calibración de transformadores CIPM

Vc+90°

Paso 1: Se mide la relación 𝑘𝑐 mediante el patrón de 15kV Conimed NT15

Paso 2: Siendo 𝑘𝑟 la relación nominal del transformadorbajo ensayo , el valor de 𝑘𝑑𝑛 nominal es: 𝑘𝑑𝑛 = 𝑘𝑟/𝑘𝑐

Paso 3: El error en modulo es el apartamiento del 𝑘𝑑encontrado en el ensayo con respecto al 𝑘𝑑𝑛. Es decir: 휀 =

1/𝑘𝑑−1/𝑘𝑑𝑛

1/𝑘𝑑𝑛=

𝑘𝑟

𝑘𝑐 𝑘𝑑− 1

Paso 3: Se ajusta el divisor hasta encontrar un ángulo de 90 grados enel detector (a la frecuencia de interés)

Conceptos básicos: Esquema de calibración de transformadores

휀 =𝑘𝑟

𝑘𝑐 𝑘𝑑− 1

Si el error es positivo entonces, el factor del divisor inductivo deberá ser menor para compensar la sobre tensión. Si kd baja, entonces el error es positivo. OKSi kd sube, entonces el error es negativo. OK

δ= atan(Vg/Vd)

Vc+90°

El error en angulo es una función directa de la tensión del “galvanómetro” sobre la tensión a la salida del divisor capacitivo.El signo del mismo depende de si en el ajuste se encontro 90° o -90°

Calibración de transformadores de tensión otros métodos en investigación.

1) Método capacitivo con puente de capacidad y tangente delta2) Método STEP UP en tensión

Método capacitivo con puente de capacidad y tangente delta

휀 = 𝑘𝑛Cn2

Cn1− 1

Vs NT15

Transformador V ε (ppm) δ (urad) ε (ppm)

30 / 0.1 kV 17 kV 908.7 -297 914

30 / 0.1 kV 31 kV 764 -81 760

15 / 0.1 kV 15 kV 378 -14.5 399

𝛿𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 = tan𝛿2 − tan𝛿1

Gracias por su atención.

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