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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.
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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
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1. Introducción
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Esquemas utilizados en UTE para la calibración de transformadores
Esquema para tensión. Esquema de corriente.
2. Fuentes de alta tensión
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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
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Fuentes utilizadas para AT
• 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).
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Transformador de corriente
Transformador de tensión inductivo
Comando del equipo elevador
Transformador de tensión patrón.
Elevador de tensión
Estación aérea de 60kV /√3
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Estación compuesta por celdas modulares de 36kV /√3
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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
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Fuentes utilizadas para AT
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.
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Estación área de 150kV /√3
Transformadores de corriente
Transformadores de tensión CVT
Transformador elevador
Transformador patrón
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Estación área de 150kV /√3
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Autotransformador Variable 15kVA
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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)
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• 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.
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Fuentes de alta corriente
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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
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Fuentes de alta corriente
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
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Fuentes de alta corriente
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
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Fuentes de alta corriente
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
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3. Patrones
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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
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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
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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
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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.
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4) Trazabilidad
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Transformadores de corrienteSTEP UP
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Paso 1.
Se auto calibra transformador en 5/5.Como patrón se utiliza la propia corrienteprimaria.
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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
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Escalera 1:
Auto calibración 5/5
Transformador 1
Auto calibración 5/5
Transformador 2
StepUp 10/5Calibración 10/5
StepUp 25/5 Calibración 25/5
StepUp 50/5Calibración 50/5
StepUp 100/5 Calibración 100/5
StepUp 250/5Calibración 250/5
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%
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Escalera 2:
Auto calibración 5/5
Transformador 1
Auto calibración 5/5
Transformador 2
Calibración 10/5StepUp 10/5
Calibración 25/5 StepUp 25/5
Calibración 50/5StepUp 50/5
Calibración 100/5 StepUp 100/5
Calibración 250/5StepUp 250/5
Calibración 500/5
StepUp 1000/5
StepUp 500/5
Calibración 1000/5
Se calibra hasta el 60%Se asume mismos errores hasta 120%
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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
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Transformadores de tensión
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Calibración de transformadores de tensión hasta 150kV método CIPM.
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Esquema de calibración de transformadores CIPM
VdVc
-90°
δ
Vd
Vc+90°
δ
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)
VgVg
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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)
VdVc
-90°
δ
Vd
Vc+90°
δ
VgVg
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°
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Calibración de transformadores de tensión otros métodos en investigación.
1) Método capacitivo con puente de capacidad y tangente delta2) Método STEP UP en tensión
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Método capacitivo con puente de capacidad y tangente delta
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Método capacitivo con puente de capacidad y tangente delta
휀 = 𝑘𝑛Cn2
Cx2
Cx1
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
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Gracias por su atención.
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