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Los transformadores de instrumento, también conocidos como transformadores eléctricos de corriente y transformadores eléctricos de tensión, son componentes fundamentales en el campo de la ingeniería eléctrica y electrónica. Su función principal es permitir la medición segura y precisa de corriente y tensión en sistemas eléctricos de diferentes niveles de voltaje.

En el ámbito de la medición eléctrica, tanto la corriente como la tensión son magnitudes críticas que deben ser monitoreadas con precisión. Sin embargo, en muchos casos, los instrumentos de medición no pueden manejar directamente las altas corrientes y tensiones presentes en sistemas de baja, media o alta tensión. Aquí es donde entran en juego los transformadores de instrumento.

Para la medición de corriente, se utilizan los transformadores de corriente (TC) que transforman la corriente primaria en una corriente secundaria proporcional y adecuada para los medidores eléctricos. Estos TCs permiten realizar mediciones de corriente sin interrumpir el flujo de la corriente en el circuito principal, garantizando así la seguridad del personal y la integridad del sistema.

Por otro lado, para la medición de tensión, los transformadores de potencial (TP) son empleados. Estos transformadores reducen la tensión del sistema a niveles manejables y seguros para los medidores eléctricos, proporcionando mediciones precisas y evitando sobrecargas en los equipos de medición.

La utilización de transformadores de instrumento ofrece diversas ventajas, como el aislamiento galvánico que proporciona una separación eléctrica entre el circuito primario y secundario, aumentando la seguridad y evitando riesgos de descargas eléctricas. Además, su diseño robusto y confiable garantiza mediciones precisas en entornos industriales y comerciales.

En esta introducción, exploraremos más a fondo las aplicaciones de los transformadores de instrumento en sistemas de baja, media y alta tensión, así como las ventajas que ofrecen en la medición de corriente y tensión. Además, abordaremos las últimas tendencias y tecnologías emergentes, como los transformadores ópticos, que prometen impulsar el futuro de estos dispositivos y su contribución al avance de la ingeniería eléctrica.

 Un transformador de instrumento, también conocido como transformador de medida, es un tipo de transformador utilizado en sistemas de corriente alterna (CA) para medir cantidades eléctricas, como voltaje, corriente, potencia, energía, factor de potencia y frecuencia. La función principal del transformador de instrumento es reducir el voltaje y la corriente del sistema de CA, ya que el nivel de voltaje y corriente del sistema de energía es muy alto y es difícil y costoso diseñar instrumentos de medición que puedan medir directamente este nivel de voltaje y corriente. De esta manera, los transformadores de instrumento bajan o reducen proporcionalmente grandes valores de voltaje y corriente para que puedan usarse de manera segura en instrumentos y componentes sensibles, como amperímetros, voltímetros y relés de protección contra sobrecorriente. 

transformadores de corriente para medición (TC o CT) es un tipo de transformador que se utiliza para medir corrientes eléctricas de alta intensidad en un circuito y reducirlas a un nivel seguro y manejable que pueda ser utilizado por instrumentos de medición y equipos de protección. Produce una corriente en el devanado secundario proporcional a la corriente del primario y se utiliza comúnmente para la medición de corriente en sistemas de alta tensión en la industria eléctrica y en aplicaciones de distribución de energía eléctrica. Además, su uso es fundamental en la detección de fallas de corriente y sobrecargas eléctricas, así como en la protección de equipos y sistemas eléctricos contra cortocircuitos y otros tipos de sobrecargas eléctricas. 

¿Qué son las donas eléctricas?

Los transformadores de corriente tipo dona para medicion es un dispositivo utilizado en instalaciones eléctricas para medir la corriente que circula por un conductor. Su diseño se basa en una forma circular o de anillo, que lo hace más fácil de instalar en líneas sin interrumpir la energía. Su función principal es reducir la corriente de alta tensión que circula por la línea a valores manejables para los instrumentos de medición y protección. Los transformadores de corriente tipo dona son muy utilizados en instalaciones eléctricas de todo tipo, tanto públicas como privadas, y son reconocidos por su seguridad y efectividad en ambientes extremos. 

¿Qué es la relación de transformación?

La relación de transformación es un concepto fundamental en el funcionamiento de los transformadores de corriente (TC), también conocidos como transformadores de corriente para instrumentación. Esta relación es una característica clave que define cómo el TC transforma la corriente primaria en una corriente secundaria adecuada para su medición.

En el contexto de los transformadores de corriente utilizados para la medición de corriente eléctrica, la relación de transformación se define como la relación entre la corriente primaria que circula por el conductor del sistema eléctrico y la corriente secundaria que se induce en el devanado secundario del TC.

La relación de transformación se expresa matemáticamente como:

Relación de Transformación = Corriente Secundaria (Isec) / Corriente Primaria (Iprim)

En un TC ideal, la relación de transformación es constante y se establece durante el diseño y fabricación del transformador. Por ejemplo, si la relación de transformación es 100:5, significa que por cada 100 amperios de corriente primaria que circula por el conductor, se obtienen 5 amperios de corriente secundaria en el devanado del TC.

Esta relación de transformación es crucial para asegurar mediciones precisas de corriente eléctrica. Los medidores eléctricos y equipos de instrumentación conectados al devanado secundario están calibrados para interpretar la corriente secundaria de acuerdo con la relación de transformación establecida. De esta manera, se obtienen lecturas precisas y proporcionales a la corriente real que circula por el conductor del sistema eléctrico.

Es importante tener en cuenta que la elección de la relación de transformación adecuada depende de la magnitud de la corriente que se va a medir y de las especificaciones del equipo de medición. Al seleccionar el TC con la relación de transformación adecuada, se garantiza que el equipo de medición puede interpretar correctamente las mediciones y proporcionar información precisa sobre la corriente eléctrica en el sistema.

Un transformador de potencial (TP o PT, por sus siglas en inglés) es un tipo de transformador de instrumento utilizado para reducir el voltaje de un circuito eléctrico de alta tensión a un nivel más bajo que pueda ser medido con seguridad con un instrumento de baja tensión, como un voltímetro o un medidor de vatios. Su función es transformar una señal de alta tensión en una señal de baja tensión proporcional. Estos transformadores se utilizan comúnmente en aplicaciones de medición y protección en sistemas eléctricos de alta tensión. La reducción de tensión que proporciona un transformador de potencial se utiliza para medir el voltaje en circuitos de alta tensión, para proteger equipos y sistemas de sobretensiones y para proporcionar información sobre la calidad de la energía.

Los fundamentos de los Transformadores de Potencial incluyen los siguientes aspectos clave:

1. Transformación de Voltaje: Los TP están diseñados para transformar el alto nivel de tensión presente en el sistema eléctrico primario a un nivel más bajo y manejable en el circuito secundario. Esto permite conectar equipos de medición y dispositivos de protección sin exponerlos a voltajes peligrosos.
2. Relación de Transformación: La relación de transformación en un Transformador de Potencial define la proporción entre la tensión primaria y la tensión secundaria. Por ejemplo, una relación de transformación de 100:1 indicaría que por cada 100 voltios en el circuito primario, se obtienen 1 voltio en el circuito secundario.
3. Medición de Voltaje Precisa: Los TP son esenciales para obtener mediciones precisas de voltaje en sistemas eléctricos de alta tensión. Al transformar el voltaje a niveles seguros y adecuados para la medición, se garantiza una lectura precisa en los dispositivos de medición conectados al circuito secundario.
4. Tensión Nominal: La tensión nominal de un Transformador de Potencial se refiere al nivel de tensión para el cual el transformador está diseñado para operar de manera óptima. Es importante que el TP sea seleccionado según la tensión nominal adecuada del sistema en el que será utilizado.
5. Aislamiento Galvánico: Los TP proporcionan aislamiento galvánico entre el circuito primario y secundario, evitando que las corrientes y tensiones de alto nivel se transmitan al sistema de medición. Esto protege los equipos de medición y garantiza la seguridad de los operadores y técnicos.
6. Aplicaciones en Protección: Los Transformadores de Potencial también se utilizan en aplicaciones de protección de sistemas eléctricos. Estos transformadores permiten a los dispositivos de protección obtener información precisa sobre la tensión en el sistema para tomar decisiones adecuadas en caso de fallas o condiciones anormales.

¿Qué es un Transformador Integrado de Medición (TIM)?

Un transformador integrado de medición (TIM) es un tipo de transformador que se utiliza en la medición de corriente y voltaje en sistemas eléctricos de alta tensión. Este transformador está diseñado para transformar la corriente o el voltaje de un nivel de alta tensión a un nivel de baja tensión adecuado para su medición y registro en dispositivos de medición, como medidores de energía, relés de protección y otros instrumentos. Los TIM suelen estar encapsulados en resina para proteger las partes activas y aislarlas del medio ambiente. Además, los TIM suelen contar con avisos de prueba de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y cumplir con ciertas normas técnicas para garantizar su fiabilidad y precisión en la medición de corriente y voltaje.

¿Qué es un Equipo Compacto de Medición (ECM)?

  Un equipo compacto de medición (ECM) es un dispositivo que concentra los transformadores de corriente y tensión individuales en un solo estanque para llevar a cabo las mediciones de consumo y la medición de las variables eléctricas del lado de media tensión [1]. Este dispositivo es un elemento indispensable en la medición de las variables eléctricas de un sistema de distribución de energía eléctrica, ya que reúne en un solo equipo los transformadores individuales de corriente y de tensión necesarios para realizar las mediciones [2]. Los ECM deben contar con transformadores de corriente y potencial de medida de acuerdo a las normas internacionales, además de ser robustos e invariables para soportar cortocircuitos, sobretensiones transitorias y otros imprevistos que puedan aparecer en el sistema [3]. 

¿Qué tipos de Equipo Combinado de medición (ECM) existen?

 ECM que cumplen con las especificaciones de CFE VE100-13, CFE VE100-29 y CFE 54000-56 vigentes, los cuales están formados por tres transformadores integrados de medición montados sobre estructura metálica con caja para tablilla de pruebas en terminales secundarias para verificación en campo. Existen 2 tipos:

• Medición poste. 
• Medición pedestal. 

¿Qué usos tienen los transformadores de instrumento?

Los TP y TC se utilizan comúnmente en instalaciones de media tensión para reducir la alta tensión a valores más bajos y más seguros con fines de medición, control y protección, así como para proporcionar señales para equipos de instrumentación y medición [1]. Normalmente, los niveles de tensión en las instalaciones de media tensión oscilan entre 2,4 kV y 69 kV [2].

Cabe señalar que los PT y CT utilizados en México deben cumplir con las normas nacionales e internacionales para equipos eléctricos, como la norma NMX-J-352/1-ANCE para PT y la norma NMX-J-351/1-ANCE para TC, entre otros [3]. El tipo específico y las características de los PT y CT utilizados en una instalación en particular pueden depender de factores como los niveles de voltaje y corriente, el tipo de equipo que se monitoreará y la precisión requerida de la medición.