Un transformador de corriente (TC) de medida reduce la corriente de un conductor a una señal que puede leer un medidor de energía (en España, contador). Un TC 200/5 entrega 5 A en el secundario cuando circulan 200 A por el primario, y 2,5 A con 100 A. El medidor aplica la relación, 40, para mostrar valores primarios. La guía de contadores con TC explica cómo se conecta y se lee un contador conectado a TC; esta guía trata de cómo elegir el TC.
Elija primero la entrada del medidor. Una entrada de 5 A, una de 333 mV y una para bobina Rogowski requieren sensores distintos; ninguna especificación del TC corrige una incompatibilidad. Después, registre cuatro datos de cada circuito: la corriente mínima que necesita medir, el intervalo habitual de funcionamiento, la corriente máxima y el diámetro exterior final del conductor.
Si primero necesita el principio (amperios-vuelta, errores de relación y de fase, carga y por qué nunca debe abrirse un secundario), lea qué es un transformador de corriente y cómo funciona.
Tipo de salida
Un TC con salida de corriente tiene un secundario de 1 A o 5 A. Lo cubre IEC 61869-2, y su secundario siempre debe estar conectado a una carga de baja impedancia. El secundario de 5 A sigue siendo habitual en cuadros eléctricos. El de 1 A conviene cuando el trayecto hasta el medidor es largo, porque la pérdida en los conductores, a corriente nominal, es 25 veces menor con el mismo cable.
Un TC con salida de tensión incorpora la resistencia de carga en su carcasa y entrega una tensión baja, normalmente 333 mV a corriente nominal. IEC 61869-10 cubre estos sensores pasivos de baja potencia. Son habituales en la submedición porque sus conductores de salida se pueden desconectar bajo carga.
Una bobina Rogowski entrega una pequeña tensión proporcional a la velocidad de cambio de la corriente, expresada en mV por kA a 50 Hz. El medidor o un integrador independiente la convierte en una señal proporcional a la corriente.
Una conexión incompatible puede ser peligrosa. Un TC de 5 A conectado a una entrada de tensión de alta impedancia se aproxima a un secundario abierto y produce una tensión peligrosa. Un TC de 333 mV conectado a una entrada de 5 A encuentra prácticamente un cortocircuito y el medidor marca casi cero.
Tipos de TC
| TC de núcleo cerrado | TC de núcleo partido | Bobina Rogowski | |
|---|---|---|---|
| Salida | 1 A, 5 A o 333 mV | 1 A, 5 A o 333 mV | mV por kA, integrada por el medidor o por un integrador independiente |
| Montaje | El conductor pasa por un anillo cerrado, por lo que hay que desconectarlo | Se abre y se cierra alrededor de un conductor en tensión | La bobina flexible rodea cables grandes y barras colectoras |
| Exactitud a baja corriente | La mejor: sin entrehierro, necesita menos corriente de magnetización | Menor: el entrehierro aumenta los errores de relación y fase | La limita el ruido del integrador y del medidor |
| Puntos de atención | La parada necesaria para instalarlo | Superficies de contacto sucias y un cierre incompleto | Conductor descentrado o bobina inclinada |
| Uso más adecuado | Circuitos que se pueden dejar sin tensión | Circuitos existentes que deben seguir en servicio | Conductores grandes o de alta corriente; no se satura |
TC de núcleo cerrado o tipo dona
Un TC de núcleo cerrado, también llamado toroidal o tipo dona, tiene forma de anillo y el conductor pasa por su interior. Como el núcleo no tiene entrehierro, necesita menos corriente de magnetización que un TC de núcleo partido del mismo tamaño y conserva mejor la exactitud a baja corriente. Para instalarlo hay que desconectar el conductor, lo que obliga a detener la instalación. En una acometida principal, planifique la parada o elija un TC de núcleo partido o una bobina Rogowski.
TC de núcleo partido
Un TC de núcleo partido se abre y se cierra alrededor de un conductor ya instalado. La unión forma un entrehierro, que aumenta la corriente de magnetización y los errores de relación y fase, sobre todo a baja corriente. La suciedad en las superficies de contacto o un cierre incompleto agrandan el entrehierro. Limpie las superficies, cierre por completo el mecanismo y compare la clase declarada y los límites de error a baja corriente con los de un TC de núcleo cerrado. Un TC de núcleo partido evita desconectar el conductor, pero no hace seguro el trabajo dentro de un cuadro con tensión. La nota de instalación de Schneider Electric recoge las precauciones.
Bobinas Rogowski
Una bobina Rogowski no tiene núcleo magnético. No se satura, su salida es lineal en un intervalo amplio y una bobina flexible rodea cables grandes y barras colectoras. A baja corriente, la señal es pequeña y el ruido del integrador y del medidor determina el límite inferior. La posición también influye. Un fabricante especifica su bobina flexible con ±1,0 % entre el 3 % y el 120 % de la corriente nominal, más un error adicional típico de ±0,5 % (máximo de ±1,0 %) si el conductor está descentrado o inclinado (Continental Control Systems). Centre el conductor, mantenga la bobina perpendicular a él y cierre completamente el mecanismo. Compare la bobina, el integrador y el medidor como una sola cadena. Nuestra guía de bobinas Rogowski lo explica con más detalle.
Corriente nominal
La corriente primaria nominal determina la relación. Un TC 200/5 entrega 5 A a 200 A y 2,75 A a 110 A. La calculadora de relación y carga del TC da la corriente secundaria para cualquier relación y carga. Los límites de exactitud se aplican hasta el 120 % de la corriente nominal. Por encima, el error no está especificado salvo que el TC tenga una corriente nominal ampliada. IEC 61869-2 (5.203) establece 120 %, 150 % y 200 % como valores preferentes de corriente térmica nominal permanente. Compare la corriente térmica nominal de corta duración (Ith, durante 1 s) con el nivel de falta en el lugar de instalación.
Dimensionar para la carga, no para el interruptor
La corriente nominal del interruptor no describe la carga. Considere un alimentador protegido por un interruptor de 400 A que conduce entre 80 y 120 A de día, 15 A por la noche y 250 A durante periodos breves:
- Un TC 400/5 de clase 0,5 funciona de día al 20–30 % de su corriente nominal. El límite a 80 A es ±0,75 %. Los picos representan el 62,5 % de la corriente nominal. Por la noche funciona al 3,75 %. La clase 0,5 no tiene límite por debajo del 5 %, así que la exactitud de esas lecturas nocturnas no está especificada.
- Un TC 400/5 de clase 0,5S mantiene ±0,5 % desde el 20 % de la corriente nominal. Al 3,75 %, se encuentra entre el límite de ±1,5 % al 1 % y el de ±0,75 % al 5 %.
- Un TC 150/5 de clase 0,5 funciona de día al 53–80 % y de noche al 10 %. Los picos de 250 A representan el 167 % de la corriente nominal; por tanto, elija uno con corriente nominal ampliada al 200 %.
Tanto el 400/5 de clase 0,5S como el 150/5 con corriente nominal ampliada son opciones válidas en este caso. El 400/5 de clase 0,5 no lo es si importa la carga base nocturna.
Crecimiento futuro de la carga
Si el circuito pasará de 100 A a 180 A, un TC 200/5 evita sustituirlo más adelante. Con los 100 A actuales funciona al 50 % de la corriente nominal, dentro del intervalo de límites más estrictos de todas las clases. El riesgo es una carga base baja: a 10 A funciona al 5 %, donde la clase 0,5 permite ±1,5 % y la clase 0,5S permite ±0,75 %.
Clase de exactitud
Para los TC de medida, IEC 61869-2 (5.6.201.3, tablas 201 y 202) fija los siguientes límites a la frecuencia nominal, con una carga entre el 25 % y el 100 % de la potencia nominal de salida:
| Clase | Error, al % de la corriente nominal | 1 % | 5 % | 20 % | 100 % | 120 % |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,5 | Error de relación | No especificado | ±1,5 % | ±0,75 % | ±0,5 % | ±0,5 % |
| 0,5 | Desfase | No especificado | ±90′ | ±45′ | ±30′ | ±30′ |
| 0,5S | Error de relación | ±1,5 % | ±0,75 % | ±0,5 % | ±0,5 % | ±0,5 % |
| 0,5S | Desfase | ±90′ | ±45′ | ±30′ | ±30′ | ±30′ |
| 0,2S | Error de relación | ±0,75 % | ±0,35 % | ±0,2 % | ±0,2 % | ±0,2 % |
| 0,2S | Desfase | ±30′ | ±15′ | ±10′ | ±10′ | ±10′ |
Las clases S alcanzan los mismos límites a corrientes más bajas. El límite de la clase 0,5S al 1 % equivale al de la clase 0,5 al 5 %, y su límite al 5 % equivale al de la clase 0,5 al 20 %. Esto importa en circuitos que trabajan casi siempre con poca carga, como la iluminación, la climatización nocturna y los alimentadores de reserva.
A bajo factor de potencia, el desfase importa más que el error de relación. El error de potencia activa es aproximadamente el error de fase en radianes multiplicado por tan φ. Un TC de clase 0,5 a corriente nominal puede tener un error de fase de 30′ (0,5°). Con un factor de potencia de 0,5 supone aproximadamente un 1,5 % de error en kW, tres veces su límite de error de relación. Al 5 % de la corriente nominal y con el mismo factor de potencia, los 90′ permitidos suponen alrededor del 4,5 %.
La clase del TC solo cubre el propio TC. El medidor tiene su propia clase, por ejemplo según IEC 62053-22 para medidores de energía activa conectados mediante transformadores. Los errores de ambos se suman. Ninguna de las dos clases, por sí sola, establece la exactitud de la instalación ni su idoneidad para facturación. La guía terminológica de Beckhoff explica los términos empleados en las fichas técnicas.
Los límites de clase solo se aplican a la frecuencia nominal. En la alimentación de un variador de velocidad o inversor, la corriente contiene armónicos, por ejemplo el quinto y el séptimo a 250 Hz y 350 Hz en un sistema de 50 Hz. Si importa la potencia armónica, solicite la respuesta en frecuencia. Mida un variador en su lado de alimentación. Su salida funciona a frecuencia variable y un núcleo de hierro se acerca más a la saturación a baja frecuencia.
Un TC de medida también puede indicar un factor de seguridad de instrumento, FS 5 o FS 10 (5.6.201.6). Con una corriente primaria de FS veces la nominal y la carga nominal, su error compuesto alcanza el 10 %. Por encima, la corriente secundaria deja de aumentar proporcionalmente, lo que protege el medidor durante una falta. Con una carga muy inferior a la nominal, el TC sigue una fracción mayor de la corriente de falta antes de saturarse.
Carga del secundario
La carga del secundario del TC comprende la entrada del medidor, los conductores y todos los bornes y bloques de prueba del circuito. Las fichas técnicas la expresan en VA a la corriente secundaria nominal (VA = I² × Z). IEC 61869-2 establece potencias nominales de salida normalizadas de 2,5, 5, 10, 15 y 30 VA.
Los límites de clase se aplican entre el 25 % y el 100 % de la potencia nominal de salida. Por encima, el núcleo funciona con mayor flujo y aumentan los errores de relación y fase, sobre todo a corriente elevada. Por debajo del 25 %, el TC queda fuera del intervalo ensayado. Un TC de 15 VA que alimenta un medidor electrónico de 0,5 VA mediante conductores cortos está muy por debajo de su mínimo de 3,75 VA. Elija una potencia nominal inferior o un TC con el intervalo de carga ampliado de 5.6.201.4, que mantiene la clase desde 1 VA hasta la potencia nominal de salida (si esta no supera 15 VA).
La carga del bucle de conductores, a corriente secundaria nominal, es I² × R. A 5 A, cada 0,1 Ω de resistencia del bucle añade 2,5 VA. Por ejemplo, un medidor situado a 15 m de un TC 200/5, cableado con cobre de 2,5 mm², tiene un bucle de 30 m y aproximadamente 0,207 Ω a 20 °C. Esto añade 5,2 VA. Con una entrada de medidor de 1 VA, el total es 6,2 VA, superior a la potencia nominal de 5 VA:
Hay tres soluciones. Con conductores secundarios de 4 mm², el bucle tiene 0,129 Ω y la carga total es 4,2 VA. Un TC de 10 VA admite 6,2 VA y sigue teniendo conectados más de 2,5 VA. Un secundario de 1 A con los mismos conductores de 2,5 mm² solo añade 0,21 VA, si el medidor dispone de una entrada de 1 A. Si prolonga un secundario existente, vuelva a calcular la resistencia del bucle del mismo modo. Obtenga la resistencia con la calculadora de resistencia del conductor y compruebe el total con la calculadora de relación y carga del TC.
Dimensiones y polaridad
Mida el diámetro exterior final del cable, incluido el aislamiento, antes de especificar la abertura. La sección nominal del conductor no indica ese diámetro. La guía de dimensiones de conductores explica por qué. Para una barra colectora, compare su anchura y espesor con la ventana rectangular del TC. Compruebe las dimensiones exteriores del TC frente al espacio entre fases y hasta la envolvente.
Si una fase tiene cables en paralelo, pase todos por un TC o coloque un TC en cada cable y sume las lecturas en el medidor. Nunca pase dos fases, ni una fase y el neutro, por el mismo TC. Mediría su suma, una corriente residual, en vez de la carga.
Oriente el lado P1 de cada TC (o su flecha) hacia la alimentación y conecte S1 y S2 a los bornes correspondientes del medidor. Los errores de cableado son habituales durante la puesta en servicio y dejan señales reconocibles:
- Un TC invertido indica potencia negativa en esa fase. Con una carga trifásica equilibrada, el total marca aproximadamente un tercio del valor real.
- Un TC asociado a la fase de tensión equivocada indica un factor de potencia que no corresponde a la carga. Con una carga resistiva, indica un factor de potencia de aproximadamente 0,5 y una potencia de alrededor de la mitad del valor real con signo negativo.
Compare el signo y el factor de potencia de cada fase con la carga, y cada corriente con una lectura de pinza amperimétrica.
Seguridad
Un TC con salida de tensión lleva su resistencia de carga dentro de la carcasa. Por eso, abrir un conductor de salida no produce la alta tensión de un secundario de corriente abierto, siempre que esa resistencia interna esté intacta. Siga las instrucciones de cableado del sensor concreto.
Tensión nominal
El aislamiento del TC debe ser adecuado para la tensión del sistema y su posición en la instalación. IEC 61010-1 sitúa las mediciones en la entrada de servicio, antes del dispositivo principal de protección contra sobrecorriente, en CAT IV; y las de cuadros de distribución e instalaciones fijas, en CAT III (Continental Control Systems). Un TC alrededor de una barra colectora sin aislamiento depende de su propio aislamiento. Compare su tensión nominal de aislamiento con la tensión de la barra.
Lista de comprobación para elegir un TC de medida
- Confirme qué entradas de sensor admite el medidor: 1 A, 5 A, 333 mV o Rogowski.
- Registre la corriente mínima, habitual y máxima de cada circuito.
- Elija la relación y la clase de modo que la corriente mínima que necesita medir quede dentro de un límite especificado, y el pico dentro del 120 % o de la corriente nominal ampliada.
- Compare la corriente térmica de corta duración con el nivel de falta.
- Mida el diámetro final del conductor o las dimensiones de la barra y compruebe la abertura y el espacio en el cuadro.
- Para un TC con salida de corriente, sume en VA la carga del medidor y la del bucle de conductores, y mantenga el total entre el 25 % y el 100 % de la potencia nominal de salida.
- Compruebe la tensión nominal de aislamiento y la categoría de medida correspondientes a la posición del TC.
- Durante la puesta en servicio, compare la polaridad y la fase de cada TC con las lecturas.
TC para monitores EpiSensor
Un monitor eléctrico ZEM se suministra con los sensores de corriente conectados y calibrados junto con el medidor. Su clase 0,5S según IEC 62053-22 cubre, por tanto, el medidor y los sensores conjuntamente; no hay que emparejar en la instalación una relación, una carga o una clase de TC. Se elige la opción de sensor: TC de núcleo partido con abertura de 14 mm para circuitos de hasta 120 A, o bobinas Rogowski de 300 A, 1000 A y 3000 A. El ZEM integra la señal Rogowski por sí mismo, sin integrador independiente.
La herramienta de selección de transformadores de corriente prepara una especificación genérica a partir del intervalo de corriente, las dimensiones del conductor aislado, la holgura de instalación y la entrada del medidor. Permite comparar un sensor candidato con esa especificación. Para este cable de 14 mm, una holgura de 2 mm a cada lado exige una abertura circular de 18 mm:
La sección opcional de correspondencia con productos EpiSensor compara esa especificación con las opciones ZEM o ZDR publicadas. No aprueba el acceso para la instalación, la exactitud a baja corriente ni la conexión de un sensor de terceros. Durante la puesta en servicio siguen siendo necesarias las comprobaciones de polaridad y fase anteriores. Si no sabe qué opción encaja, hable con un ingeniero e indique el perfil de corriente del circuito y las dimensiones del conductor.
Los sensores de corriente inalámbricos y las pinzas amperimétricas de terceros figuran en la sección de transformadores de corriente del Directorio de Dispositivos, con sus lecturas documentadas y su forma de conexión a Edge.
Preguntas frecuentes
¿Qué es un TC de medida?
Un transformador de corriente de medida reduce la corriente de un conductor a una señal pequeña para un medidor de energía: 1 A o 5 A en un TC con salida de corriente, o una tensión baja, como 333 mV, en un TC con salida de tensión. Su clase de exactitud, por ejemplo 0,5S, fija los límites de error de relación y de fase desde baja corriente hasta el 120 % de la corriente nominal.
¿Qué diferencia hay entre un TC de medida y un TC de protección?
Un TC de medida es exacto en el intervalo normal de carga, con una clase de medida de IEC 61869-2 como 0,2S, 0,5S o 0,5. También puede tener un factor de seguridad, FS 5 o FS 10, para saturarse durante un defecto y proteger el medidor. Un TC de protección, con una clase como 5P, 10P o PX, tiene límites más amplios a carga normal, pero mantiene su exactitud hasta muchas veces la corriente nominal para que el relé vea el defecto. No utilice uno en lugar del otro.
¿Cómo se dimensiona un TC para un medidor?
Dimensiónelo para la corriente que circula por el circuito, no para el interruptor. Mantenga los picos dentro del 120 % de la corriente nominal, o de la corriente nominal ampliada, y compruebe que la corriente mínima que necesita medir quede dentro de un límite especificado de la clase: la clase 0,5S tiene límites hasta el 1 % de la corriente nominal; la clase 0,5, solo hasta el 5 %. Después, compruebe la carga y la abertura.
¿Qué significa una relación de TC de 200/5?
El TC entrega 5 A en el secundario cuando circulan 200 A por el primario, una relación de 40. Con 110 A entrega 2,75 A. Configure la misma relación en el medidor; si no, todas las lecturas quedan desviadas en ese factor.
¿Por qué nunca debe quedar abierto el secundario de un TC?
Un TC con salida de corriente impulsa su corriente secundaria a través de lo que tenga conectado. Con el secundario abierto, puede generar una tensión peligrosa mientras circula corriente primaria. Cortocircuite el secundario en el bloque de bornes de cortocircuito antes de desconectar el medidor. Un TC con salida de tensión lleva la resistencia de carga dentro de la carcasa, por lo que un conductor de salida abierto no produce esa tensión.