Un transformador de corriente (TC) es un transformador de medida que entrega una corriente secundaria pequeña en proporción fija a la corriente de un conductor. Un TC 400/5, por ejemplo, da 5 A en sus bornes secundarios cuando lo atraviesan 400 A, de modo que un contador o un relé de protección puede medir una corriente grande con una entrada pequeña, aislada de la tensión del circuito. El conductor pasa por el núcleo del TC y actúa como primario de una espira; el devanado secundario tiene muchas espiras, y la relación de espiras fija la relación de corrientes. Hay TC en cuadros generales, cuadros secundarios y subestaciones, allí donde una corriente es demasiado grande para pasar directamente por un contador.
Cómo funciona un transformador de corriente
La corriente del conductor primario crea un flujo magnético alterno en el núcleo. El flujo induce una tensión en el devanado secundario y, como el secundario está cerrado a través del contador, circula una corriente secundaria. Esa corriente crea un flujo opuesto. En un TC ideal ambos se anulan exactamente y los amperios-vuelta se equilibran:
Ip × Np = Is × Ns
Con una sola espira primaria (el cable pasa una vez por un TC toroidal), la corriente secundaria es la primaria dividida por el número de espiras secundarias. Un TC 400/5 tiene, por tanto, 80 espiras secundarias. Si el cable pasa dos veces por la ventana, se duplican los amperios-vuelta primarios y el mismo TC se comporta como un 200/5. Es una forma habitual de usar un TC estándar en una carga pequeña, siempre que la ventana tenga sitio para la espira adicional.
Un TC es una fuente de corriente. Impone en el circuito secundario la corriente que exige la relación y desarrolla la tensión justa para ello. Con un secundario de 5 A y una carga total de 4,4 VA, la tensión secundaria a corriente nominal es 4,4 ÷ 5 = 0,88 V. Una carga mayor necesita más tensión, más flujo y más corriente magnetizante, y de ahí vienen los errores.
Errores de relación y de fase
Un TC real necesita parte de los amperios-vuelta primarios para magnetizar su núcleo. Esa corriente magnetizante nunca llega al secundario, así que la corriente secundaria es algo menor de lo que predice la relación y está algo desfasada. Los dos errores son:
| Error | Definición | Efecto en un contador |
|---|---|---|
| Error de relación (de corriente) | (Kn × Is − Ip) ÷ Ip, en porcentaje, siendo Kn la relación nominal | Corriente, potencia y energía se leen por debajo o por encima en ese porcentaje aproximadamente |
| Desfase | El ángulo entre las corrientes primaria y secundaria, en minutos de arco | Errores de potencia y energía que crecen al bajar el factor de potencia |
A corriente baja, la corriente magnetizante pesa más; por eso las clases de precisión admiten errores mayores al 5 % de la corriente nominal que al 100 %. Crece con la carga; por eso un TC cargado por encima de su potencia en VA pierde precisión. Un entrehierro, como el de un TC de núcleo partido, la aumenta todavía más. La guía para elegir transformadores de corriente da los límites de la IEC 61869-2 para cada clase y cada corriente.
Carga y circuito secundario
La carga es todo lo conectado al secundario: la entrada del contador, los conductores y cada borne y bloque de pruebas del circuito. Se expresa en VA a la corriente secundaria nominal (VA = Is² × R para una carga resistiva). El bucle de conductores suele ser la mayor parte. Un TC 400/5 que alimenta un contador con una entrada de 1 VA mediante 10 m de cobre de 2,5 mm² de ida y otros tantos de vuelta tiene un bucle de 20 m de unos 0,138 Ω, que suma 25 × 0,138 = 3,4 VA a 5 A:
El total de 4,4 VA cabe en un TC de 5 VA. Los mismos conductores con un secundario de 1 A solo suman 0,14 VA, porque la pérdida baja con el cuadrado de la corriente; por eso los tendidos largos hasta el contador favorecen los TC de 1 A. Los TC con salida de 333 mV evitan la cuestión: la resistencia de carga está dentro del TC y la entrada del contador es una entrada de tensión de alta impedancia.
La relación como multiplicador: un ejemplo práctico
Un contador conectado a un TC 400/5 lee 3,2 A en su entrada secundaria. La relación Kn es 400 ÷ 5 = 80, así que la corriente primaria es 3,2 × 80 = 256 A. Si el mismo contador está configurado para leer valores secundarios, cada valor de potencia y energía también se multiplica por 80: 1,5 kWh en el registro secundario son 120 kWh en el circuito. La mayoría de los contadores permiten introducir la relación del TC para aplicar ellos mismos el multiplicador. Una relación errónea en el contador es uno de los fallos de puesta en marcha más habituales, porque las lecturas parecen razonables. La guía de contadores con TC explica el multiplicador en los contadores indirectos y cómo comprobarlo con una pinza.
Tipos de transformador de corriente
| Tipo | Construcción | Dónde se usa |
|---|---|---|
| Toroidal o de ventana | Un núcleo cerrado solo con devanado secundario; el cable o la pletina hace de primario | Cuadros generales y secundarios de baja tensión |
| De núcleo partido | Un toroide que se abre para colocarlo alrededor de un conductor en tensión | Medición añadida sin corte de suministro |
| De barra pasante | Un toroide con una pletina integrada como primario | Cuadros montados en taller |
| De primario bobinado | Un primario de varias espiras para corrientes nominales pequeñas | Corrientes nominales pequeñas, de 5 A a 50 A por ejemplo |
| De pasatapas | Un TC toroidal alrededor del pasatapas de un transformador o interruptor | Instalaciones de media y alta tensión |
| Sumador | Suma los secundarios de varios TC en una salida | Un contador para varias salidas |
| De baja potencia (salida en mV) | Un TC toroidal o de núcleo partido con carga interna y salida en tensión, por ejemplo 333 mV | Submedición y monitores con entradas de tensión |
Una bobina de Rogowski también mide la corriente alrededor de un conductor, pero no tiene núcleo de hierro, no se satura y da una tensión proporcional a la velocidad de cambio de la corriente. La IEC 61869-10 la trata como un transformador de corriente pasivo de baja potencia con núcleo de aire, pero se comporta de forma distinta a un TC con núcleo de hierro: su señal tiene que integrarse, en el contador o en un integrador aparte, para obtener la corriente.
TC de medida y TC de protección
| TC de medida | TC de protección | |
|---|---|---|
| Finalidad | Facturación y monitorización precisas con carga normal | Actuación correcta de los relés durante las faltas |
| Rango de precisión | Del 1 % o el 5 % al 120 % de la corriente nominal | Hasta el factor límite de precisión, por ejemplo 10 o 20 veces la corriente nominal |
| Clases típicas (IEC 61869-2) | 0,2S, 0,5S, 0,5, 1 | 5P10, 5P20, 10P10; PX para aplicaciones con punto de codo definido |
| Comportamiento con corriente de falta | Se satura pronto, limitado por el factor de seguridad (FS 5, FS 10), para proteger el contador | Se mantiene lineal para que el relé vea la corriente real |
Un TC de clase 5P10 tiene un error compuesto de como máximo el 5 % hasta 10 veces la corriente nominal con la carga nominal. El punto de codo es el punto de la curva de magnetización en el que un aumento del 10 % de la tensión secundaria exige un aumento del 50 % de la corriente magnetizante: por encima, el núcleo se satura. Use TC de medida para la monitorización energética y deje los TC de protección a los relés de protección.
Seguridad y polaridad de los TC
No abra nunca el circuito secundario de un TC de 1 A o 5 A mientras circula corriente primaria. Sin corriente secundaria que se oponga, todos los amperios-vuelta primarios llevan el núcleo a la saturación, y el secundario produce picos de tensión que pueden llegar a cientos o miles de voltios. Instale una regleta de cortocircuito o un bloque de pruebas para poder cortocircuitar el secundario antes de retirar un contador, y ponga a tierra cada circuito secundario en un solo punto, normalmente S2 o el punto de estrella.
La polaridad importa para la potencia y la energía. El borne primario P1 (K en los TC antiguos) mira hacia la alimentación y el borne secundario S1 (k) va a la entrada de corriente del contador. Un TC montado al revés da una potencia negativa en esa fase, y TC intercambiados entre fases dan un factor de potencia erróneo. La guía de potencia negativa muestra cómo detectar ambos casos en las lecturas.
Los TC en EpiSensor
El monitor eléctrico ZEM se entrega con sus sensores de corriente, TC de núcleo partido hasta 120 A o bobinas de Rogowski hasta 3000 A, ya conectados y calibrados, así que la relación viene ajustada de fábrica y el contador y los sensores se prueban como una sola cadena. La herramienta de selección de transformadores de corriente encuentra el sensor que encaja en un conductor, y la guía de sección y abertura del TC relaciona la sección del cable con la abertura. Si ya hay TC conectados a un contador, lea el contador, por Modbus o por su salida de impulsos.
Preguntas frecuentes
¿Para qué sirve un transformador de corriente?
Reduce una corriente alterna grande a una pequeña que un contador o un relé pueden medir con seguridad, en una relación fija como 400 A a 5 A. También aísla el instrumento de la tensión del conductor primario, de modo que el cableado del contador lleva unos pocos amperios a pocos voltios en lugar de toda la corriente del circuito a la tensión de red.
¿Cómo funciona un transformador de corriente?
La corriente primaria crea un flujo magnético en el núcleo. El flujo induce una corriente en el devanado secundario, que circula por el contador y crea un flujo opuesto. En equilibrio, la corriente primaria por las espiras primarias es igual a la corriente secundaria por las espiras secundarias, así que un TC con una espira primaria y 80 secundarias da 5 A cuando circulan 400 A por el cable.
¿Qué es la relación de un TC?
El cociente entre la corriente primaria nominal y la secundaria nominal, escrito por ejemplo 400/5 o 400:5. También es el multiplicador: un contador que lee 3,2 A en el secundario de un TC 400/5 está midiendo 3,2 × 80 = 256 A en el primario. La potencia y la energía leídas en el lado secundario se multiplican por el mismo factor.
¿Por qué nunca debe abrirse el secundario de un TC?
Con el secundario abierto, ninguna corriente secundaria se opone al flujo primario, así que todos los amperios-vuelta primarios magnetizan el núcleo. El núcleo se satura y el secundario genera picos de tensión que pueden llegar a cientos o miles de voltios. Es un riesgo de electrocución e incendio y puede dañar el TC. Cortocircuite el secundario con una regleta de cortocircuito o un bloque de pruebas antes de desconectar un contador.
¿Qué diferencia hay entre un TC y un TT?
Un transformador de corriente se conecta en serie con la carga y reproduce la corriente; su secundario trabaja casi en cortocircuito. Un transformador de tensión (TT) se conecta en paralelo con la alimentación y reproduce la tensión; su secundario trabaja sobre una impedancia alta y nunca debe cortocircuitarse. Los contadores de baja tensión suelen conectarse directamente a la tensión y solo necesitan TC.
¿Qué diferencia hay entre un TC de medida y uno de protección?
Un TC de medida, de clase 0,2S a 1 por ejemplo, es preciso desde unos pocos por ciento hasta el 120 % de la corriente nominal y se satura poco después para proteger el contador. Un TC de protección, de clase 5P10 o 10P20 por ejemplo, mantiene su error compuesto dentro del 5 % o el 10 % hasta 10 o 20 veces la corriente nominal para que un relé vea la corriente de falta real. Un mismo TC rara vez hace bien las dos cosas.