¿Por qué se deben especificar los valores principales de los transformadores de corriente y de tensión, así como el valor del rango de potencia superior al pedir transductores de medición de potencia?
Dimensionamiento de transductores de medida de potencia
A diferencia de, diseñar transductores de medición estándar para magnitudes eléctricas o físicas, el dimensionamiento de los transformadores de medición de potencia requiere varias consideraciones adicionales durante la colocación de pedidos que se describen a continuación.
La relación entre la entrada y la salida de un transformador de medida generalmente se puede establecer simplemente asignando los valores respectivos, por ejemplo, un transductor de medida 0…1 A –> 4…20 mA.
En el caso de un transductor de medida de potencia, es necesario especificar el rango de medida de potencia (W, KW, MW o VAr), aunque no es suficiente. Además del valor superior del rango de potencia, también deben especificarse valores nominales para las entradas de corriente y tensión. Si el transductor de medida debe calibrarse a valores primarios (potencia en el lado primario del transformador), también deben conocerse las relaciones de transformación de los transformadores de corriente y voltaje.
Ejemplo:
La potencia activa debe medirse en un sistema eléctrico trifásico con transformadores de corriente de 1500 / 5A y transformadores de tensión de 6000 / 100V. Se conocen los siguientes datos:
Red: sistema trifásico de 3 hilos (el tipo de carga es irrelevante en este caso)
Entrada: 5 A y 100 V
Salida: 4 … 20 mA
Aunque no se especifica la potencia, el transformador de medida de potencia se podría calibrar en el lado secundario con estos datos. Sin embargo, el valor de potencia que resulta cuando se aplican 5 A y 100 V solo corresponde al valor que realmente debería mostrarse en casos excepcionales. ¿Por qué?
La potencia activa se puede calcular utilizando la ecuación de potencia activa (Pa) en sistemas trifásicos con la ayuda de estos datos:
Pa = U x I x 3 –> 100 x 5 x 1.732 = 866 W
Este valor de potencia activa se instala en el lado secundario del transformador en el caso especial donde cos phi = 1, si se aplican 100 V y se consumen 5 A de la carga.
Para determinar la potencia primaria, la potencia secundaria (potencia aguas abajo del transformador, 866 W en nuestro ejemplo) debe multiplicarse por las relaciones del transformador:
Pprim = Psec x R(u) x R(i) = 866 W x 6000/100 x 1500/5 = 15.588 MW
Sin embargo, en la práctica, dimensionar el transductor de medida a este valor final (15.588 MW) conlleva una serie de desventajas:
1) Como resultado de los tres lugares decimales, las escalas en los indicadores y registradores posteriores no se pueden leer fácilmente (¡división de escala!).
2) El rango de medición disponible no se aprovecha completamente porque, en la práctica real, el cos phi es siempre menor que 1, o porque el transformador de corriente en el sistema eléctrico se ha (sobre) dimensionado en anticipación a los requisitos futuros.
Sin embargo, se obtiene un dimensionamiento razonable si, en el caso del ejemplo anterior, se supone que los transformadores de corriente se han dimensionado adecuadamente con referencia a la potencia y si el sistema funciona con un cos phi supuesto menor o igual a 0,9.
En este caso, la potencia primaria máxima se calcula de la siguiente manera:
Pactivo = 15.588 MVA x 0.9 = 14.03 MW
Por las razones mencionadas anteriormente, el límite superior del rango se redondea a un número entero y se establece en 14 MW. (Este valor generalmente lo proporciona el operador basándose en su conocimiento del sistema.) Aún se deben realizar pruebas para asegurar que el transformador de medición de potencia es capaz de adaptarse al límite superior del rango. Existen límites que se pueden determinar mediante el llamado factor de calibración («c»).
El factor de calibración se calcula a partir de los dos valores para Papparent y Pactive, y debe estar dentro de un rango de, por ejemplo, 0,75 a 1,3 (según el tipo de dispositivo, consulte la hoja de datos para obtener más detalles):
Factor de calibración = Pactive / Papparent
Papparent se calcula de la siguiente manera para sistemas trifásicos:
Potencia aparente = U x I x 3
En este ejemplo se aplica lo siguiente: factor de calibración = 14 / 15.588 = 0.898
Por tanto, el factor de calibración no supera los límites especificados. De este modo se concluye el dimensionado del convertidor de medida de potencia.
Prueba / Calibración
¡Es absolutamente esencial tener en cuenta el factor de calibración al probar y recalibrar los transductores de medición de potencia! En el ejemplo incluido anteriormente, sería incorrecto aplicar solo 100 V y 5 A para obtener una señal de salida de 20 mA (que, por cierto, es un error común).
Por el contrario, uno de los valores de entrada (ya sea 100 V o 5 A) primero debe multiplicarse por el factor de calibración y luego aplicarse.
Por ejemplo: 5 A * 0.898 = 4.49 A.
Cuando se aplican 100 V y 4,49 A, el transductor de medida debe generar una señal de 20 mA.
