Un sistema de energía opera como una gran orquesta sinfónica, con varios componentes trabajando en armonía para entregar energía. Sin embargo, al igual que una orquesta puede encontrar notas discordantes, los sistemas eléctricos se enfrentan a fallas disruptivas. Cuando ocurren cortocircuitos o fallas a tierra dentro de las redes eléctricas, como ruidos estridentes que interrumpen una actuación musical, pueden interrumpir las operaciones, dañar los equipos y crear riesgos para la seguridad. Para detectar y eliminar rápidamente estas perturbaciones, se desarrollaron sistemas de protección diferencial, con transformadores de corriente de fase dividida como sus componentes críticos.

Los transformadores de corriente de fase dividida son instrumentos especializados que se utilizan principalmente en la protección diferencial de sistemas de energía. A diferencia de los transformadores de corriente convencionales, cuentan con dos devanados o bobinas independientes, cada uno de los cuales recibe señales de corriente de una fase del sistema de energía. Al comparar las corrientes de estos devanados, el sistema puede detectar anomalías, incluidas fallas a tierra, cortocircuitos fase a fase o degradación del rendimiento. Al detectar anomalías, el sistema de protección se activa inmediatamente para aislar el circuito defectuoso, salvaguardando tanto los equipos como el personal.

El transformador de corriente de fase dividida opera según la Ley de Corriente de Kirchhoff. En condiciones normales, las corrientes que fluyen a través de ambos devanados permanecen iguales en magnitud pero opuestas en dirección, lo que resulta en una corriente diferencial cero. Cuando ocurren fallas internas, como fallas a tierra, el equilibrio de corriente entre los devanados se rompe, generando una corriente diferencial medible. El sistema de protección analiza la magnitud y la dirección de esta corriente para determinar el tipo y la ubicación de la falla, y luego emite comandos de disparo para desconectar el circuito afectado.

Específicamente, estos transformadores funcionan en conjunto con relés diferenciales que se activan cuando la corriente diferencial excede los umbrales predefinidos, activando los interruptores automáticos. Para mejorar la sensibilidad y la fiabilidad, a menudo se emplean medidas adicionales, como los relés diferenciales de porcentaje, que tienen en cuenta los errores de relación del transformador y las corrientes de irrupción.

Los transformadores de corriente de fase dividida vienen en dos configuraciones principales:

• Tipo Ventana: Con un diseño circular o rectangular con una abertura central, estos permiten que los cables de alimentación o las barras colectoras pasen directamente a través. Su estructura compacta y sencilla facilita la instalación y el mantenimiento en varios niveles de tensión y capacidades de corriente.
• Tipo Barra: Incorporando una barra conductora como devanado primario, este diseño aumenta la corriente nominal del transformador y la capacidad de soportar cortocircuitos, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta corriente.

Estos transformadores desempeñan funciones críticas en todas las redes de energía, incluyendo:

• Protección de Generadores: Protección contra fallas en los devanados, incluidos cortocircuitos fase a fase, fallas de espira a espira y fallas a tierra
• Protección de Transformadores: Detección de fallas en los devanados y fallas en el tanque
• Protección de Barras Colectoras: Identificación de cortocircuitos y fallas a tierra en las barras colectoras
• Protección de Motores: Prevención de daños por fallas internas en los devanados

El diseño, la fabricación y las pruebas de los transformadores de corriente de fase dividida deben cumplir con las normas internacionales y nacionales para garantizar el rendimiento y la seguridad. Las normas clave incluyen:

• CSA (Asociación Canadiense de Estándares)
• IEC (Comisión Electrotécnica Internacional)
• NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos)
• IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)

Estas especificaciones rigen parámetros críticos, incluyendo tensión/corriente nominal, clase de precisión, corriente de soportar a corto plazo, resistencia de aislamiento y aumento de temperatura, junto con las metodologías de prueba correspondientes.

La elección de los transformadores de corriente de fase dividida adecuados requiere la consideración de múltiples factores:

• Tensiones y corrientes nominales del sistema
• Clase de precisión requerida para los esquemas de protección
• Capacidad de soportar cortocircuitos que coincida con los requisitos del sistema
• Restricciones de instalación y configuración física
• Necesidades ambientales especiales (alta temperatura, humedad, atmósferas explosivas)

Muchos fabricantes emplean tecnología de encapsulación con resina epoxi para estos transformadores, ofreciendo:

• Propiedades de aislamiento superiores que evitan la avería de alta tensión
• Mayor resistencia mecánica que protege los componentes internos
• Resistencia efectiva a la humedad y al polvo que mejora la fiabilidad
• Capacidades ignífugas en formulaciones seleccionadas

La infraestructura de energía envejecida a menudo requiere actualizaciones de los transformadores debido a la degradación del rendimiento o a la evolución de las necesidades de protección. Las consideraciones clave incluyen:

• Compatibilidad con los sistemas de protección existentes con respecto a la relación, la precisión y el cableado
• Fiabilidad y estabilidad operativa
• Rentabilidad al tiempo que se cumplen los requisitos técnicos

A medida que las redes inteligentes y las subestaciones digitales evolucionan, los transformadores de corriente de fase dividida se enfrentan a nuevas oportunidades y desafíos. Las tendencias emergentes incluyen:

• Conversión de señal digital para un procesamiento de datos mejorado
• Funciones inteligentes como autodiagnóstico y calibración adaptativa
• Diseños compactos que utilizan materiales avanzados
• Soluciones de protección integradas que combinan múltiples funciones

Como componentes fundamentales de los sistemas de protección diferencial, los transformadores de corriente de fase dividida desempeñan funciones indispensables para mantener la estabilidad y la seguridad de la red. Los avances tecnológicos seguirán impulsando su evolución hacia soluciones digitales, inteligentes, compactas e integradas, garantizando un funcionamiento fiable del sistema de energía en los años venideros.