En esta publicación se explicará que son los transformadores de corriente y como seleccionar el más adecuado para medir los consumos de un edificio. Cabe aclarar que esta entrada se centra en los transformadores empleados para la medición de energía, no en aquellos usados para alterar la tensión de un circuito. Al final de la entrada se adjunta una hoja de cálculo para facilitar la selección de estos dispositivos.
ÍNDICE DE CONTENIDO
- ¿Qué es un transformador de corriente?
- Proceso de cálculo y selección (I)
- Proceso de cálculo y selección (II)
- Solución técnica en varias líneas de B.T. (I)
- Solución técnica en varias líneas de B.T. (II)
- Espacio requerido para los conductores
- Compatibilidad toroidal – vatímetro
- Caso práctico
- Hoja de cálculo
¿QUÉ ES UN TRANSFORMADOR DE CORRIENTE?
En instalaciones de autoconsumo los vatímetros (energy meter) son usados para monitorizar los consumos del edificio donde se ubiquen y registrar los excedentes de la planta. Esto además permite al inversor maestro de la planta llevar a cabo la inyección cero (autoconsumo sin excedentes) si es necesario o controlar otros elementos de la instalación, como baterías y dispositivos de domótica.
Estos equipos suelen situarse en la cabecera del cuadro de baja tensión del consumidor, justo después del interruptor general y antes del punto de conexión de la fotovoltaica, esta configuración se llama medición directa. No obstante, cuando la potencia es muy elevada (> 50 [kWn], ~ 70 [A]), esto no es viable, dado que los vatímetros no soportan tanta corriente.
Cuando esto ocurre es necesario utilizar transformadores de corriente, también llamados toroidales, que midan la intensidad y le transfieran al vatímetro una intensidad reducida que sí que pueda soportar. Es necesario un transformador por fase (tres en sistemas trifásicos, uno en los monofásicos) y cada uno de ellos cuenta con dos cables. Esta configuración se llama medición indirecta.
Estos elementos se designan en función de la intensidad máxima que soportan y su relación de transformación, esta última deberá ser tenida en cuenta durante la puesta en marcha para que el sistema de monitorización puede interpretar correctamente la corriente detectada.
Normalmente los transformadores reducen la intensidad medida a un máximo de 5 [A], es un estándar del sector. Por ejemplo, un toroidal con una relación 200/5 soporta como mucho 200 [A] y cuando los mide transfiere al vatímetro 5 [A], es decir, se reduce la corriente en un 97,5%:
| Intensidad medida del circuito | Intensidad transmitida al vatímetro |
|---|---|
| 0 [A] | 0,00 [A] |
| 50 [A] | 1,25 [A] |
| 100 [A] | 2,50 [A] |
| 200 [A] | 5,00 [A] |
El vatímetro, aparte de recibir las medidas de intensidad de cada fase, también debe medir la tensión (voltaje) de cada una de ellas. Todas las conexiones deben ser coherentes, es decir, la «entrada L1 de voltaje» y la «entrada L1 de intensidad» tienen que estar midiendo la misma fase, lo mismo con los restantes dos pares (ver Figura 2).
PROCESO DE CÁLCULO Y SELECCIÓN (I)
Es muy importante entender que el toroidal debe ser capaz de aguantar la potencia más elevada que pueda transcurrir por la derivación individual del usuario, es decir, el circuito que une su local con el contador de la empresa distribuidora. No debe tomarse de referencia la potencia de la planta de autoconsumo que se vaya a conectar.
La potencia a considerar es la máxima que demanda el edificio a lo largo del año, la cual se puede consultar en las facturas eléctricas (medida del maxímetro) o en las curvas de carga cuarto horarias si se disponen de ellas, que se pueden solicitar a la empresa distribuidora.
A partir de esta potencia se calcula la intensidad y se le aplica un coeficiente de seguridad de 1,25 (25%), se deberá elegir el transformador con la intensidad nominal normalizada inmediatamente superior a esta. Las intensidades normalizadas suelen ser las indicadas a continuación. En la columna de la derecha se listan las potencias máximas recomendadas atendiendo al criterio explicado:
| Relación de transformación | Intensidad máxima recomendada* | Potencia máxima recomendada |
|---|---|---|
| 100/5 [A] | 80 [A] | 55,4 [kW] |
| 125/5 [A] | 100 [A] | 69,3 [kW] |
| 150/5 [A] | 120 [A] | 83,1 [kW] |
| 200/5 [A] | 160 [A] | 110,9 [kW] |
| 250/5 [A] | 200 [A] | 138,6 [kW] |
| 300/5 [A] | 240 [A] | 166,3 [kW] |
| 400/5 [A] | 320 [A] | 221,7 [kW] |
| 500/5 [A] | 400 [A] | 277,1 [kW] |
| 600/5 [A] | 480 [A] | 332,6 [kW] |
| 700/5 [A] | 560 [A] | 388,0 [kW] |
| 800/5 [A] | 640 [A] | 443,4 [kW] |
| 1000/5 [A] | 800 [A] | 554,3 [kW] |
| 1200/5 [A] | 960 [A] | 665,1 [kW] |
| 1500/5 [A] | 1200 [A] | 831,4 [kW] |
| 1600/5 [A] | 1280 [A] | 886,8 [kW] |
| 2000/5 [A] | 1600 [A] | 1108,5 [kW] |
| 2500/5 [A] | 2000 [A] | 1385,6 [kW] |
| 3000/5 [A] | 2400 [A] | 1662,8 [kW] |
PROCESO DE CÁLCULO Y SELECCIÓN (II)
Otra opción puede ser tomar de referencia la intensidad del interruptor general del cliente, sin embargo, esto no es aconsejable. El motivo de ello es que la intensidad máxima normalmente es mucho menor que la nominal del interruptor general, lo cual tiene dos inconvenientes:
- Se incurre en un sobrecoste innecesario para el usuario y la empresa instaladora. Estos elementos no son costosos, pero todo suma y es importante ser estricto para evitar desvíos respecto a lo presupuestado. Además, cuando se lleva a cabo un gran número de instalaciones estas pequeñas desviaciones acaban sumando cantidades importantes.
- Las medidas obtenidas son menos precisas, ya que estas empeoran cuanto más dispar es la intensidad nominal del transformador respecto la de trabajo. En concreto, cuando la intensidad medida es inferior a un ∼ 5% de la nominal del toroidal, el error de medición tiende a dispararse.
Otra posibilidad viable -siempre y cuando se observe que el consumidor no sufre penalizaciones por potencia en la factura de la luz- puede ser tomar de referencia la potencia más alta que tenga contratada el suministro, si bien esto puede provocar que nos quedemos cortos y se queme el toroidal. Por ello es la peor estimación que puede realizarse, si bien no deja de ser una opción aceptable a falta de más datos.
SOLUCIÓN TÉCNICA PARA VARIAS LÍNEAS EN B.T. (I)
En el caso de tener varias líneas en baja tensión (varios trafos), lo cual es habitual en suministros de alta/media tensión (tarifas 6.XTD), será necesario poner tantos juegos (tríos) de toroidales como cuadros de baja haya, cumpliendo las siguientes dos normas de diseño:
- Todos los transformadores de la instalación deberán tener la misma relación de intensidades (mismo calibre), por ello se tomará de referencia el cuadro que tenga más carga a la hora de elegir el modelo a instalar en todos los cuadros.
- Los transformadores se agruparán en paralelo por fases, es decir, los de las fases 1/2/3 del cuadro A deberán conectarse en paralelo respectivamente con los de las fases 1/2/3 del cuadro B y así sucesivamente con todos ellos. Para asociarlos de este modo se requiere de un transformador sumador de corriente.
Cabe aclarar que es viable conectar transformadores de corriente en paralelo sin recurrir a un sumador, pero para ello el calibre del toroidal debe elegirse tomando de referencia la suma de las intensidades de todas las líneas que vayan a medirse en vez de la más alta. Todos los toroidales deben tener el mismo calibre, por lo que esta solución resulta mucho más costosa y da medidas bastante menos precisas, a parte de ser poco estética.
Esto solo no sería así en los casos excepcionales en los que el vatímetro admita una intensidad más elevada que el total que pueda recibir (número de juegos x intensidad del secundario) o en su defecto el medidor disponga de canales independientes para varios toroidales. Cuando se den estas circunstancias el proceso de cálculo es el mismo que si hubiese un sumador.
SOLUCIÓN TÉCNICA PARA VARIAS LÍNEAS EN B.T. (II)
Una alternativa a veces viable es llevar a cabo la medida en media tensión, esto permite usar solo un juego de toroidales que además serán de menor calibre, ya que la tensión es muy elevada (del orden de unos 10.000 – 30.000 [V]) y por lo tanto la intensidad es mucho menor. Es fundamental comprobar que los transformadores elegidos estén preparados para soportar la tensión de los circuitos.
También, dado que los vatímetros no pueden medir voltajes tan elevados, será necesario disponer de transformadores de tensión entre ellos y su conexionado en media tensión (e.g. XXX/110 V). En estos casos al programar el sistema de monitorización hay que tener en cuenta tanto la relación de transformación de los toroidales de corriente como la de los usados para reducir la tensión.
ESPACIO REQUERIDO PARA LOS CONDUCTORES
Normalmente mediante el método expuesto los toroidales elegidos deberían tener suficiente sección útil como para contener los conductores cuyas intensidades van a medir, sin embargo, a veces puede no ser el caso si el consumidor dispone de una instalación eléctrica sobredimensionada.
Cuando esto ocurra se debe medir el diámetro exterior del conductor y elegir un toroidal que tenga suficiente sección para albergarlo, aparte de cumplir el criterio de intensidad explicado. Las dimensiones de los transformadores pueden consultarse en las fichas y catálogos del fabricante.
COMPATIBILIDAD TOROIDAL – VATÍMETRO
Por último, hay que tener en cuenta que no todos los toroidales y vatímetros son compatibles entre sí, por ejemplo, el vatímetro de Huawei modelo DTSU666-H 250A/50mA tiene sus propios transformadores y se venden juntos en una misma caja.
Por ello, es aconsejable consultar al fabricante o distribuidor del vatímetro al respecto antes de comprar los toroidales, si bien es cierto que cada vez las soluciones de este tipo están más estandarizadas y hay menos problemas de compatibilidad.
CASO PRÁCTICO
Se desea saber que toroidales emplear en una industria donde se va a ejecutar una instalación de autoconsumo fotovoltaico conectada en red interior de baja tensión. Aunque solo hay un contador, el usuario dispone de dos transformadores (A & B), los cuales se estima suministran un máximo de 1000 [kW] y 500 [kW]. La tensión de la red interior es de 400 [V] y la del suministro de 15.000 [V].
PASO 1 – Solución calculada para la medida en baja tensión (opción 1).
Para determinar la intensidad de referencia hay que tomar la potencia a medir más elevada en baja tensión, que en este caso es de 1000 [kW]. A continuación se muestran los cálculos llevados a cabo, que arrojan un resultado de 1443,38 [A].
I.[A] = P.[W] / (√3 · V.[V]) = 1000000 / (√3 · 400) = 1443,38 [A]
Por lo tanto, atendiendo a la tabla expuesta anteriormente, se deberán elegir toroidales de 2000/5 [A]. En concreto, serán necesarios un total de 6 transformadores (tres por trafo) más un sumador de intensidades que permita la interconexión entre ambos juegos. Sin sumador habría que considerar la potencia total, es decir, 1500 [kW], obteniendo un resultado de 2165,06 [A], esta solución exigiría de 6 toroidales de 3000/5 [A].
PASO 2 – Solución calculada para la medida en media tensión (opción 2).
En el caso de media tensión hay que repetir los cálculos pero con la tensión del suministro (15.000 [V]) y la potencia total (1500 [kW]), obteniéndose un resultado de 57,74 [A]. Es decir, se requerirán de tres transformadores de intensidad 100/5 [A] y tres de tensión 15000/100 [V] para reducir el voltaje medido.
I.[A] = P.[W] / (√3 · V.[V]) = 1500000 / (√3 · 15000) = 57,74 [A]
HOJA DE CÁLCULO
En el enlace de abajo dejo una hoja de cálculo que permite determinar fácilmente el modelo de transformador necesario. Los parámetros a introducir son la potencia máxima a medir, la tensión del circuito donde se sitúen los transformadores y el coeficiente de seguridad deseado (por defecto 1,25).
Abajo del todo, en «RESULTADOS OBTENIDOS» se indican los datos del transformador recomendado, cabe destacar que esta hoja no funciona para sistemas monofásicos, si bien es raro que en estos usen toroidales para la medida de los consumos, ya que la medición es suele ser directa.
