Puente Comparador de Transformadores de Corriente de
alta exactitud
Casais, José Luis INTI Fìsica y Metrología
jcasais@inti.gob.ar
Introducción
Se describe el desarrollo de un nuevo puente de medición para la determinación de errores de relación y de fase, con alta exactitud, en transformadores de medida de corriente.
Objetivo
Poder medir errores con alta exactitud y baja incertidumbre para lograr establecer la escala de corrientes desde 1 A hasta 10000 A mediante la calibración de transformadores patrones de corriente.
Descripción
El puente comparador de transformadores de corriente, cuyo circuito se muestra en la Figura 1, está basado en un comparador de corriente de doble núcleo toroidal, que tiene la particularidad de que el núcleo principal apantalla magnéticamente al núcleo y bobinado de detección [1] (Imagen 1). Éste realiza la medición diferencial de dos corrientes, la de referencia I2N, suministrada por un transformador patrón y la del secundario del transformador a calibrar I2X. El comparador posee 12 arrollamientos similares que pueden conectarse en paralelo serie permitiendo formar NN y NX con relaciones entre 1/1 a 1/11. La señal diferencial Idif de corriente inducida en el bobinado de detección ND es proporcional al error en relación y de fase respectivamente. El diagrama fasorial se muestra en la Figura 2. Se mide en fase y cuadratura mediante un amplificador lockin, lockeado a la corriente de referencia. La señal de tensión de entrada al lockin se obtiene de un resistor calibrado RSENS de 1 kOhm por donde pasa la Idif . Para la determinación de los errores es necesario medir el valor eficaz de la corriente de referencia I2N, para ello se utiliza un transformador de corriente de alta exactitud TIREF, cuya corriente secundaria genera sobre RREF de 30 ohm, una tensión Udif que es medida por una placa adquisidora ADC National Instruments USB6212, para luego ser convertida al valor de corriente por software. La tensión Udif también se utiliza para la sincronización del amplificador lock-in. Puede seleccionarse la corriente secundaria de referencia en 1 ó 5 A.
Imagen 1: núcleo principal del comparador de corriente, en su interior el núcleo y bobinado de detección.
Figura 1: circuito del puente de transformadores de corriente
Idif ND I2X NX I2N NN
I2X
iDIF I
I2N
I
Figura 2: ecuación del modelo dada por el CC y diagrama fasorial de las corrientes secundarias.
Del diagrama fasorial vemos que los errores de relación F y fase δ quedan definidos por:
Fppm I 1x106
I2N
rad I 1x106
I2N I
Donde:
I
U
dif
R sens
ND NN
I
U
dif
Rsens
ND NN
Uα dif y Uβ dif son las componentes en fase y cuadratura respectivamente de la tensión medida por el lock-in con respecto a su señal de sincronismo. El amplificador lock-in utilizado para la medición de Udif es un STANFOR RESEARCH SYSTEMS, modelo SR830 que junto a placa adquisidora ADC NI están conectados por medio de una interface USBGPIB a una computadora en la cual se ejecuta una aplicación desarrollada en entorno LabVIEW que permite la configuración, control del instrumental, adquisición y procesamiento de los datos.
Resultados
El puente fue caracterizado de dos maneras. La primera mediante la inyección de errores de corriente, utilizando un circuito con el uso de un calibrador de potencia Fluke 6100. La segunda, con una medición de autocalibración de error en la relación 5/5 A de un transformador calibrado en el PTB de Alemania, dando los siguientes resultados:
% IN [A]
120 100 50 20
5
Medición INTI
F
d
[ppm] [rad]
1
9
1
9
3
10
5
11
8
13
Medición PTB
F
d
[ppm] [rad]
5
5
6
5
8
6
11
7
17
9
Tabla: autocalibración de un transformador trazable al PTB
Las mediciones fueron realizadas en 48 y 52 Hz y luego promediadas, La incertidumbre de medición con el nuevo puente de INTI fue de 15 ppm y mientras que la calibración del mismo transformador en el PTB fué de 5 ppm, siendo los resultados muy satisfactorios.
Imagen del puente de
transformadores de corriente desarrollado.
Conclusiones
Se ha implementado un nuevo sistema de medición basado en un puente de alterna con comparador de corriente, para la calibración de transformadores de medida de corriente referencia, con resolución de 0,1 µA/A e incertidumbre de medición menor a 10 µA/A. Con este trabajo de desarrollo se ha ganado experiencia y conocimiento para lograr mediciones de errores en patrones de corriente con baja incertidumbre. De eata manera se pudo calibrar y realizar la escala de corriente desde 5/5 hasta 5/10000 A
Bibliografía
[1] W.J.M. Moore, P.N. Miljanic, “The Current Comparator”, IEEE Electrical Measurement Series 4, 1988. [2] Erich Zinn, Reglamentos de Prueba del PTB, Tomo12, Physikalisch Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Alemania 1977.
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