Beneficios del núcleo toroidal nanocristalino en transformadores de instrumentos

Beneficios del núcleo toroidal nanocristalino en transformadores de instrumentos

Un núcleo toroidal nanocristalino es un núcleo magnético en forma de donut-enrollado a partir de una cinta de aleación nanocristalina. Su estructura de grano a escala nanométrica- proporciona una permeabilidad muy alta y una pérdida de núcleo muy baja, que son exactamente las propiedades que los transformadores de instrumentos necesitan para medir la corriente y el voltaje con precisión. Este artículo explica el diseño, las propiedades únicas y los beneficios prácticos para los transformadores de instrumentos, como los transformadores de corriente (CT) y los transformadores de tensión (VT).

Cómo los transformadores de instrumentos utilizan el núcleo

Los transformadores de medida son los elementos de medida de los sistemas de potencia: reproducen la corriente o tensión primaria a un nivel reducido y seguro para contadores, relés y equipos de control. Un transformador de corriente, por ejemplo, utiliza el núcleo magnético para acoplar el conductor primario al devanado secundario. El núcleo debe responder a pequeños cambios en la cantidad medida, mantener la relación y el error de fase dentro de la clase de precisión y resistir la saturación durante fallas. Los núcleos toroidales nanocristalinos satisfacen estas demandas con una sección transversal-más pequeña que los materiales convencionales.

Propiedades magnéticas que impulsan la precisión

Alta permeabilidad inicial: el núcleo responde incluso a fuerzas magnetizantes pequeñas, por lo que la corriente de excitación es pequeña y el error de relación se mantiene bajo.

Baja pérdida del núcleo: se disipa menos energía en el núcleo, por lo que se transfiere más señal medida al lado secundario.

Campos magnéticos estables: el flujo es uniforme en el toroide, lo que proporciona una salida constante en todo el rango de trabajo.

Densidad de flujo de alta saturación: hasta 1,2-1,56 T, aproximadamente tres veces la ferrita, lo que mejora el comportamiento bajo compensación de CC y corriente de falla.

Beneficios prácticos en medición y protección

Clases de precisión

Los CT de medición especificados según IEC 61869-2, como los de clase 0,2S o 0,5S, necesitan una corriente de excitación baja en un amplio rango de corriente. La alta permeabilidad del material nanocristalino hace que sea más fácil cumplir con estas clases con un núcleo compacto.

Comportamiento de CC y sobrecorriente

En dispositivos de corriente residual y aplicaciones sensibles a CC-, el núcleo no debe saturarse bajo polarización de CC. La alta densidad de flujo de saturación del anillo nanocristalino mantiene el comportamiento de medición lineal y la clase de sobrecorriente CC máxima especificada se puede verificar durante las pruebas de tipo.

Tamaño y peso

Debido a que menos vueltas y una sección transversal-más pequeña logran la impedancia de magnetización requerida, el transformador se vuelve más pequeño y liviano, lo que simplifica el montaje de PCB y reduce el costo de material.

Datos básicos típicos

Los núcleos de anillo nanocristalinos para transformadores de instrumentos están disponibles con diámetros interiores de aproximadamente 14 mm a 25 mm, diámetros exteriores de 19 mm a 32 mm y alturas de 6,5 mm a 10 mm. El área de sección transversal-efectiva (Ae) varía de aproximadamente 12 mm2 a 59 mm2 y la longitud de la trayectoria magnética de aproximadamente 52 mm a 79 mm, con la clase máxima de sobrecorriente de CC de 20 A a 120 A dependiendo del tamaño. Las cajas de protección y las dimensiones específicas se acuerdan según plano.

Notas de selección

Haga coincidir el tamaño del orificio con el conductor primario y su aislamiento; para aplicaciones de barras colectoras, deje espacio libre térmico.

Confirme la clase de precisión y la carga requerida por la especificación del medidor o relé.

Verifique la clase máxima de sobrecorriente de CC cuando el CT opera en circuitos con CC o corrientes de falla asimétricas.

Solicite la curva B-H y los datos de pérdidas para comparar el rendimiento del material principal entre proveedores.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se utilizan núcleos toroidales en transformadores de instrumentos?

La trayectoria toroidal cerrada proporciona una alta permeabilidad sin espacio de aire, lo que mantiene baja la corriente magnetizante y la medición precisa.

¿Qué clase de precisión pueden alcanzar los TC nanocristalinos?

Con un diseño adecuado, se pueden alcanzar clases como 0,2S y 0,5S según IEC 61869-2, junto con clases de protección como 5P10.

¿Cómo afecta el sesgo de CC a un núcleo nanocristalino?

Gracias a la alta densidad de flujo de saturación, el núcleo tolera componentes de CC mucho más grandes que la ferrita antes de la saturación, por lo que es adecuado para mediciones sensibles a corriente residual y CC-.

¿Se puede suministrar el núcleo con caja protectora?

Sí, los núcleos normalmente se entregan con una caja protectora y se pueden enrollar o probar como un subconjunto completo de CT.

¿El anillo nanocristalino es adecuado para armónicos de alta-frecuencia?

Sí, la baja pérdida del núcleo y la alta permeabilidad mantienen la respuesta lineal hasta decenas de kilohercios, lo que mejora la precisión en redes con contenido armónico.