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La inyección de corriente primaria es usada para conocer la respuesta de un aparato eléctrico de protección ante una determinada magnitud de corriente con objeto de producir un disparo de prueba o para realizar un ensayo de calentamiento de sus polos. Los inyectores de corriente primaria se pueden usar para la medida de impedancias de valores muy bajos, y para ajustar las protecciones de corriente en los relés de disparo de interruptores automáticos de baja, media, y alta tensión. La misión de los inyectores de corriente primaria es generar corrientes débiles o de elevada magnitud, en el rango de pocos miliamperios hasta decenas de miles de amperios, para ajuste y prueba de circuitos y aparatos eléctricos, empleando una tensión muy segura generada por el inyector, inferior a 8 voltios AC (Corriente Alterna).
Actualmente fabricamos dos modelos de inyectores de corriente primaria que cubren un amplio rango con diferentes alcances de intensidad, el modelo E.L.M.-1500 es un inyector de corriente primaría con capacidad para generar desde 0,01 A AC hasta 1500 A AC, y el modelo E.L.M.-12-KA que dispone de capacidad para generar desde 10 A AC hasta 12.000 A AC nominales, con posibilidad de mantener una corriente de pico de 24.000 A AC durante diez segundos, para realizar ensayos de disparo instantáneo de interruptores de gran intensidad, y pruebas de cortocircuito en embarrados de potencia. Los dos modelos de inyectores disponen de una variante trifásica para realizar ensayos en aparatos que requieren control del ángulo de corriente. Cada modelo del aparato se entrega con cables conductores de alta flexibilidad de tres metros de longitud y conectores específicos para realizar las conexiones, en opción podemos suministrar cualquier longitud de cables para conectar los equipos eléctricos que se pretendan ensayar. Los dos modelos de inyectores de corriente pueden ser fabricados para generar CC (Corriente Contínua) a su salida, para realizar pruebas en protecciones y motores de CC.
La prueba de inyección de corriente se realiza en cada polo de potencia del aparato bajo ensayo, y también se puede realizar en dos polos, o tres polos, o en cuatro polos a vez, conexionándolos en serie con la unidad de control. En las variantes con inyección de corriente trifásica se conectan al mismo tiempo a la unidad de control los tres polos de potencia de los aparatos. En comparación con otros métodos de ensayo para probar o medir los polos de potencia de los aparatos eléctricos, los ensayos por inyección de corriente primaria son sencillos de realizar, rápidos, económicos, y seguros porque emplean una tensión muy pequeña para realizar el ensayo, por lo tanto, no se necesita ninguna cualificación para realizar las pruebas.
Los inyectores de corriente primaria se emplean en multitud de aplicaciones donde se requieren corrientes para pruebas y ensayos, sin que dichas corrientes sean proporcionadas por la carga del circuito eléctrico de la propia instalación. Por ejemplo, para probar la protección contra sobrecarga de corriente del motor eléctrico de una electrobomba sumergida en un pozo, primero necesitaríamos poner el motor en sobrecarga, cosa difícil de realizar si la parte hidráulica no puede modificar, la única posibilidad consistiría en arrancar el motor con solo dos de las tres fases, lo cual podría quemar el devanado eléctrico del motor si la protección contra sobrecarga de corriente se encuentra desajustada o no funciona. Con un inyector de corriente primaria podemos generar la corriente necesaria para probar la protección contra sobrecarga de corriente sin necesidad de arrancar el motor de la electrobomba.
La principal aplicación de los inyectores de corriente primaria consiste en verificar el funcionamiento de los interruptores generales para protección magneto térmica, por ejemplo, los interruptores de protección de Baja Tensión de los transformadores. El ensayo se realiza inyectando en los polos del interruptor una rampa de intensidad de corriente en ascenso hasta que se produce el disparo de éste. Las pruebas de ensayo para los interruptores automáticos de protección contra sobrecarga son tres, la primera es la prueba de "largo retardo", realizado a una intensidad de 1,2 X In (Intensidad nominal) del interruptor, para probar la curva de disparo "I*T" (Intensidad Tiempo) de funcionamiento del interruptor frente a sobrecargas de intensidad similares al arranque de motores de gran potencia, la segunda es la prueba de "corto retardo", realizado a una intensidad de 3 X In del interruptor, para probar el funcionamiento de la protección contra las sobrecargas de intensidad bruscas producidas por defectos en la instalación, la tercera es la prueba de "disparo instantáneo" del interruptor, realizado con una intensidad de 6 X In, para ensayar el funcionamiento de la protección contra los defectos de las sobrecargas de intensidad producidas por los cortocircuitos.
Por ejemplo, para un interruptor de protección de BT (Baja Tensión) de un transformador de 1.250 KVA con tensión de salida de 400, se necesita un interruptor general de protección de Baja Tensión de: 1.250.000 VA / (400 V X √³) = 1.804,27 A, el escalón del calibre normalizado que cubre dicha corriente es 2.000 A. Para realizar el ensayo de este interruptor con el fin de garantizar que la protección efectiva del interruptor funciona correctamente necesitaremos hacer un ensayo inyectando una intensidad de corriente AC de 1,2 X In = 2.400 A, para probar la protección de "largo retardo". Del mismo modo, para probar la protección de "corto retardo" del mismo interruptor, hay que realizar un ensayo inyectando a sus polos una intensidad de 3 X In = 6.000 A. Por último, para ensayar la protección contra los defectos producidos por los "cortocircuitos", tenemos que hacer circular por los polos del interruptor una intensidad de 6 X In = 12.000 A. Los tiempos de disparo del interruptor para estas intensidades deben coincidir con los de las curvas de disparo mostradas en las tablas de características I*T del fabricante del interruptor, sin exceder dichos tiempos para cada una de las intensidades. El exceso de tiempo de disparo, o la ausencia de disparo, en uno de los ensayos, deber ser considerado como rechazo del objeto bajo ensayo, en este caso el interruptor que se está probando, que deberá ser sustituido por uno nuevo para garantizar la protección efectiva del transformador.
Cuando se produce un disparo de un interruptor automático causado por un cortocircuito, los polos del interruptor de protección pueden quedar afectados por la elevada corriente de defecto que los atraviesa, reduciendo la calidad de la conexión del aparato, esto provoca que posteriormente los polos del aparato se calienten en exceso durante el funcionamiento normal, lo cual puede producir el disparo del interruptor, que no es causado por la corriente térmica ajustada, sino por defecto del interruptor. Del mismo modo que para los contactores, podemos calcular la impedancia de paso de los interruptores automáticos tras una apertura después de ser atravesados los polos de éste por la corriente de un cortocircuito. La medida se realiza cerrando el interruptor sin potencia y mididiendo la tensión en bornes cuando éstos son atravesados por la corriente generada mediante el inyector de corriente primaria, y realizando el cálculo según la ley de Ohm (Z = V / I), el resultado se debe comparar con los datos mostrados en las hojas de características del fabricante, una desviación superior al 20 % significa que los polos del interruptor disiparan una magnitud de energía eléctrica inadmisible por el interruptor.
Se da por hecho que los interruptores generales de gran intensidad siempre se encuentran en buen estado porque núnca o casi núnca disparan, sin embargo, esta premisa será cierta si se realizan ensayos para verificar el correcto funcionamiento de los interruptores, sobre todo a los interruptores antiguos o con muchas horas de funcionamiento. Del mismo modo, a los interruptores que han soportado cortocircuitos de elevada magnitud, como quemados de motores de gran potencia, o cortocircuitos en embarrados, se les debe realizar un ensayo tras producirse el cortocircuito, con objeto de verificar el correcto estado de resistencia de paso de sus polos. Todos los defectos de sobrecargas y cortocircuitos soportados por los interruptores generales, producen "alteraciones" en la superficie de los contactos de potencia del interruptor que son "acumulativas". Si los mismos interruptores continúan suministrando intensidades elevadas, la instalación podría estar en riesgo sin que se sepa, o incluso puede originarse un siniestro.
En la imagen siguiente podemos ver un ejemplo de las consecuencias producidas por el defecto de conexión de la protección general de Alta Tensión Schneider, causado por resistencia elevada de conexión en los polos del interruptor. Estos aparatos funcionaban como protección de un CT (Centro de Transformación) donde se encontraban instalados tres transformadores de 1.000 KVA de poterncia, que quedaron destruidos por el fuego.
Vista de las consecuencias de un defecto de conexión en los polos de un Interruptor magnetotérmico de Protección General de Baja Tensión Siemens de 3.200 A que protegía a un transformador de 2.000 KVA.
Imagen correspondiente a un siniestro producido por defecto de conexión causado por la resistencia elevada de paso en los polos de un interruptor automático de Protección General de Baja Tensión ABB de 2.500 A, que protegía a un transformadores de 1.250 KVA de potencia, el cual también quedo destruido por el fuego.
Los inyectores de corriente primaria también pueden ser utilizados como medidores de impedancia de los contactos de potencia en los aparatos eléctricos como contactores, interruptores, automáticos, relés, filtros, etc. haciendo pasar una determinada corriente por sus polos y midiendo la tensión entre sus bornes. Los fabricantes de aparamenta eléctrica muestran en sus hojas de características la impedancia en ohmios que ofrecen los polos del aparato al paso de la corriente nominal, por ejemplo, un contactor de 400 A del fabricante Schneider Electric muestra en sus hojas de características una impedancia de 0,26 mOmios a 20 ºC cuando sus polos son atravesados por una corriente ith de 500 A AC a 50 Hz. Si desconectamos la potencia de los polos y cerramos el contactor accionando su bobina, y hacemos circular una corriente de 500 A AC por sus polos mediante el inyector de corriente primaria, podemos medir a continuación la tensión entre sus bornes y realizar el cálculo de la impedancia según la ley de ohm Z=V / I, para obtener la impedancia real de los polos. Con esta medida podemos averiguar el estado de la calidad o desgaste de los polos del contactor, interruptor, relé, etc., para conocer si el aparato eléctrico ensayado puede continuar operando o hay que sustituirlo.
En ocasiones nos encontramos con la necesidad de conocer el valor exacto en Henrios de una inductancia, por ejemplo, para calcular un filtro o para conocer si el que tememos funciona adecuadamente, dicho valor de inductancia solo es posible obtenerlo si el medidor tiene capacidad para hacer circular por la inductancia, su intensidad nominal. Por ejemplo, si tenemos una inductancia trifásica para una corriente de 180 A para conectarla en serie con un condensador como medio para desintonizar el condensador y evitar la resonancia con armónicos, deberemos hacer circular por las bobinas de dicha inductancia una corriente de 180 A, de lo contrario el valor de Henrios medidos con aparatos convencionales no será real. El valor "real" de inductancia en Henrios de las inductancias industriales no puede ser medido con exactitud por ningún aparato de medida (Inductametro), pues éstos solo suministran algunos mili amperes, incluso utilizando sus complementos de polarización apenas logran suministrar algunos amperios en el mejor de los casos. Para solucionar este problema y medir con precisión inductancias de elevada corriente nominal se debe emplear un inyector de corriente primaria con capacidad de suministro de corriente para hacer circular por las bobinas de la inductancia su corriente nominal de diseño, y mediante un voltímetro medir la tensión presente en bornes de la inductancia cuando circula la corriente nominal. Una vez conocidos los valores de corriente y tensión en bornes procedemos a calcular los Henrios de la inductancia mediante simples ecuaciones del siguiente modo: primero calculamos la inductancia de cada fase del inductor, el valor es expresado en (Henrios) = V/(2*PI*F*I), una vez obtenido el valor de H (Henrios) podemos contrastar la exactitud del valor obtenido con esta otra ecuación, H (en Henrios) = XL/ω = (2*PI*F*L)/(2*PI*F). De este modo disponiendo de un inyector de corriente primaria podemos conocer el valor de inductancia exacto de los inductores de gran potencia.
Ejemplo práctico, disponemos de un condensador trifásico de 50 KVAR que tiene una capacidad de 487 μF, en la placa de características del condensador marca 66,07 A, más un inductor trifásico de 80 A nominales como filtro de armónicos sintonizado para que produzca resonancia a 189 Hz. Para conocer la frecuencia real de resonancia del circuito LC serie formado por el condensador y la inductancia, hacemos pasar por una de las tres bobinas 66 A mediante el inyector de corriente primaria, con el voltímetro medimos una caída de tensión en bornes de la bobina de 15.91 V, el valor exacto de inductancia de la bobina será: V/2*PI*F*I = 25 V/2*3.141592*50 Hz*66 A = 0,0007673 H, o lo que es lo mismo 767,3 μH. Hemos de precisar que el valor de la inductancia real que será puesta en serie con el condensador trifásico, corresponde a la suma de dos, de las tres bobinas que tiene el inductor, pues para cada fase del condensador se tiene dos bornes que son alimentados por dos, de las tres fases de red, por lo tanto la corriente también atraviesa dos de las tres bobinas del inductor trifásico. para el caso del ejemplo anterior se tiene una inductancia serie de 2*767,3 = 1.534,6 μH, si conectamos el inductor trifásico en serie con el condensador, la frecuencia de resonancia será F(0) = 1/2*PI*V(LC) = 184,1 Hz, siendo el valor de resonancia real muy cercano al valor teórico de los 189 Hz requeridos. La forma más aproximada de medir la inductancia de inductores trifásicos consiste en pasar la corriente nominal por dos de las tras bobinas que dispone la inductancia, ya que las tres bobinas no suelen tener el mismo valor debido a las diferencias físicas constructiva y a la posición de la bobina central que suele tener alguna diferencia de inductancia con respecto a las de los extremos. Hemos de precisar que, si un inductor no es atravesado por la corriente nominal de diseño, su inductancia no será la misma, esto se debe a que la inductancia de las bobinas cambia con la frecuencia, la intensidad, y otros factores de menor peso como la temperatura y la tensión.
Estas son solo algunas de las aplicaciones de un inyector de corriente primaria, para nuestras necesidades existen multitud de aplicaciones en las que necesitaremos hacer circular por los dispositivos eléctricos una corriente elevada, sin que ésta sea proporcionada por la red eléctrica, principalmente porque el voltaje suministrado por nuestros inyectores de corriente es muy pequeño, generalmente menor a 8 voltios AC, este es un voltaje seguro para realizar pruebas sin ningún riesgo para el operador.
Otras aplicaciones
Análisis de circuitos de puesta a tierra, para verificar la calidad de las conexiones de embarrados del conductor de puesta a tierra, interconexión de cableados a las tomas de tierra, etc.
Ensayo de calentamiento de materiales y aparamenta eléctrica al paso de corrientes nominales, o sobre corrientes.
Prueba de seccionadores, interruptores, interruptores automáticos, relés térmicos, medida de la calidad de los contactos de potencia en contactores.
Medida de resistencias ultra bajas en el rango de nano ohmios.
Medidas de relaciones de transformación en transformadores de intensidad.
Ensayos de sobre corriente en relés de protección.
Puesta a punto de sistemas de control de carga por intensidad.