Artículos Técnicos, Información General, Instrumentos de Medición

Medidor de energía activa electromecanico

El medidor de energía electromecánico es un dispositivo que mide el consumo de energía eléctrica en un tiempo determinado en un circuito o instalación eléctrica. Existen medidores electromecánicos y electrónicos.

Los medidores electromecánicos, los cuales vamos a tratar en esta nota, utilizan bobinados de corriente y de tensión para crear corrientes parásitas en un disco que, bajo la influencia de los campos magnéticos produce un giro que mueve las agujas de los relojes que muestran el consumo acumulado. Los medidores electrónicos utilizan convertidores analógicos-digitales para hacer la conversión.

Está constituido por un núcleo de chapa magnética en el que van montados dos bobinas, una en serie con el conductor por el que circula la corriente principal, y que se denomina bobina de intensidad ( ó corriente), y otra bobina en paralelo sobre los dos conductores, denominada bobina de tensión.

Los flujos magnéticos producidos por ambas bobinas están desfasadas 90º y actúan sobre un disco rotórico de aluminio. Estos flujos producen pares de giros, que a su vez provocan un movimiento de rotación del disco de aluminio a una velocidad angular proporcional a la potencia. El disco de aluminio es, además, frenado por un imán (freno de corrientes parásitas) de tal forma que la velocidad angular del disco sea proporcional a la carga. El aparato está completado por un registrador, que mediante un sistema de transmisión indica los kilovatios-hora consumidos.

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En la figura se ven las partes de un medidor de energía del tipo electromecánico:

1.Bobina de tensión
2.Bobina de intensidad
3.Imán de frenado
4.Tornillo de regulación gruesa
5.Abrazadera
6.Bloqueo marcha inversa
7.Angulo marcha inversa
8.Tornillo para Regulación fina

Características Principales

En la placa de características de un medidor de energía se indica:

Corriente Nominal (In): corriente para la cual el medidor es diseñado y que sirve de referencia para la realización de ensayos y verificaciones. También se la conoce como corriente básica.

Corriente máxima (Imáx): es la intensidad límite, es decir, el máximo amperaje que puede ser conducido en régimen permanente por la corriente del medidor, sin que su error porcentual y temperatura admisible sean superados. Este valor de la corriente límite se indica entre paréntesis detrás de la corriente nominal In(Imax); por ejemplo: 10 (20) A, 10(40) A, 15(60) A,15 (100)A., etc.

Tensión nominal: Tensión para la cual el medidor es diseñado y sirve de referencia para la realización de pruebas. Se debe indicar que los medidores electrónicos se diseñan con un rango de tensión sin que se vea afectado su presición.

Constante del disco (Kh): expresada en Wh/revolución, es el número de vatioshora correspondientes a una revolución o vuelta completa del disco. Expresada en revolución/Kwh, es el número de revoluciones correspondiente a un KWh que debe dar el disco. En medidores electrónicos, esta constante viene expresada en Wh/pulso.

Clase de precisión: Es el valor máximo del error de medición expresado en porcentaje para el cual fue diseñado el medidor dentro del rango 10% de corriente nominal y su corriente máxima.

Fuente: EERSA
Correciones y adaptación: CTO

 

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Mediciones Eléctricas – El Multímetro

En el mercado existen infinidad de modelos y marcas de multímetros: autorrango, autocheck, con capacímetro, medición de temperatura entre otros. Lo importante a la hora de elegir el más adecuado debemos tener en cuenta las funciones, precisión y precio. No siempre el más costoso o completo es el mejor para nuestra tarea.

Un ejemplo son los multímetro con capacímetro, donde es importante revisar la escala que posee, ya que algunos modelos tienen escalas muy bajas, que no sirven para todas las aplicaciones. Además evaluar si es necesario que el equipo mida otras variables, por ejemplo, temperatura o frecuencia.

Medición de magnitudes eléctricas con multímetro:

Un multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo equipo. Las funciones más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro.
En esta nota apartado se explicarán los modo de conexionado del multímetro para poder medir las distintas magnitudes eléctricas y las precauciones que deben tenerse en cuenta a la hora de realizar una medición.
Para comenzar a utilizar un tester se deben conocer las partes básicas que componen al mismo.

Utilización del Voltímetro:

Las mediciones de tensiones con la parte del tester que corresponde al voltímetro deben realizarse siempre en paralelo con el elemento o circuito a medir.
Las puntas de medición irán conectadas en los siguientes terminales y la escala seleccionada será:

 

Utilización del Amperímetro:

El amperímetro siempre, y sin excepción alguna, ha de realizar la medida en serie con el circuito o elemento, interrumpiendo la línea por donde circula la corriente que se quiere medir.
Si un amperímetro se conecta en paralelo con un circuito o elemento de un circuito donde exista tensión, el circuito interno del tester asociado al amperímetro se quemará instantáneamente, por tanto es necesario observar minuciosamente las conexiones antes de la realización de la medida.
Las puntas de medición irán conectadas en los siguientes terminales y la escala seleccionada será:

 

Utilización del Óhmetro:

Para medir resistencias las puntas, aparte de conectarlas en los terminales dedicados al uso del óhmetro, se conectarán en paralelo con el elemento cuya resistencia se desee medir.
El elemento a medir, forzosamente, habrá de estar desconectado al menos en un punto del circuito, ya que si no la medida será falsa al medir en paralelo la resistencia del elemento con la resistencia del propio circuito.
Nunca se deben tocar las puntas metálicas, ya que el cuerpo humano tiene un cierto valor resistivo y, en consecuencia la medición será errónea.
El óhmetro nunca se debe conectar sobre elementos que se encuentran bajo tensión, ya que el instrumento se quemaría. Por lo tanto, se deberá verificar que no exista tensión antes de medir.

Nota: Las indicaciones dadas son para efectuar mediciones de tensiones y corrientes continuas, que en idioma inglés se denominan voltímetro de corriente directa (DCV) y amperímetro de corriente directa (DCA). En el caso de querer medir tensión y corriente alterna se deberán seleccionar en el tester las funciones (ACV) y (ACA) respectivamente.

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Medición de Puesta a Tierra

El Telurímetro o telurómetro es un equipo para efectuar mediciones de Resistencia de Puesta a Tierra.

En el mercado existen diferentes instrumentos disponibles para la medición de puesta a tierra. Los mismos son llamados TELURIMETROS (o Medidores de resistencia de puesta a tierra).

La mayoría de los telurímetros llevan a cabo la medición por el método de caída de potencial, pero también existen equipos que poseen sus propios métodos patentados. Existen equipos, por ejemplo, utilizan pinzas de inyección que les permiten realizar la medición sin tener que desvincular ningún electrodo, ni utilizar jabalinas auxiliares.

Antes de llevar a cabo cualquier medición de puesta a tierra, debemos conocer con qué tipo de sistema de puesta a tierra estamos tratando. Muchas veces, para lograr los valores que requieren las normas, se interconectan varios y distintos tipos de electrodos. En algunos casos es posible desvincularlos y tratarlos como unitarios, en otros no.

Mediciones

La resistencia de un electrodo de puesta a tierra normalmente es determinada con corriente alterna o corriente contínua periódicamente alternada para evitar posible polarización de los electrodos causados por la corriente contínua.

En cuanto a la frecuencia utilizada por muchos de los equipos de medición, se tiene que está en el rango de 50 a 150Hz, para sistemas pequeños y medianos. El conocimiento de la frecuencia de medición permite al equipo descartar o neutralizar las tensiones perturbadoras que se acerquen, con igual frecuencia, con la tensión generada por el propio instrumento. El uso de estos instrumentos se limita en la práctica a la verificación de puestas a tierra pequeños y medianos.

En el caso de sistema eléctricos de gran tamaño en la áreas de distribución y transmisión el uso de bajas frecuencia (20 a 600Hz) es el más utilizado y determina el valor estático de la puesta a tierra. Sin embargo, la mayoría de los fenómenos dinámicos que afectan a un sistema de transmisión o distribución de energía eléctrica, denotan una alta frecuencia. Así tenemos, por ejemplo, que las sobretensiones atmosféricas, las fallas a tierra, las sobretensiones de maniobra, etc. se ven caracterizadas por frecuencia que oscilan el orden de los Mhz.

Método de 2 puntos de referencia con telurímetro

El método consiste en inyectar corriente a través de un electrodo de prueba denominado de corriente y medir el aumento de potencial mediante otro electrodo auxiliar denominado de potencial. Conocido el valor de tensión y el valor de corriente se podrá obtener mediante ley de Ohm el valor de la resistencia. Los tres electrodos se mantienen en una línea recta, la distancia a instalar los electrodos auxiliares, respecto al electrodo en estudio se indica en el manual del equipo.

 

Método de 4 puntos de referencia con telurímetro

El método de cuatro terminales es superior al método usual de dos terminales en cuanto a la posibilidad de eliminar o reducir los errores accidentales debido a la resistencia de contacto, la que suele manifestarse en la conexión común de la fuente corriente con la entrada de medición. Esta resistencia se localiza usualmente en un pobre contacto eléctrico entre los clips de conexión con el electrodo de tierra, usualmente corroído. La distancia entre el electrodo de puesta a tierra bajo prueba y la jabalina de corriente H debe ser por lo menos 5 veces la profundidad de electrodo de puesta a tierra (si es una jabalina) o la longitud del electrodo de banda (en caso de ser cinta metálica o malla). Cuando se mide en un sistema complejo de puesta a tierra, la distancia indicada depende de la mayor distancia diagonal entre electrodos de puesta a tierra individuales.

Método sin jabalinas

En el mercado existen equipos que realizan la medición sin jabalinas de referencia o electrodos auxiliares. Este sistema permita la medición con dos pinzas. Unos de los equipos que cuenta con esta característica es el METREL MI-3123.

Esta medición permite la sencilla comprobación de jabalinas individuales en sistemas de tierra de gran tamaño. Está especialmente indicado para su uso en zonas urbanas, donde normalmente no es posible colocar los electrodos de referencia.

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Transformadores de Intensidad

Los Transformadores de medida se utilizan para reducir los valores de intensidad a fin de alimentar instrumentos de medida cuyo alcance son comunes, lo que implica menor riesgo para el operario y menor costo.  De esta manera este tipo de transformadores se utilizan para la medición de altas intensidades de corriente alterna (normalmente mayores a 60A) con amperímetros de bajo costo de construcción y seguros para el operario.

En este tipo de transformadores se utiliza un núcleo de hierro en forma circular, dentro de él se hace pasar el conductor a medir. El secundario de este transformador entrega una corriente máxima de 5A, proporcional a la corriente que circule por el conductor. Ejemplo: si tuviésemos un transformador 1200/5A, cuando por el conductor circulen 1200A, el secundario entregará 5A; cuando por el conductor circulen 600A, el secundario entregará 2,5A.

Como dijimos anteriormente los transformadores de corriente. Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales de operación, es prácticamente proporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente desfasada. Desarrollan dos tipos de función: transformar la corriente y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión.

El primario del transformador, que consta de muy pocas espiras, se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados. Las espiras del arrollamiento primario suelen ser una o varias, las cuales se pueden a su vez dividir en dos partes iguales y conectarse en serie o paralelo para cambiar la relación, y atraviesan el núcleo magnético, cuya forma suele ser cerrada tipo toroidal o puede tener un cierto entrehierro, sobre el cual se arrollan las espiras del secundario de una forma uniforme, consiguiendo así reducir al mínimo el flujo de dispersión. Este arrollamiento es el que se encarga de alimentar los circuitos de intensidad de uno o varios aparatos de medida conectados en serie. Se puede dar también la existencia de varios arrollamientos secundarios en un mismo transformador, cada uno sobre su circuito magnético, uno para medida y otro para protección. De esta forma no existe influencia de un secundario sobre otro. Si el aparato tiene varios circuitos magnéticos, se comporta como si fueran varios transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieren mayor precisión, y los demás se pueden utilizar para protección. Por otro lado, conviene que las protecciones diferenciales de cables o transformadores de potencia y de distancia se conecten a transformadores de corriente independientes.

Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección, mixtos o combinados.

Transformador de medición. Los transformadores cuya función es medir, requieren reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente. Su precisión debe garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal del orden del 10%, hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal.

Transformadores de protección. Los transformadores cuya función es proteger un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario requerir treinta veces la corriente nominal. En el caso de los relés de sobrecorriente, sólo importa la relación de transformación, pero en otro tipo de relés, como pueden ser los de impedancia, se requiere además de la relación de transformación, mantener el error del ángulo de fase dentro de valores predeterminados.

Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se diseñan para una combinación de los dos casos anteriores, un circuito con el núcleo de alta precisión para los circuitos de medición y uno o dos circuitos más, con sus núcleos adecuados, para los circuitos de protección.

Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan un transformador de corriente y otro de tensión. Se utilizan en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

 

¿Como seleccionar un TI?


Determinar la relación de transformación Ip/Is

• Elegir preferentemente como intensidad primaria del transformador la intensidad normalizada inmediatamente superior de la que se va a medir.
Por ej : intensidad a medir  1124 A. Elegir Ip = 1250 A
• Elegir preferentemente como intensidad secundaria 1 A o 5 A en funcion del aparato de medida o del rele y de la distancia entre el transformador y el aparato que alimenta :
– Secudario 5 A, se utiliza cuando los aparatos de medida se encuentran cerca de los transformadores, a menos de 10m
– Secundario 1 A, preferentemente cuando la distancia entre el transformador de intensidad y el aparato de medida es elevada (superior a 10m). Las perdidas en Julios debidas al cableado son 25 veces mas importantes en 5A que en 1A.

Determinar la potencia del transformador

• Para definir la potencia en VA del transformador, añadir a las potencias consumidas por los aparatos conectados al transformador, la potencia absorbida por el cableado. Se recomienda elegir la potencia normalizada mas cercana posible, pero superior a la potencia calculada, ya que las características relativas a la precisión y el factor de seguridad podrían modificarse.

Definir la clase de precision en funcion de la aplicacion

Patrones = Clase 0,1 o 0,2
Facturacion = Clase 0,5 // 0,2 // 0,5S o 0,2S
Medida industrial = Clase 1
Visualizacion de la intensidad = Clase 1 o 3
Proteccion = Clase 5P o 10P

• No olvidar que los errores de los aparatos de medida se suman a los errores de los transformadores que los alimentan.
• Lo mismo ocurre cuando hay varios transformadores montados en cascada.
• En el caso de una clase de proteccion 5P o 10P, indicar el factor limite de precison, generalmente 5, 10, 15, 20 o 30.

Definir el tipo de aparato en funcion del modo de instalacion

• Cuando la intensidad del primario es muy baja, de hasta algunas decenas de amperios, generalmente se impone el uso de un transformador con primario bobinado.
• Los transformadores de cable o barra pasante se utilizan cuando las intensidades que se van a medir son elevadas : superiores a 150A. Sus prestaciones son menores cuando la inensidad del primario es baja (entre 40 y 150A).
• No es practico ni rentable utilizarlos por debajo de 40A. La eleccion del modelo depende de tipo de conductor primario, cable o barra, y de su seccion.

 

Conexionado para instumentos de medición

El conductor, ya sea cable o barra debe pasar por el interior del transformador. Los bornes del mismo, perteneciente al secundario, deben conectarse al instrumento de medición.
Si el instrumento es analógico, la escala debe ser seleccionada en base al transformador; en cambio si el instrumento es digital, el valor del transformador debe ser configurado (leer manual del instrumento).
Si el sistema es trifásico, se necesitarán tres transformadores.
Es importante pasar solo un conductor por cada transformador y tener siempre conectado el secundario a un instrumento, ya que de lo contrario se puede dañar.

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