medición de potencia, trifasica y contadores de energia

República Bolivariana de VenezuelaInstituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño”

Alumno: Gerardo Mendoza C.I: 15.262.545 Materia: Mediciones EléctricasSección: 43 “A”

• Unidad XI: Mediciones de Potencia

• Unidad XII: Mediciones de Potencia en Circuitos Trifásicos

• Unidad XIII: Mediciones de Potencia y Operar Contadores de Energía

Potencia: es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado o la velocidad a la que se consume la energía eléctrica. La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” (J) y la potencia se mide en joule por segundo (J/seg) que equivale a 1 watt (W).

Se utilizan varios tipos de conversores, electromecánicos y electrónicos, para la medición directa de la potencia y energía activa (en DC y AC) y de potencia reactiva y aparente (en CA).

Para medir la potencia eléctrica “P” se emplean los vatímetros, la unidad de medida es el “watt” y se representa con la letra “W”. Watt (W) es igual a la tensión (V) multiplicada por la Intensidad (I), es decir: W=V ∙ I, por lo tanto, conociendo el voltaje y la intensidad, también se puede conocer la potencia.

Puede recordarse con el siguiente diagrama.

P = Potencia - Vatios (W)V = Voltaje - Volt ios (V)I = Corriente - Amperios (A)   Hay tres formas de calcular la potencia:

Cuando se conoce la resistencia y la corriente: P = I ² * R.Cuando se conoce, el voltaje y la resistencia: P = V ² / R.Cuando se conoce, El voltaje y la corriente. P = V * I .

El Wattimetro o Vatímetro Electrodinámico:

Es un instrumento electrodinámico para medir la potencia eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente» o amperométrica, y una bobina móvil llamada «bobina de potencial» o voltimétrica.

Conexión del Wattimetro o Vatímetro:

Se utiliza para medir la potencia de un elemento de circuito.

•La bobina fija, que es el "circuito amperimétrico", se conecta, pues, en serie con el elemento.

•La bobina móvil o "circuito voltimétrico", en paralelo Según las normas DIN, se debe conectar el circuito voltimétrico delante del amperimétrico.

Normalmente, el aparato posee cuatro bornes, dos para el circuito Voltimétrico (0 – x A) y dos para el amperimétrico (0 – y A). La constante de lectura, si el cuadrante está graduado en 100 partes es:

En este caso particular cada wáttmetro indica la potencia de la fase a la que está conectado. De este modo, la potencia trifásica resulta igual a:

P=W1+W2+W3o sea que la potencia total es suma de las tres lecturas.

Teorema de Blondell

Figura 2 Medida trifásica con el Método de los dos wátmetros

De acuerdo con el teorema de Blondell, la potencia activa es igual a la suma algebraica de las dos lecturas. En efecto:

La indicación de cada wáttmetro no corresponde con la potencia de una fase en particular, pero su suma algebraica es igual a la potencia trifásica.

El diagrama vectorial para la conexión mostrada en la figura 1 resulta:

Figura 3 Diagrama vectorial de voltajes y corrientes

Contador o Medidor de energía eléctrica

Medición de Energía Eléctrica Se realiza mediante medidores o contadores, que se utilizan para calcular el valor de la energía que se intercambia entre consumidores y las compañías de suministro.

Aplicada una tarifa establecida por el Ente Regulador (CORPOELEC), posibilita a la Empresa realizar una facturación adecuada de la potencia y energía consumida.

La medición de la energía es la medición de la potencia por unidad de tiempo; un medidor o contador de energía utiliza un conversor que realiza el producto instantáneo de la tensión por la corriente, seguido de un dispositivo integrador.

Analogías

Elementos constitutivos. “Contador o Medidor de energía” Un medidor de energía tipo inducción 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 en bobina en derivación 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.

Partes componentes de un medidor

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

a) 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. b) 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. c) 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. d) Constante del disco (Kh): expresada en Wh/revolución, es el número de vatios-hora 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. e) 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.

Por ser el watt y el segundo unidades muy pequeñas para la medición de la energía eléctrica, se utiliza otra unidad llamada kilowatt-hora.

Medición de Energía Eléctrica

1 Kilowatt-hora = 1 KWh = 1.000 watt x 3.600 segundos = 3,6 x 106 julios

El medidor de energía está provisto de un dispositivo capaz de sumar las vueltas efectuadas por el disco proporcionalmente a la energía suministrada al consumidor e indicarla en las unidades correspondientes.

Para medidores electromecánicos la constante se define como el valor que expresa la relación entre la energía registrada por el medidor y el correspondiente número de revoluciones del rotor, por ejemplo, en revoluciones por kilowatt hora (rev/kWh) o watt hora por revolución (Wh/rev).

Para medidores electrónicos es el valor que expresa la relación entre la energía registrada por el medidor y el valor correspondiente dado por la salida de ensayo. Si este valor es un número de impulsos, la constante será expresada en impulsos por kilowatt hora (imp/kWh) o watt hora por impulso (Wh/imp).

Constante del Medidor

En ambos casos el dato siempre se encuentra indicado en la placa de caracteriaticas del cuadrante del medidor. El medidor utilizado en este ejemplo es un Landis & Gyr tipo CG71 de fabricación española y su constante es 300 rev/kWh.

Constante del Medidor

Cálculo de la potencia del Medidor

La potencia del medidor se calculará como:

Donde:

N: es la cantidad de revoluciones del disco o pulsos contabilizados en el ensayo K: es la constante del medidor expresada en rev/kWh. T: es el tiempo en segundos que tarda el disco en rotar N vueltas. 1 Hora: 3600 seg

Una vez calculada la potencia del medidor Pm y medida la potencia total PT se proceda el cálculo del error relativo con la siguiente formula:

Determinación del Error

Y si se trata de un medidor trifásico, la potencia total será la suma de las potencias de las tres fases:

Donde:

Error (%): es el error relativo porcentual del medidor Pm: es la potencia registrada por el medidor calculada con los giros del disco PT : es la potencia medida con el instrumento

Clasificación de los medidores de energía

Los medidores de energía eléctrica, o contadores, utilizados para realizar el control del consumo, pueden clasificarse en tres grupos:

- Medidores electromecánicos: o medidores de inducción, compuesto por un conversor electromecánico (básicamente un vatímetro con su sistema móvil de giro libre) que actúa sobre un disco, cuya velocidad de giro es proporcional a la potencia demandada, provisto de un dispositivo integrador.

Bobina de potencial

Registrador con punteros Registrador ciclometrico

Elemento movil

Medidores electromecanicos

- Medidores electromecánicos con registrador electrónico: el disco giratorio del medidor de inducción se configura para generar un tren de pulsos (un valor determinado por cada rotación del disco, p.e. 5 pulsos) mediante un captador óptico que sensa marcas grabadas en su cara superior. Estos pulsos son procesados por un sistema digital el cual calcula y registra valores de energía y de demanda. El medidor y el registrador pueden estar alojados en la misma unidad o en módulos separados.

- Medidores totalmente electrónicos: la medición de energía y el registro se realizan por medio de un proceso análogico-digital (sistema totalmente electrónico) utilizando un microprocesador y memorias. A su vez, de acuerdo a las facilidades implementadas, estos medidores se clasifican como:

- Medidores de demanda: miden y almacenan la energía total y una única demanda en las 24 hs. (un solo períodos, una sola tarifa).

- Medidores multitarifa: miden y almacenan energía y demanda en diferentes tramos de tiempo de las 24 hs., a los que le corresponden diferentes tarifas (cuadrantes múltiples). Pueden registrar también la energía reactiva, factor de potencia, y parámetros especiales adicionales.

Para los pequeños consumidores, industriales y domiciliarios, se mantiene aún el uso de medidores de inducción de energía activa y reactiva. Para los medianos consumidores se instalan generalmente medidores electrónicos. Para los grandes consumidores, a fin de facilitar la tarea de medición y control, el medidor permite además la supervisión a distancia vía módem (en muchas marcas incorporado al medidor).