Potencia Electrica

Programa educativo: Mecatrónica

Asignatura: Potencia eléctrica

Unidad II

Portafolio de evidencia

Profesor: Ing. Raúl Olguín Charres

Alumna: Liliana Camino Ibarra

Fecha de entrega de Noviembre de 2013.

ESTRUCTURA FÍSICA DEL MEDIDOR DE POTENCIA ELÉCTRICA.

IDENTIFICAR EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MEDIDORES DE POTENCIA ELÉCTRICA.

El medidor eléctrico,

Medidor de consumo eléctrico o contador eléctrico, es un dispositivo que mide el consumo de energía eléctrica de un circuito o un servicio eléctrico, siendo esta la aplicación usual. Existen medidores electromecánicos y electrónicos. Los medidores electromecánicos 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 la carátula. Los medidores electrónicos utilizan convertidores analógico-digitales para hacer la conversión.

Medición de la energía y sus funciones, la energía eléctrica, su generación y distribución a través de la red de transporte. Medición de la energía eléctrica mediante contador, tanto de inducción como electrónico, y detalle de sus componentes.

Medidor de energía y sus funciones

Un medidor de energía es un instrumento, cuya principal función es el cálculo de la energía consumida, y la indicación visual numérica de este resultado.

Energía eléctrica, su generación y distribución

La energía eléctrica producida en las centrales de generación eléctrica, es una corriente trifásica con una tensión comprendida entre 6-36kV.

Una subestación eleva este valor hasta un valor comprendido entre 132-400kV, para su distribución a través la red de transporte de alta tensión.

A su llegada a una sub-estación eléctrica, se reduce la tensión a un valor comprendido entre 11-25kV, para su distribución a través de la red de transporte de media tensión.

Para poder ser utilizada a nivel domestico, se debe rebajar esta tensión en un centro de transformación a 230 -380V.

Una instalación industrial, utiliza su propio centro de transformación para elevar la tensión a un valor comprendido entre 25-132kV.

Medición de la energía eléctrica

Para medir la corriente eléctrica, se utiliza un contador de inducción o electrónico, que puede ser monofásico o trifásico, dependiendo de la corriente suministrada.

Tipos de contadores eléctricos, partes de un contador

Contador eléctrico de inducción

En este contador, un disco de aluminio gira a una velocidad proporcional a la potencia consumida, y transmite su movimiento a un contador mecánico que indica la lectura del consumo eléctrico.

El disco gira gracias al par de giro producido por dos o más bobinas montadas sobre un núcleo magnético.

Este medidor de consumo de energía necesita medir el voltaje, y la intensidad de la corriente eléctrica

Una bobina que se conecta en serie con el conductor de una fase mide la intensidad.

Otra bobina que se conecta en derivación entre dos fases mide el voltaje.

Cada compañía eléctrica tiene una normativa propia, para la homologación del contador eléctrico.

En general:

 El contador eléctrico monofásico de dos hilos, lleva instalada una bobina serie, y también una bobina derivación

 El contador eléctrico trifásico de cuatro hilos, tres fases más neutro, incorpora dos o tres discos de aluminio, cuyos pares de giro son producidos en este caso por la acción de tres bobinas serie conectadas a cada una de las tres fases, y tres bobinas derivación conectadas en este caso entre cada una de las fases y el neutro.

 El contador eléctrico monofásico o trifásico de doble tarifa, incorpora otra medición con tarifa nocturna (horas valle).

 Contador electrónico

 En este tipo de contador, la lectura se realiza generalmente a través de un display de cristal líquido.

 En el contador electrónico, las mediciones de intensidad y de corriente, se toman desde una resistencia shunt por cada fase.

 Para que estas señales puedan ser tratadas con seguridad por un convertidor analógico – digital, las mismas deben ser adaptadas, filtradas, y protegidas contra sobretensiones

 Un microprocesador trata estos datos, los almacena en la memoria, y realiza los cálculos necesarios para determinar la energía consumida, reflejando este resultado en el display del contador.

Medición de potencia en circuitos de CD

Cuando se aplica una tensión eléctrica a un conductor, fluye una corriente a través de él. Las magnitudes del voltaje y la corriente son una indicación de la potencia que fluye hacia el conductor. La potencia instantánea se calcula por medio de:

Donde:

P = potencia (W)

V = voltaje (V)

I = corriente (A)

Los elementos de circuito a los cuales se les entregan potencia eléctrica, se definen como la carga.

Cuando se trabaja con corriente directa (DC), la potencia se puede calcular directamente por medio de (1), ecuación que, para elementos puramente resistivos se puede convertir en la expresión conocida como ley de Joule:

Cuando se quiere leer directamente la potencia en bornes de uno o de varios elementos, se utiliza el vatímetro, aparato que posee dos bobinas: una de corriente, a conectarse en serie con el conjunto al cual se le quiere medir el consumo o la entrega de potencia, y otra de tensión, a conectarse en paralelo con el elemento en mención.

Instrumentos para medir voltaje y corriente directa

Sin duda los valores de corriente y voltaje de un sistema de corriente directa son los parámetros básicos para identificar las propiedades del circuito. Los aparatos destinados a estas mediciones se conocen como voltímetro (para voltaje) y amperímetro (para intensidad corriente).

En los dos casos, el paso de una corriente eléctrica por el instrumento es la que define el valor de la medición en la escala, ya sea esta calibrada en voltios o en amperes. De este hecho se desprende que el instrumento indicador esencial es un amperímetro (miliamperímetro) al que se le adicionan elementos externos para uno u otro propósito de medición, veamos:

En la figura 1 se muestra el dispositivo básico de medición, que muchos llaman galvanómetro de aguja.

Consta de una bobina de alambre muy fino arrollada en un núcleo de hierro y sostenida por un eje con muy poca resistencia al movimiento, la bobina está colocada entre las dos zapatas polares de un imán permanente. Al núcleo de hierro está adosado un puntero que sirve para señalar valores en una escala.

Cuando circula una corriente por la bobina, el núcleo de hierro se magnetiza y recibe la atracción de los polos del imán en una dirección u otra en dependencia de la polaridad de la conexión, el núcleo gira en el pivote, y la aguja indicadora registra la magnitud. Un resorte en espiral colocado en el eje de giro, o un pequeño contrapeso, regresan la aguja a su posición original cuando se desconecta.

Estos aparatos son muy sensibles y pueden detectar muy pequeñas corrientes.

En dependencia de cómo se conecte este galvanómetro al circuito puede construirse con él tanto un voltímetro como un amperímetro.

Galvanómetro de aguja

Figura 1

Voltímetro

En la figura 2 se presenta un esquema que representa el uso del galvanómetro como instrumento de medir voltaje, un voltímetro.

En este caso, un resorte en espiral mantiene la aguja en el valor cero de la escala, por lo que solo sirve para medir los voltajes conectados con la polaridad señalada en los bornes positivo y negativo del aparato durante la conexión. Si la conexión se hace en sentido contrario, la aguja tenderá a moverse por debajo del cero.

Para que un aparato pueda medir el voltaje de un circuito, no debe producir carga apreciable a él, o de lo contrario modifica el propio valor de lo que mide, esto es, debe tener una elevada resistencia interna para extraer muy poca corrientes del medio a medir. Si conectamos directamente el galvanómetro al circuito, como la resistencia eléctrica de la bobina es baja y el hilo conductor muy fino, lo mas probable es que circule demasiada corriente y arruine el aparato, o, en el mejor de los casos, se afecte el voltaje a medir debido a la carga que impone el instrumento, por tal razón se colocan las elevadas resistencias R₁ y R₂ que reducen la carga al circuito a un valor inapreciable. Como el galvanómetro puede trabajar con esas pequeñas corrientes se garantiza una medición confiable y la protección del instrumento.

Solo falta calibrar la escala a los valores apropiados.

Salta a la vista que los valores de las resistencias R₁ y R₂ deben guardar una estrecha relación con el rango de valores del voltaje a medir, y de este modo, mantener el galvanómetro en la zona de sus corrientes de operación. Usando entonces un juego de resistencias diferentes y un conmutador, un mismo galvanómetro puede usarse para gran cantidad de rangos de medición, lo que es muy común en los voltímetros en la práctica. Voltímetro

Figura 2

Amperímetro

En la figura 3 se muestra el esquema del amperímetro. Se ha construido con el mismo galvanómetro usado para el voltímetro, pero en este caso, hay una robusta resistencia eléctrica de muy bajo

...