11- Medidores de Energía
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MEDICIONES ELECTRICAS Medidores de Energía Eléctrica
Referencias:
LIBROS MENCIONADOS PROGRAMA NORMA IRAM 2410 - 2411 - 2412 - 2413 - 2414 NORMA IRAM 2420 - 2421
U T N - Facultad Regional Venado Tuerto
Medidores de Energía Eléctrica
La energía eléctrica es uno de los principales factores que rige la vida moderna. La medición es necesaria para conocer el estado del sistema eléctrico. Los sistemas de medición de energía juegan un papel preponderante en la relación económica entre las Empresas Generadoras, Transmisoras y Distribuidoras de Energía y los Consumidores. Relación monetaria Lectura de instrumentos Controles de Calidad Estrictos
Clasificación de Medidores de Energía
Medidores electromecánicos: o medidores de inducción, compuesto por un conversor electromecánico que actúa sobre un disco, cuya velocidad de giro es proporcional a la potencia demandada, provisto de un dispositivo integrador.
Clasificación de Medidores de Energía
Medidores electromecánicos con registrador electrónico: el disco giratorio del medidor de inducción se configura para generar un tren de pulsos mediante un captador óptico que sensa marcas grabadas en su cara superior. Pulsos procesados por un sistema digital.
Clasificación de Medidores de Energía
Medidores totalmente electrónicos: la medición de energía y el registro se realizan por medio de un proceso análogo-digital (sistema totalmente electrónico) utilizando un microprocesador y memorias internas y externas.
Clasificación de Medidores de Energía
Medidores de Energía Eléctrica
Podemos medir: 1. Potencia Activa 2. Potencia Reactiva 3. Potencia Aparente 4. Potencia Aparente Máxima, 5. Potencia en distintos horarios 6. Etc.
Energía
t1 t1 A = § p * dt = § u * i * dt t2 t2
Medidores de Energía Eléctrica
Función : es sumar e indicar el trabajo eléctrico en forma continua.
Es la medición de potencia con la simultanea integración en el tiempo.
El vatímetro de inducción es la base para su construcción.
No posee espiral
Frenado: por imán permanente
Mf es opuesto al movimiento y proporcional a la velocidad.
giro continuo. provoca Mf
Medidores de Energía Eléctrica Sistema Motor
Partes Principales
Sistema de frenado Sistema Numerador Integrador
Sistema Motriz
I
U
electroimán de pocas espiras y muy baja impedancia
electroimán de muchas espiras y muy alta impedancia Circuitos magnéticos
Disco de Aluminio
Conexión de bobinas i Proporcional I a medir
u Proporcional U a medir
Sistema Motriz
Flujos inducen sobre el disco I foucoult. ( Idi , Idu) Interactúan i , Idu u , Idi
Generando Mm.
Proporcional P (w).
Sistema de Frenado
Imán de Freno cte en el tiempo.
Pivotea sobre su eje
Regulación de distancia al centro
Mf proporcional a la velocidad (Mf = C2
1. 2.
* V)
Disminución de Mf: Por distancia al centro Por disminución de superficie del imán que actúa sobre el disco
Sistema Numerador Integrador
Relación energía - revoluciones solo tenemos u .
Medidor conectado sin carga
A l conectar cargas aparece i
Mm = C1 * P
(proporcional a la Potencia Activa)
Mf = C2 * V
(proporcional a la velocidad de disco)
dl= d(2..n)
V = d(2..n) / dt
Se genera Mm. (giro)
V= dl/dt
(recorrido de un pto en el disco a un radio 1) (n = vueltas)
V = 2. . dn / dt.
El disco se acelera hasta el equilibrio, donde sigue a V = cte, si la carga es cte.
Relación energía - revoluciones
En equilibrio :
C1 * P = C2 * 2. . dn / dt.
Integrando entre un tiempo de medición T1 - T2 t2
P * dt
t1
Mm = Mf
C1 * P = C2 * V
P * dt = (C2 / C1) * 2. . dn
n2 = C * dn
A = C*n
(Energía)
n1
El número de vueltas es proporcional a la energía medida
C = Constante del Medidor
Constante del medidor
Depende:
Cifra característica de cada Medidor.
Se determina en condiciones normalizadas y con Carga Nominal
Sistema Motor y Sistema Integrador
El giro del disco se transmite al Integrador a través de un tren de engranajes Ej: 1200 rev/Kwh
Medidores de Energía Eléctrica Condición de 90°
Contrastados en esta condición
Mm = C * f * 1 * 2 * sen (1 2)
Cos = Sen
Bobina Voltimétrica muy inductiva ( u = 70° 80°)
y
P = U* I * cos
Diagrama Vectorial
Desfasaje menor, debido a:
Entrehierro largos
i, u = errores entre y I magnetizantes
Pérdidas en Fe y Cu.
Para llegar a 90° , se utilizan dispositivos adicionales
Ajustes Condición de 90°
1.
2.
3.
Dividir u en dos partes iguales. Espiras en CC (6) para retrasar ush Trabajar en distancia del entrehierro(d)
Actuar sobre i: Con shunt magnético(5) para dividirlo Ajuste fino con espiras regulables (7), que retrasarlo.
Medidores de Energía Activa Monofásicos
Medidores de Energía Activa Trifásicos
Medidores de Energía Activa Trifásicos
Medidores de Energía Activa Trifásicos
Medidores de Energía Reactiva Monofásicos
El medidor de Energía activa indica cuando se cumple condición de 90° (Cos = Sen ) Mm = C * f * 1 * 2 * sen (1 2)
Q = U* I * Sen
El medidor de Energía Reactiva indica cuando el flujo u está en fase con la U, se logra: 1- Colocando R1 en serie con la bobina de tensión 2- Colocando R2 en paralelo con la bobina de Corriente
Medidores de Energía Reactiva Trifásicos
Igual diseño que los medidores de activa No se utiliza desfase, sino se aprovechan las características de los sistemas trifásicos
Medidores de Energía Reactiva Trifásicos
Medidores de Energía Reactiva Trifásicos
Medidores de Energía Reactiva Trifásicos
Banco de Energía Activa-Reactiva
T.I. para Medidores de Energía
Medidores de Energía Electrónicos Mediciones
Medidores de Energía Electrónicos
Ventaja de los medidores electrónicos • Calibración inalterable. • Exactitud. • Menor posibilidad de fraude. • No requiere mantenimiento Ventajas de medidores electrónicos más complejos: • Amplio rango de tensión y corriente. • Multimedición. • Lectura automática. • Comunicación a distancia. • Medición de instrumentación.
Medidores de Energía Electrónicos Calibración inalterable.
La mayoría son calibrados por software. Las constantes de calibración son introducidas al medidor y quedan depositadas en una memoria EEPROM . El medidor no cambia su calibración por el tiempo transcurrido.
Exactitud.
Los medidores electrónicos son más exactos que los electromecánicos. Electromecánicos clase 2 Electrónicos clase 1. Las curvas de carga son mucho más planas. Los medidores Alpha por ejemplo, son extremadamente exactos. Si bien en la mayoría de los casos se venden como clase 1, en realidad los errores del medidor son del orden del 0.5 %.
Medidores de Energía Electrónicos
Medidores de Energía Electrónicos Clases de exactitud grandes consumos
Medidores de Energía Electrónicos Menor posibilidad de fraude.
A un medidor electromecánico le es muy fácil hacerle fraude, ya que cuenta con partes móviles. Se puede actuar sobre el disco , los engranajes, las bobinas, el freno, los cojinetes, el campo magnético, etc. En general se hace negativo por cualquier cosa. Un fraude común es inclinar al medidor. En un medidor electrónico esto es más difícil, pero no imposible. Las personas deben tener mejor conocimiento.
Amplio rango de tensión y de corriente.
Un mismo medidor podría ser usado en diferentes tensiones y corrientes. En el caso del Alpha, el medidor indirecto posee un rango de tensión desde 50V a 310V, con un rango de corriente de 1(6)A. En el caso del Alpha directo, el rango de corriente es de 15(120)A.
Medidores de Energía Electrónicos Multimedición.
Un mismo medidor electrónico es capaz de hacer varias mediciones, Ej.: Energía activa entregada. Energía activa recibida. Energía reactiva en cada uno de los 4 cuadrantes. Registro en diferentes tramos horarios (en la Argentina hay 3). Perfil de carga. Instrumentación. Perfil de instrumentación.
Lectura automática.
Se pueden leer: en forma manual , con una computadora de mano y una sonda óptica que se acerca o se apoya en la tapa del medidor. La lectura automática reduce el tiempo de lectura y la posibilidad de cometer errores en la transcripción de los datos.
Medidores de Energía Electrónicos Interfaces de comunicación .
Interfaz de comunicación óptica. Interfaz de comunicación eléctrica ( RS485 ó RS232.)
Posibilidad de comunicación a distancia.
Hay medidores a los que se les puede colocar MODEM externo o interno, lo que permite obtener los datos del medidor llamando a un número telefónico. Líneas analógicas (eléctricas, telefónicas, Ethernet, Modbus, radio frecuencia, fibra óptica, etc.)
Medidores de Energía Electrónicos Instrumentación.
La mayoría de los medidores electrónicos tienen la posibilidad de efectuar la medición de magnitudes de instrumentación, tales como tensión, corriente, ángulo de fase, factor de potencia, etc., e incluso hay algunos que pueden medir distorsión armónica de tensión y corriente. Estas magnitudes en general son usadas por personal técnico los efectos de evaluar el sistema y la carga del cliente.
Medidores de Energía Electrónicos
Medidores de Energía Electrónicos LED de testeo del A200 LCD
El frente del medidor cuenta con un led rojo de testeo de 3mm para poder ser controlado por medio de cualquier equipo de contraste. La frecuencia del led de testeo para esta versión de medidor, es de 1000 pulsos/kWh.
Patrón para Medidores de Energía Electrónicos
Contraste de Medidores de Energía Electrónicos in Situ
Contraste de Medidores de Energía Electromecánicos in Situ
Ensayos de Medidores de Energía
Rigidez dieléctrica a frecuencia industrial y con onda de impulso Marcha en vacío Arranque Verificación de la constante Influencia de la variación de la corriente Influencia de la variación de la tensión Influencia de la variación de la frecuencia Influencia de la variación de la temperatura ambiente Influencia de la variación de la posición del medidor Influencia de campos magnéticos externos Influencia del rozamiento del numerador Verificación de la estabilidad con baja carga Verificación del efecto de autocalentamiento Verificación de márgenes de ajuste Perdida de circuito de corriente Perdida de circuito de tensión Índice de calidad
Ensayos de Medidores de Energía
Contraste de Medidores de Energía
Referencias:
LIBROS MENCIONADOS PROGRAMA NORMA IRAM 2410 - 2411 - 2412 - 2413 - 2414 NORMA IRAM 2420 - 2421
U T N - Facultad Regional Venado Tuerto
Medidores de Energía Eléctrica
La energía eléctrica es uno de los principales factores que rige la vida moderna. La medición es necesaria para conocer el estado del sistema eléctrico. Los sistemas de medición de energía juegan un papel preponderante en la relación económica entre las Empresas Generadoras, Transmisoras y Distribuidoras de Energía y los Consumidores. Relación monetaria Lectura de instrumentos Controles de Calidad Estrictos
Clasificación de Medidores de Energía
Medidores electromecánicos: o medidores de inducción, compuesto por un conversor electromecánico que actúa sobre un disco, cuya velocidad de giro es proporcional a la potencia demandada, provisto de un dispositivo integrador.
Clasificación de Medidores de Energía
Medidores electromecánicos con registrador electrónico: el disco giratorio del medidor de inducción se configura para generar un tren de pulsos mediante un captador óptico que sensa marcas grabadas en su cara superior. Pulsos procesados por un sistema digital.
Clasificación de Medidores de Energía
Medidores totalmente electrónicos: la medición de energía y el registro se realizan por medio de un proceso análogo-digital (sistema totalmente electrónico) utilizando un microprocesador y memorias internas y externas.
Clasificación de Medidores de Energía
Medidores de Energía Eléctrica
Podemos medir: 1. Potencia Activa 2. Potencia Reactiva 3. Potencia Aparente 4. Potencia Aparente Máxima, 5. Potencia en distintos horarios 6. Etc.
Energía
t1 t1 A = § p * dt = § u * i * dt t2 t2
Medidores de Energía Eléctrica
Función : es sumar e indicar el trabajo eléctrico en forma continua.
Es la medición de potencia con la simultanea integración en el tiempo.
El vatímetro de inducción es la base para su construcción.
No posee espiral
Frenado: por imán permanente
Mf es opuesto al movimiento y proporcional a la velocidad.
giro continuo. provoca Mf
Medidores de Energía Eléctrica Sistema Motor
Partes Principales
Sistema de frenado Sistema Numerador Integrador
Sistema Motriz
I
U
electroimán de pocas espiras y muy baja impedancia
electroimán de muchas espiras y muy alta impedancia Circuitos magnéticos
Disco de Aluminio
Conexión de bobinas i Proporcional I a medir
u Proporcional U a medir
Sistema Motriz
Flujos inducen sobre el disco I foucoult. ( Idi , Idu) Interactúan i , Idu u , Idi
Generando Mm.
Proporcional P (w).
Sistema de Frenado
Imán de Freno cte en el tiempo.
Pivotea sobre su eje
Regulación de distancia al centro
Mf proporcional a la velocidad (Mf = C2
1. 2.
* V)
Disminución de Mf: Por distancia al centro Por disminución de superficie del imán que actúa sobre el disco
Sistema Numerador Integrador
Relación energía - revoluciones solo tenemos u .
Medidor conectado sin carga
A l conectar cargas aparece i
Mm = C1 * P
(proporcional a la Potencia Activa)
Mf = C2 * V
(proporcional a la velocidad de disco)
dl= d(2..n)
V = d(2..n) / dt
Se genera Mm. (giro)
V= dl/dt
(recorrido de un pto en el disco a un radio 1) (n = vueltas)
V = 2. . dn / dt.
El disco se acelera hasta el equilibrio, donde sigue a V = cte, si la carga es cte.
Relación energía - revoluciones
En equilibrio :
C1 * P = C2 * 2. . dn / dt.
Integrando entre un tiempo de medición T1 - T2 t2
P * dt
t1
Mm = Mf
C1 * P = C2 * V
P * dt = (C2 / C1) * 2. . dn
n2 = C * dn
A = C*n
(Energía)
n1
El número de vueltas es proporcional a la energía medida
C = Constante del Medidor
Constante del medidor
Depende:
Cifra característica de cada Medidor.
Se determina en condiciones normalizadas y con Carga Nominal
Sistema Motor y Sistema Integrador
El giro del disco se transmite al Integrador a través de un tren de engranajes Ej: 1200 rev/Kwh
Medidores de Energía Eléctrica Condición de 90°
Contrastados en esta condición
Mm = C * f * 1 * 2 * sen (1 2)
Cos = Sen
Bobina Voltimétrica muy inductiva ( u = 70° 80°)
y
P = U* I * cos
Diagrama Vectorial
Desfasaje menor, debido a:
Entrehierro largos
i, u = errores entre y I magnetizantes
Pérdidas en Fe y Cu.
Para llegar a 90° , se utilizan dispositivos adicionales
Ajustes Condición de 90°
1.
2.
3.
Dividir u en dos partes iguales. Espiras en CC (6) para retrasar ush Trabajar en distancia del entrehierro(d)
Actuar sobre i: Con shunt magnético(5) para dividirlo Ajuste fino con espiras regulables (7), que retrasarlo.
Medidores de Energía Activa Monofásicos
Medidores de Energía Activa Trifásicos
Medidores de Energía Activa Trifásicos
Medidores de Energía Activa Trifásicos
Medidores de Energía Reactiva Monofásicos
El medidor de Energía activa indica cuando se cumple condición de 90° (Cos = Sen ) Mm = C * f * 1 * 2 * sen (1 2)
Q = U* I * Sen
El medidor de Energía Reactiva indica cuando el flujo u está en fase con la U, se logra: 1- Colocando R1 en serie con la bobina de tensión 2- Colocando R2 en paralelo con la bobina de Corriente
Medidores de Energía Reactiva Trifásicos
Igual diseño que los medidores de activa No se utiliza desfase, sino se aprovechan las características de los sistemas trifásicos
Medidores de Energía Reactiva Trifásicos
Medidores de Energía Reactiva Trifásicos
Medidores de Energía Reactiva Trifásicos
Banco de Energía Activa-Reactiva
T.I. para Medidores de Energía
Medidores de Energía Electrónicos Mediciones
Medidores de Energía Electrónicos
Ventaja de los medidores electrónicos • Calibración inalterable. • Exactitud. • Menor posibilidad de fraude. • No requiere mantenimiento Ventajas de medidores electrónicos más complejos: • Amplio rango de tensión y corriente. • Multimedición. • Lectura automática. • Comunicación a distancia. • Medición de instrumentación.
Medidores de Energía Electrónicos Calibración inalterable.
La mayoría son calibrados por software. Las constantes de calibración son introducidas al medidor y quedan depositadas en una memoria EEPROM . El medidor no cambia su calibración por el tiempo transcurrido.
Exactitud.
Los medidores electrónicos son más exactos que los electromecánicos. Electromecánicos clase 2 Electrónicos clase 1. Las curvas de carga son mucho más planas. Los medidores Alpha por ejemplo, son extremadamente exactos. Si bien en la mayoría de los casos se venden como clase 1, en realidad los errores del medidor son del orden del 0.5 %.
Medidores de Energía Electrónicos
Medidores de Energía Electrónicos Clases de exactitud grandes consumos
Medidores de Energía Electrónicos Menor posibilidad de fraude.
A un medidor electromecánico le es muy fácil hacerle fraude, ya que cuenta con partes móviles. Se puede actuar sobre el disco , los engranajes, las bobinas, el freno, los cojinetes, el campo magnético, etc. En general se hace negativo por cualquier cosa. Un fraude común es inclinar al medidor. En un medidor electrónico esto es más difícil, pero no imposible. Las personas deben tener mejor conocimiento.
Amplio rango de tensión y de corriente.
Un mismo medidor podría ser usado en diferentes tensiones y corrientes. En el caso del Alpha, el medidor indirecto posee un rango de tensión desde 50V a 310V, con un rango de corriente de 1(6)A. En el caso del Alpha directo, el rango de corriente es de 15(120)A.
Medidores de Energía Electrónicos Multimedición.
Un mismo medidor electrónico es capaz de hacer varias mediciones, Ej.: Energía activa entregada. Energía activa recibida. Energía reactiva en cada uno de los 4 cuadrantes. Registro en diferentes tramos horarios (en la Argentina hay 3). Perfil de carga. Instrumentación. Perfil de instrumentación.
Lectura automática.
Se pueden leer: en forma manual , con una computadora de mano y una sonda óptica que se acerca o se apoya en la tapa del medidor. La lectura automática reduce el tiempo de lectura y la posibilidad de cometer errores en la transcripción de los datos.
Medidores de Energía Electrónicos Interfaces de comunicación .
Interfaz de comunicación óptica. Interfaz de comunicación eléctrica ( RS485 ó RS232.)
Posibilidad de comunicación a distancia.
Hay medidores a los que se les puede colocar MODEM externo o interno, lo que permite obtener los datos del medidor llamando a un número telefónico. Líneas analógicas (eléctricas, telefónicas, Ethernet, Modbus, radio frecuencia, fibra óptica, etc.)
Medidores de Energía Electrónicos Instrumentación.
La mayoría de los medidores electrónicos tienen la posibilidad de efectuar la medición de magnitudes de instrumentación, tales como tensión, corriente, ángulo de fase, factor de potencia, etc., e incluso hay algunos que pueden medir distorsión armónica de tensión y corriente. Estas magnitudes en general son usadas por personal técnico los efectos de evaluar el sistema y la carga del cliente.
Medidores de Energía Electrónicos
Medidores de Energía Electrónicos LED de testeo del A200 LCD
El frente del medidor cuenta con un led rojo de testeo de 3mm para poder ser controlado por medio de cualquier equipo de contraste. La frecuencia del led de testeo para esta versión de medidor, es de 1000 pulsos/kWh.
Patrón para Medidores de Energía Electrónicos
Contraste de Medidores de Energía Electrónicos in Situ
Contraste de Medidores de Energía Electromecánicos in Situ
Ensayos de Medidores de Energía
Rigidez dieléctrica a frecuencia industrial y con onda de impulso Marcha en vacío Arranque Verificación de la constante Influencia de la variación de la corriente Influencia de la variación de la tensión Influencia de la variación de la frecuencia Influencia de la variación de la temperatura ambiente Influencia de la variación de la posición del medidor Influencia de campos magnéticos externos Influencia del rozamiento del numerador Verificación de la estabilidad con baja carga Verificación del efecto de autocalentamiento Verificación de márgenes de ajuste Perdida de circuito de corriente Perdida de circuito de tensión Índice de calidad
Ensayos de Medidores de Energía
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