52
MEDICION DE LA ENERGIA ELECTRICA

Medida de La Energia Electrica (Clases)

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDICION DE LA ENERGIA

ELECTRICA

Page 2: Medida de La Energia Electrica (Clases)

ENERGIA ELECTRICA

ASPECTOS GENERALES

Page 3: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• INTRODUCCIONMedir la energía eléctrica, permite determinar y facturar el consumo de los usuarios, así como calcular el factor de carga, la máxima demanda, etc . de una instalación especifica.

• CONCEPTO Trabajo desarrollado por la potencia en un determinado tiempo. Se definen dos tipos de energía:Energía Activa y Reactiva.

ENERGIA ELECTRICA

• Energía ActivaÁrea bajo la curva de la ecuación de potencia activa instantánea.

Page 4: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Energía Activa …En T/2 (+), la carga recibe energía de la fuente; y en T/2 (-) devuelve a la fuente, una parte de la energía recibida:

E = E(+) – E(-)

Se tiene:

t, tiempo de carga conectada a la fuente.

Unidades: WH, KWH y MWH

• Energía Reactivadesarrollada por las cargas reactivas L y C del sistema.

Expresado por:

Unidades: VARH, KVARH, MVARH

ENERGIA ELECTRICA

Page 5: Medida de La Energia Electrica (Clases)

ENERGIA ACTIVA Y REACTIVA

• Ejemplo 1.Una carga monofásica de impedancia Z, alimentado por 220 V, funciona durante 3 horas y 40 minutos diarios. Determinar:

a) La función de potencia senoidal para los siguientes casos:Z1= R = 55 Ω; Z2= L = 1.8 H; Z3= R + jwL, con R=15 Ω y L= 1.2 H.

b) La energía activa y reactiva consumida mensualmente para cada uno de los casos anteriores.

• Ejemplo 2.Repetir el problema anterior para un sistema trifásico, cuando:

a) Cada caso es un carga trifásica equilibrada.b) Una carga desequilibradas con: Za = Z1, Zb=Z2 y Zc = Z3.

Page 6: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Ejemplo 3.Un motor trifásico de 15 HP, 220 V, 60 Hz, fdp 0.9 y η= 92 %; funciona diario como sigue: 3 horas al 30 %, 5 horas al 50% y 4 horas al 85%. Determinar:

a) El diagrama de carga y máxima demanda, diario y mensual correspondienteb) La energía activa y reactiva que consume mensualmente

• Ejemplo 4.Un domicilio tiene una carga monofásica instalada de 5 KW (cocina, ducha, lavadora, alumbrado, sonido, video, etc). Su consumo horario diario es como sigue: De 6 a 8, 1 KW; De 8 a 12, 3 KW; De 12 a 14, 2.5 KW; De 14 a 18, 1.5 KW; De 18 a 22, 4.2 KW ; De 22 a 24, 1.5 KW. Determinar:

a) El diagrama de carga y máxima demanda, diario y mensual correspondienteb) La energía que consume mensualmente el usuario.

ENERGIA ACTIVA Y REACTIVA

Page 7: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES DE ENERGIA ELECTRICA

WATTHORIMETROTECNOLOGIAS DE CONSTRUCION Y

FUNCIONAMIENTO

Page 8: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES ELECTROMECANICOS

Page 9: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES ELECTROMECANICOS

• Estructura y principio de funcionamiento

• Los flujos de tensión y corriente (Φi , Φu), producen corrientes inducidas (IDi, IDu), en el disco, los mismos que interactuando con los flujos anteriores, producen un par motor Mm, que hace girar al rotor de aluminio.

Page 10: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Inicialmente, el disco gira lentamente, y a medida que aumenta su velocidad, el par de frenado MF dado por el imán, también aumenta, hasta alcanzar un estado de equilibrio entre los momentos Mm y MF , entonces el disco gira con una velocidad constante, cuyo número de vueltas es proporcional a la energía consumida:

MEDIDORES ELECTROMECANICOS

Page 11: Medida de La Energia Electrica (Clases)

CARACTERISTICAS DE LOS MEDIDORES ELECTROMECANICOS

• De construcción robusta• Soportan sobrecargas• Bajo nivel de precisión y exactitud• Alto costo de construcción• Generalmente de función única• Medidores especiales de doble

función

Page 12: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES DIGITALES

Page 13: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Los medidores electrónicos, entre muchas de sus bondades, permiten la aplicación de diferentes tarifas, haciendo más eficiente la producción y el consumo de la energía eléctrica.

• En el diseño y fabricación de los medidores electrónicos digitales, se identifican 2 tecnologías específicas:

a) Medidores con tecnología DFSb) Medidores con tecnología DSP.

MEDIDORES ELECTRONICOS O DIGITALES

Page 14: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Estructura y principio de funcionamiento:

• Un sensor Hall, DFS (Sensor de campo directo), multiplica la tensión y corriente, y genera la potencia sinusoidal, que es convertida a frecuencia, y luego procesada por el microcontrolador, y finalmente mostrar en display el valor de la energía consumida.

MEDIDORES DIGITALES CON TECNOLOGIA DFS

Page 15: Medida de La Energia Electrica (Clases)

Sensor Hall DFS

• Dispositivo similar al sensor Hall vatimétrico, que consta básicamente de un núcleo de ferrita, un sensor Hall semiconductor, y un amplificador de señal.

Page 16: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Estructura y principio de funcionamiento:

MEDIDORES DIGITALES CON TECNOLOGIA DSP Y MUESTREO/RETENCION

La tecnología DSP, primero digitaliza la tensión y corriente mediante los ADC, con técnicas de muestreo y retención, luego, los multiplica digitalmente, y genera así la potencia sinusoidal p(t) de tipo digital, lo procesa, hasta mostrar su valor en diplay.

Page 17: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Un circuito de Muestra y Retención (S/H: Sample and Hold), se utiliza para capturar el valor de una magnitud en un momento especifico, y retenerlo hasta que se tome la próxima muestra, de tal forma que si la señal es variable, los valores de muestra se mantengan estables hasta que finalice el proceso.

MUESTREO Y RETENCION

• Funcionamiento básico: • Cuando el interruptor (S) esta

cerrado, el voltaje a través del condensador sigue (muestrea) al voltaje aplicado Vi, y cuando el interruptor se abre el condensador mantiene (retiene) el voltaje alcanzado en ese momento.

Page 18: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MUESTREO Y RETENCION PARA ONDA SINUSOIDAL

Page 19: Medida de La Energia Electrica (Clases)

CUANTIZACION DE SEÑALES

Page 20: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• La velocidad de caída• Es la velocidad de cambio en el

voltaje de salida cuando el dispositivo esta en el modo de retención, y es una función de la corriente de perdida o caída; Id, y la capacitancia C.

• Un dispositivo típico de S/H (LF348) , con C de 1000pF, tienen una corriente de caída de 30 pA y un tiempo de adquisición de 4 useg dentro del 0.1 % de error.

CARACTERISTICAS Y CIRCUITO PRACTICO DE S/H

• Tiempo de adquisición• Tiempo que tarda el voltaje de salida

en alcanzar su valor final, dentro de un error especificado, depende de la máxima corriente que el Amp 1 pueda suministrar al condensador.

Page 21: Medida de La Energia Electrica (Clases)

ESQUEMA DE BLOQUES BASICO DEL MEDIDOR DIGITAL DSP

El microprocesador DSP (Procesador digital de señales), realiza la operación de multiplicación e integración de la potencia instantánea, y obtiene el valor medio o potencia activa.

El funcionamiento de todos los dispositivos es integrado y verificado por un micro controlador .

Page 22: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Los DSP, son dispositivos programables que ejecutan operaciones matemáticas complejas en un solo ciclo de reloj, a través de sus unidades Multiplicadora y Alu, e Incluye:

• Memoria caché, donde almacena las instrucciones mas utilizadas,

• Memoria de programas y datos, donde ejecuta el software especifico.

Microprocesador DSP

Page 23: Medida de La Energia Electrica (Clases)

DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN MEDIDOR ELECTRÓNICO

Page 24: Medida de La Energia Electrica (Clases)

CARACTERISTICAS DE LOS MEDIDORES DIGITALES

• Permiten la facturación multitarifa.• Multifuncionales, miden energía activa, reactiva y aparente, demanda

máxima, tensión de línea, corriente, factor de potencia, y otras características de la red, que determinan la calidad de energía.

• Memoria no volátil para almacenar datos del sistema eléctrico.• Sistemas anti fraude.• Sistemas de comunicación para lectura remota o telemetría.• Sistemas inteligentes sobre el suministro de energía (detección de

apagones, desconexión remota, prepago, administración de cargas).• Son de alta precisión (0.1 %).• Robustez relativa

Page 25: Medida de La Energia Electrica (Clases)

TIPOS DE MEDIDORES DE ENERGIA

Page 26: Medida de La Energia Electrica (Clases)

Son aquellos que miden la energía consumida por cargas monofásicas, instaladas en redes, directa o indirectamente mediante TC. Generalmente son de 5 A nominales, 30 A máximos, 220 V y 440 V.

MEDIDORES MONOFASICOS:

Page 27: Medida de La Energia Electrica (Clases)

Son aquellos que miden la energía consumida por cargas trifásicas, instaladas en redes de 3 líneas de baja tensión directa o indirectamente mediante TC. Generalmente son de 10 A de corriente nominal y 100 A de corriente máxima, de 220 V nominales y 250 V. de tensión máxima.

MEDIDORES TRIFASICOS DE TRES LINEAS

Page 28: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Son aquellos que miden la energía consumida por cargas trifásicas, instaladas en redes de 4 líneas de baja tensión directa o indirectamente mediante TC. Generalmente son de 30 A de corriente nominal, 100 A de corriente máxima, 380/220 V, con tensión máxima de 400 V.

MEDIDORES TRIFASICOS DE CUATRO LINEAS:

Page 29: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES POR LA CLASE DE EXACTITUD

Page 30: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES CLASE 0.5

• Utilizados en los sistemas de Generación, Transmisión, y en la comercialización de la energía en bloque a usuarios de la gran industria, empresas distribuidoras, y con suministro de la energía en barras de alta, media o baja tensión, con TT y TC. Son trifásicos, programables y multifuncionales.

Page 31: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES CLASE 1Utilizados en la venta de energía a usuarios de la mediana industria, y el comercio, con suministro en barras, de alta, media o baja tensión; son monofásicos o trifásicos, programables y multifuncionales, con TT y TC

MEDIDORES CLASE 2Utilizados en la medición de energía, en viviendas, y en el sector de la pequeña industria y el comercio, con cargas menores a 20KW. Pueden ser monofásicos ó trifásicos, multifunción ó de función fija, con ó sin TC.

Page 32: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES POR EL TIPO DE FUNCION

Page 33: Medida de La Energia Electrica (Clases)

Son medidores que miden la energía activa durante las 24 horas, sin distinguir horarios de demanda. Se aplican en residencias, pequeños comercios, y pequeños centros industriales como talleres u otros, etc.

MEDIDORES DE FUNCIÓN UNICA O FIJA.

Ejemplo:• Medidor electrónico residencial

Siemens Metering modelo ZMD120, clase de precisión 2, corriente nominal de 5, 10, 20 y 40 A, corriente máxima de 100A, con interfase óptica de comunicación, tecnología DFS.

Page 34: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Son medidores, cuyas diferentes funciones se programan por software, como medir la energía activa y reactiva en diferentes horarios, la máxima demanda cada 15 minutos, determinar el perfil de carga, medir la tensión y corriente instantánea, etc.

MEDIDORES DE FUNCIÓN MULTIPLE

Ejemplo:Contador trifásico AS 1440 de ELSTER, mide y registra, energía activa, reactiva y aparente, anti fraude, perfil de carga, valores instantáneos de v, i, f, interfaz óptica y RS-485, software alphaset, (Windows 2000, XP), medición en 4 cuadrantes (+/-P,+/-Q), multitarifario (8 tarifas de energía y 4 de MD), clase 1 en CD y 0.5S para TC.

Page 35: Medida de La Energia Electrica (Clases)

EJEMPLO DE MEDIDORES PROGRAMABLES

• Medidores Landis y Gir modelo ZMD128A, trifásico, de energía activa de BT, multitarifa, tensiones de 120V ó 240V, 60Hz; corriente de 15A y 120 A, sistema anti fraude, clase 1; memoria EEPROM, tecnología DFS

• Contador monofásico multitarifa ME420 con curva de carga e indicador de máxima demanda (MD) mide la energía activa de forma bidireccional, clase 1 ó 2, para uso comercial y domestico, tecnología DSP.

• Medidor Trifásico , mide E.Activa y E.Reactiva, Multitarifa, conexión Delta o Estrella. Bidireccional, Autorrango, Clase 1.

Page 36: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Para la selección y adquisición comercial de los medidores digitales de energía, debe especificarse las características técnicas más importantes, siendo estas las siguientes

ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS MEDIDORES DE ENERGIA ELECTRICA

Características técnicas Monofásicos Trifásicos

Clase o precisión 0,5 % a 2 % 0,5 % a 2 %Corriente nominal (A) 5, 10, 15, 20 5, 10, 15, 20 Corriente máxima (A) 20, 30, 40, 50, 60, 100,

12020, 30, 40, 50, 60, 100, 120

Tensión nominal (Volt.) 220; 230; 240 3x 220 / 380 ; 3x 230 / 400

Corriente de arranque 0,4 % In 0,4 % In.Rangos de tensión 0,8 Vn a 1,7 Vn 0,8 Vn a 1,15 VnFrecuencia 50 a 60 Hz. 50 a 60 HzConsumos:- Circuito de tensión- Circuito de corriente

< 2 W / 10 VA x linea< 4 VA.

< 2 W / 10 VA x linea< 4 VA.

Nivel de asilamiento 2 KV, 50 Hz, 1 min. 2 KV, 50 Hz, 1 min.

Page 37: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES DE ENERGIA PRE PAGO

Page 38: Medida de La Energia Electrica (Clases)
Page 39: Medida de La Energia Electrica (Clases)
Page 40: Medida de La Energia Electrica (Clases)
Page 41: Medida de La Energia Electrica (Clases)
Page 42: Medida de La Energia Electrica (Clases)
Page 43: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES DE FUNCIÓN INTELIGENTE

Page 44: Medida de La Energia Electrica (Clases)

• Son medidores de función múltiple, utilizados en sistemas de lectura automática (AMR), que pueden ser programados para realizar tareas adicionales como corte y re conexión de cargas, envío y recepción de datos, etc.

• Ejemplo:Medidor monofásico de MTC, comunicación por onda portadora, mide y registra potencia, energía activa, reactiva, tensión y corriente, sistema anti fraude, multitarifario, corte y re conexión automática.

MEDIDORES DE FUNCIÓN INTELIGENTE

Page 45: Medida de La Energia Electrica (Clases)

Equipo electrónico de alta tecnología, que centraliza la medida del consumo de energía de varios usuarios o cargas, sean monofásicas o trifásicas

MEDIDORES CONCENTRADORES

Los equipos concentradores , pueden ser de dos tipos:a) Concentradores localesb) Concentradores de datos remotos

Page 46: Medida de La Energia Electrica (Clases)

MEDIDORES CONCENTRADORES LOCALES

Se aplican en la medida de la energía, donde los usuarios están concentrados en un área local, como edificios multifamiliares, centros comerciales multiuso, y similares.

La lectura de este tipo de concentradores es de carácter local, es decir se realiza en el lugar donde se encuentra instalado dicho equipo.

Especificaciones• Capacidad: Decenas de medidores

monofásicos ó trifásicos• Tensión nominal: 220 / 400 V.• Corriente nominal: 5 A a 10 A. • corriente máxima: 50 A a 100 A• Puertos de comunicación:

óptico(local) y PLC (remoto)

Page 47: Medida de La Energia Electrica (Clases)

VENTAJAS• Permite el registro de

diferentes opciones tarifarias.

• Reducción de espacio y costos, de instalación y operación.

• Confiabilidad en la medida

• Lectura de los equipos en un área determinada.

• Posibilidad de corte y re conexión remota.

MEDIDORES CONCENTRADORES LOCALES

Page 48: Medida de La Energia Electrica (Clases)

Se aplican en la recolección de la medida de la energía, donde los usuarios están concentrados en un área o zona, como Urbanizaciones, barrios residenciales o similares.

Son utilizados en sistemas AMR, (sistema de lectura automática de medidores), donde recolecta los datos de varios medidores, almacena los mismos, y los envía a un centro de control a través de enlaces de comunicación.

MEDIDORES CONCENTRADORES DE DATOS REMOTO

Page 49: Medida de La Energia Electrica (Clases)

Ejemplo de Concentrador

El Concentrador de datos de Systela, modelo DTC-1000

• Administra y controla los medidores, y gestiona el tráfico bidireccional mediante TCP/IP

• Permite la utilización de cualquier enlace para la comunicación entre los concentradores y el servidor de datos.

• Sistema operativo LINUX.• Puerto Serie disponible para

GPRS/GSM

• Administra los medidores detectando su estado: activo o inactivo y fase.

• Recolecta información cada media hora y la mantiene

Page 50: Medida de La Energia Electrica (Clases)

Ejemplos aplicativos1. Un medidor de energía residencial monofásico de función única, ha

registrado un consumo de energía de 80 KWH. Determinar la facturación correspondiente del mes, para una tarifa BT5B, cuyo pliego tarifario es:

• Cargo fijo: S/. 2.29• Costo de Energía total: S/. 0.3833 por KWH• Costo de alumbrado público: S/. 0.27• Los factores para Alumbrado Público es:

Page 51: Medida de La Energia Electrica (Clases)

2. Un medidor residencial monofásico, programable de función múltiple, ha registrado los siguientes consumos:

• Energía Activa HP: 75 KWH• Energía Activa FP: 252 KWH• Determinar la facturación

mensual, si los pliegos tarifarios para la tarifa BT5A(a) y BT5A(b), son:

Ejemplos aplicativos

Page 52: Medida de La Energia Electrica (Clases)

3. El medidor trifásico programable de función múltiple, instalado en un taller con tarifa BT3, ha registrado los siguientes consumos en KWH y KW respectivamente:

• Determinar la facturación mensual

Ejemplos aplicativos