Medidores de Energía Eléctrica Parte II1.1 Ensayo con tensión de impulso 1.2 Ensayo de tensión resistida a frecuencia industrial 2 Ensayos relativos a los requisitos de exactitud

Mediciones Eléctricas II - Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica - Facultad de Ingeniería - UNMdP

Agosto de 2017

Mediciones Eléctricas II (3D2)

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica – Facultad de Ingeniería – UNMdP

(Cursada 2018)

Medidores de Energía Eléctrica – Parte II


Medidores de Energía Eléctrica.

MEDIDOR DE ESTADO SÓLIDO

• En un medidor digital, las señales analógicas de tensión y corriente son adquiridas ydigitalizadas tomando muestras y convirtiendo estas muestras en un registro. Una vezque se tienen las señales digitales, los valores de éstas son utilizados para estimar losparámetros requeridos para evaluar las potencias y energías del sistema

Medidor de Estado Sólido :

𝑃(𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 ) =1

𝑁 𝑣𝑛 𝑖𝑛

𝑁−1

𝑛=0

Siendo:

N: número de muestras de tensión y corriente por ciclo.

vn: valor instantáneo de tensión en el instante “n”.

in: valor instantáneo de corriente en el instante “n”.

𝑣𝑄(𝑡) = 𝑣 𝑡 −𝑇

4 = 𝑣 𝑡 −

1

4𝑓 = 𝑣 𝑡 −

𝜋

2𝜔0 𝑄(𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 ) =

1

𝑁 𝑣𝑄𝑛 𝑖𝑛

𝑁−1

𝑛=0

𝑣𝑄(𝑡) = 𝜔0 𝑣 𝑡 𝑑𝑡

𝑄(𝑟𝑒𝑎 𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 ) = 𝑆2 − 𝑃(𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 )2

𝑄(𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 ) =1

𝑁 𝑣𝑄𝑛 𝑖𝑛

𝑁−1

𝑛=0

𝑆 = 𝑉𝑅𝑀𝑆 𝐼𝑅𝑀𝑆

Alternativas usadas para

medir Q

Ecuaciones:

𝐹𝑃 =𝑃(𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 )

𝑆 𝐹𝑃 = 𝑐𝑜𝑠 𝑡𝑎𝑛−1

𝑄𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑃𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

Alternativas usadas paramedir factor de

potencia

ó

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Medidor de Estado Sólido :

5

Medidor de Estado Sólido: (modelo Ampy 5192A)

Diagrama de bloques y vista frontal de un medidor Ampy 5192A. (Fuente: www.afinidadelectrica.com )

http://www.afinidadelectrica.com/

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Diagrama de bloques y vista frontal de un medidor Ampy 5192A. (Fuente: www.afinidadelectrica.com )

Internamente está compuesto por:

•1- Display.

• 2- Circuitos de medición de

corriente.

•3- Circuitos de medición de tensión.

•4- Puerto óptico de comunicación.

•5- LEDs emisores de pulsos de

energía activa y energía reactiva.

•6- Pulsador de lectura (para

permitir a un usuario cambiar el

menú de display)

•7- Microprocesador.

•8- Memoria.

•9- Cristal oscilador.

10- Cables de conexión de entrada

de circuitos de medición

http://www.afinidadelectrica.com/

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Los terminales de estos shunt son conectados a los circuitos de corriente de la

placa donde se procede al filtrado y adaptación de las señales (amplificación

mediante el integrado LMC60 de NationalSemiconductor que es un doble amplificador

operacional de tecnología CMOS) para su conversión analógica-digital.

La medición de tensión se consigue al dividir la tensión de línea mediante divisores resistivos.

En la figura observamos las resistencias de precisión de metal film de 330 Ohm y 2 watts

de disipación.

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El medidor cuenta con un puerto de comunicación que utiliza una señal de

interfase óptica basada en el protocolo IEC 1107 para lo que se han dispuesto en la placa

un emisor (LED infrarrojo) y un receptor (detector infrarrojo).

(modelo ELSTER) (Terminal toma estado)

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El microcontrolador M30620ECFP de Mitsubishi Microcomputers, también llamado

microcomputadora de un solo chip, es el cerebro del medidor. Este chip de cien

contactos trae integradas todas las funciones necesarias para la medición y registro de datos

Toda la información del medidor es registrada en una memoria FRAM FM24C16a de Ramtroncontrolada por el microprocesador. Todos los

registros de kWh son almacenados en la memoria y actualizados

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Smart Meter:

Se sugiere observar los siguientes videos

Video 1: Smart Meter por GSM de la empresa argentina DISCAR

https://www.youtube.com/watch?v=qcohiHgvvxQ

Video 2: Smart Meter por PLC de la empresa argentina DISCAR

https://www.youtube.com/watch?v=eLmZxl4Ix7I














Medidores de Energía Eléctrica.

COSTRASTE DE MEDIDOR

Normas a considerar• Instrumentos Analógicos:

-IRAM N° 2410 (definiciones)

- IRAM N° 2411 (especifica los ensayos a realizar)

- IRAM N° 2412 (especifica ensayos para un lote)

- IRAM N° 2413 (especifica condiciones y la forma de hacer los ensayos)

• Instrumentos Digitales :- IRAM N° 2420 y 21 (especifican condiciones y la forma de hacer los ensayos)

- IRAM N° 2422 (especifica ensayos para un lote)

- Normas IEC 62052/53

verdaderaEnergía

verdaderaEnergíamedidaEnergíae

CONTRASTE Y VERIFICACION

Medidores de Energía

Potencia- Tiempo:

Medidores de Energía: Contraste y Verificación

Dos métodos de contraste: a) Potencia - Tiempob) Con Medidor Patrón

Con Wattímetro y cronómetroa) Bobina amperométrica medidor en serie con bobina amperométrica del W.-b) Bobinas voltimétricas del medidor y W en paralelo.

1PtAPWK

NAN

m

i

)( elEn

vueltasEn t1

1

1

Pt

PtK

N

A

AAe mi

P=cte en t1!

Para un medidor de

inducción de constante de

lectura Km

Km = Cte medidor (vueltas/kWh)

Con medidor patrón


Dos métodos de contraste: a) Potencia - Tiempob) Con Medidor Patrón

Ventaja: P no es necesario que sea cte. a) Bobinas amperométricas en serie y voltimétricas en paralelo.

Si llamamos:Km= Constante patrónNp= Nº de vueltas que giró el disco del med. Patrón.Kmx= constante medidor a verificarNpx=Nº de vueltas que giró el disco medidor a verificar.

Para un medidor de inducción

P

P

P

P

mX

PX

P

Px

K

N

K

N

K

N

A

AAe

1mXP

mPX

KN

KNe

Medidores de Energía: Contraste y VerificaciónCualquiera de los métodos de contraste ( Potencia – Tiempo ó con Medidor Patrón) pueden realizarse con una carga real o con una carga “ficticia”

Ejemplos de Contraste:

1) Con una carga real: Si el medidor es UN=220V e IN= 5A. Pn (necesaria)=1.1Kw

2) Con carga ficticia (equipo de contraste)a) Fuente de Tensión: 220V y una I del orden de los mAb) Fuente de corriente: 5A y una tensión del orden de los mV

Ejemplo carga “ficticia” electromecánica:

a) Igual velocidad de los alternadores

Igual frecuencia en ambos electroimanes.

b) Uno de los estatores puede ser girado

respecto del rotor Variación

del cos(fi)

Casi no disipa potencia

Ejemplo carga “ficticia”

electrónica portátil


Cualquiera de los métodos de contraste ( Potencia – Tiempo ó con Medidor Patrón) pueden realizarse con una carga real o con una carga “ficticia”

Tri: Transformador

de corriente

Tru: Transformador-

desfasador de Tensión

Ejemplo con carga real.(método de potencia tiempo)

Ejemplo con carga ficticia(método de potencia tiempo)


Cualquiera de los métodos de contraste ( Potencia – Tiempo ó con Medidor Patrón) pueden realizarse con una carga real o con una carga “ficticia”

Ejemplo con carga ficticia(método de medidor patrón)

Ejemplo con carga real.(método de medidor patrón)

Banco de ensayo para N medidores

Ajuste de las distintas cuplas

1) P= 100% Un=100% In= 100% cos fi= 1 (ajuste de cupla de frenado)

2) P= 50% Un=100% In= 100% cos fi= 0,5 (ajuste de condición de 90°)

3) P= 10% Un=100% In= 10% cos fi= 1 (ajuste de cumpla auxiliar)

4) Un= 110% I= 0 (sin carga) …………….NO girará5) Un= 100% In= 100% cos fi= 0………..NO girará6) Un= 100% In= 0,5% cos fi= 1………..Arrancará

Medidores de Energía de Inducción: Regulación

Verificación de la cupla auxiliar

Ajuste de cupla de frenado: Se mueve el brazo de palanca

100% de la In y con cos fi = 1



Regulación con carga inductiva:.-100% de la In y cos fi =0,5

Ajuste de la condición de 90°: Se ajustan los flujos en los electroimanes de tensión y/o corriente



Regulación con carga: -10% de la In y cos fi =1

)('''' BB senKCax

Cupla auxiliar



Ajuste de la cupla auxiliar: Se ajustan el tornillo o placa deslizante sobre el polo voltimétrico para generar la cupla que compense el rozamiento.

Marcha en vacío: Se verifica que sin carga y con el 80% y 110% de la Tensión nominal no debe girar. Eventualmente se reajusta la cupla auxiliar

)('''' senKCa BBx Cupla auxiliar



Arranque: Se verifica el “enganche magnético. Se realiza con la Un. Se aplica en forma gradual la corriente desde 0,1% hasta alcanzar 0,5% de In. a cos fi=1. No girará mas de una vuelta. En valor superior a 0,5% de In. Deberá girar normalmente.



Rigidez dieléctrica a frecuencia industrial y con onda de impulsoMarcha en vacíoArranqueVerificación de la constanteInfluencia de la variación de la corrienteInfluencia de la variación de la tensiónInfluencia de la variación de la frecuenciaInfluencia de la variación de la temperatura ambiente Influencia de la variación de la posición del medidor Influencia de campos magnéticos externos.Influencia de la forma de onda (armónicos)Influencia del rozamiento del numeradorVerificación de la estabilidad con baja cargaVerificación del efecto de autocalentamientoVerificación de márgenes de ajuste Perdida de circuito de corrientePerdida de circuito de tensión

Luego de ajustadas las cuplas se hacen estos ensayos (IRAM 2413)

Medidores de Energía de Inducción: Contraste y Verificación

.- Variación de Potencia no mayor +- 0,1% método de Potencia-Tiempo.

.- Variación de V e I : menor a +- 2% para contraste con Medidor Patrón.

.- Tensión y corriente sinusoidal cuyo factor de distorsión no exceda el 3%.

.- Variación de la corriente: 5,10,20,50,100, 200, 300, 400, 500, 600 de % In.

.- Variación de frecuencia no mayor al +- 0,5%.

.- Factor de potencia: Para monofásico 0,5 y 1.Para trifásico 0,25, 0,5 induc. 1 0,8 0,5 capac.

.-Temperatura ambiente: 23°C. +- 2°C

.- Los medidores permanecerán conectados 1 hora antes.

.- Los instrumentos y demás aparatos garantizarán que la incertidumbre no sea mayor a +- 0,4% con cos fi=1 y +- 0,6% con cos fi= 0,5 inductivo.

Consideraciones a tener en cuenta en un contraste (Medidor de Inducción)


Errores límites aceptables por Norma IRAM :


Determinación de los errores para distintos valores de la corrienteSe contrastan valores de (5, 10, 20, 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500)% In debiéndose cumplir con la tabla anterior,

1 Ensayos dieléctricos1.1 Ensayo con tensión de impulso1.2 Ensayo de tensión resistida a frecuencia industrial

2 Ensayos relativos a los requisitos de exactitud2.1 Verificación de la constante del medidor2.2 Ensayo del arranque2.3 Ensayo de marcha en vacío2.4 Ensayo de la influencia de la temperatura ambiente2.5 Ensayo de las magnitudes de influencia

Variación de corriente.Amónicos

3 Ensayos de los requisitos eléctricos3.1 Pérdidas y consumos, en los circuitos de tensión y de corriente3.2 Ensayos de influencia de la tensión de alimentación3.3 Ensayo de influencia de las sobrecorrientes de corta duración3.4 Ensayo de la influencia del autocalentamiento3.5 Ensayo de la influencia del calentamiento3.6 Ensayo de inmunidad contra las fallas a tierra

Ensayos (IRAM 2420)

Medidores de Energía de Estado Sólido: Contraste

4 Ensayos de compatibilidad electromagnética (CEM)4.1 Medición de perturbaciones radioeléctricas4.2 Ensayos con transitorios eléctricos4.3 Ensayo de inmunidad a los campos electromagnéticos HF4.4 Ensayo de inmunidad contra las descargas electrostáticas

5 Ensayos de las influencias climáticas5.1 Ensayo de calor seco5.2 Ensayo de frío5.3 Ensayo cíclico de calor húmedo5.4 Ensayo de radiación solar

6 Ensayo de los requisitos mecánicos6.1 Ensayo de resistencia a las vibraciones6.2 Ensayo de impacto6.3 Ensayo de impacto con martillo a resorte6.4 Ensayos de protección contra la penetración de polvo y de agua6.5 Ensayo de resistencia al calor y al fuego

Ensayos (IRAM 2420)

Medidores de Energía de Estado Sólido: Contraste

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Errores límites aceptables por Norma IRAM :

Medidores de Energía de Estado Sólido:

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