Labo.07 Verificacion y Contraste

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

EXPERIMENTO Nº 07

VERIFICACIÓN Y CONTRASTE DE MEDIDORES DE ENERGÍA “CONTRASTE POR MEDIO DE POTENCIA TIEMPO”

I.OBJETIVO Analizar y comprobar en forma experimental el contraste de medidores de energía trifásico. II.FUNDAMENTO El contraste de medidores de energía consiste en la determinación del grado de exactitud con el cual el medidor registra la energía, y en caso necesario ajustarlo para que el error este dentro de los límites establecidos por las normas correspondiente. En general todos los medidores de energía deben ser contrastados antes de ser instalado. El primer contraste se realiza en los centros de producción, luego, el comprador que por lo general es el que produce la energía eléctrica, contrasta los medidores en su propio laboratorio o lo hace contrastar en laboratorios que garanticen una buena precisión. El método potencia – tiempo o método de rotor; se mide el tiempo que tarda en girar, determinado número de vueltas, el disco al aplicar al medidor una determinada potencia. Si conoce la constante Cn del medidor expresado en Kw-h/R, y la potencia P medida con vatímetro, se calcula el tiempo nominal Tn que debe tardar el disco en efectuar N número vueltas. El tiempo Tn será: Tn = (N*3600*1000)/(Cn*P)

un se un de

Seg.

Midiendo el tiempo Tm (tiempo medido) realmente transcurrido se obtiene el error relativo. %E = 100*(Tn-Tm)/Tn

El error absoluto es: D = Tn-Tm; este concepto no se utiliza en medidores de energía. En las figuras Nº 1 y figura Nº 2, se muestran los diagramas de los circuitos que se utilizan para el contraste con carga ficticia y la verificación con carga, respectivamente, de medidores monofásico y trifásico.

1 LABORATORIO DE MEDIDAS ELECTRICAS II -EAPIEI

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS MARCO TEORICO 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.  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 análogo-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).

ELEMENTOS CONSTITUTIVOS. 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

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS 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. Estructura El medidor está constituido por las siguientes partes: 1. Bobina de Tensión 2. Bobina de Intensidad 3. Imán de frenado 4. Regulación fina 5. Regulación gruesa 6. Disco 7. Sistema de Transmisión 8. Terminales de conexión

La representación esquemática de la estructura de un medidor de inducción, se visualiza a continuación en la siguiente figura:

ENSAYO DE MEDIDORES Las reglamentaciones vigentes exigen a las Empresas Distribuidoras una supervisión periódica de los medidores de energía, por lo que éstas deben contar con sistemas de ensayo, en laboratorio o in situ, para realizar el contraste de medidores, es decir, determinar el error respecto a un medidor patrón. Para tal fin se han desarrollado sistemas rápidos y confiables, utilizando procesos digitales automatizados.

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Tipos de ensayos La recepción de una partida de nuevos medidores debe cumplir con una verificación de su estado. Se utilizan técnicas de muestreo por lotes, basada en reglas estadísticas, para dar ciertas pautas a fin de elegir los medidores a controlar. Se define como tipo de un medidor, a aquellos medidores de igual característica de fabricación. La serie de ensayos a realizar para la verificación de tipo son:  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

MÉTODOS DE ENSAYOS La Norma 2413, en lo referente a métodos de ensayos de medidores para determinar su error en el rango de corriente de trabajo, especifica dos formas de realizar los mismos:  Método potencia - tiempo  Método del medidor patrón Se describe el segundo método por ser el más utilizado. Consiste en comparar (contrastar) el medidor a verificar con uno de mayor precisión, denominado medidor patrón, del cual se conocen sus curvas características de error en todo el rango de corriente de ensayo. Los dos medidores se conectan en un mismo circuito de ensayo. La norma determina las características de las fuentes de alimentación y de los valores de corriente y tensión. 1. La variación de la frecuencia no debe exceder del ±0.5 % 2. La tensión y corrientes deben ser del tipo senoidal 3. Las variaciones de la tensión y corriente no deben exceder del ±2 % 4. El ensayo se realiza a tensión nominal. Los valores normalizados son 63.5, 110 y 380 V para los medidores trifásicos y 220 V para los medidores monofásicos. 5. Los valores de la corriente, en porciento de la corriente nominal del medidor a ensayar, son 5, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 400, 500 y 600 %In. 6. El factor de potencia varía de acuerdo al tipo de medidor. Para medidor monofásico, 0,5 ind y 1 . Para medidor trifásico, 0,25 ind, 0,5 ind, 1, 0,8 cap y 0,5 cap. Nota : los ensayos para medidores trifásicos se realizan con carga equilibrada

Tipos de Servicio en Baja Tensión. Servicio monofásico dos hilo.-

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Es aquel que se suministra desde un transformador monofásico, mediante dos conductores, un activo (fase) y un neutro. Tensión nominal 120 ó 127 Voltios.

o

SERVICIO MONOFÁSICO TRES HILOS.

Es el suministrado desde un transformador monofásico, empleando 3 conductores, dos activos (fases) y un neutro (derivado desde el centro del bobinado secundario). Tensión nominal 120/240 Voltios.

o

SERVICIO BIFÁSICO TRES HILOS

Es el suministro desde un transformador trifásico o un banco de tres transformadores monofásicos conectados en estrella (aterrado) en el lado secundario, empleando 3 conductores, dos activos (fases) y un neutro. Tensión nominal 120/208 ó 127/220 Voltios.

III EQUIPO Y/0 INSTRUMENTOS A UTILIZAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

1 3 3 1 2 1 1 1

Medidor trifásico 220V, 60 Hz, 25A. Amperímetro 0- 20 AC. Voltímetro 0 – 300 AC. Panel de resistencias. Llave de cuchilla trifásica. Multímetro digital Cronómetro. Motor trifásico 220 V, 5HP. Banco de condensadores trifásicos 25 μF 600 voltios Cables de conexión

IV PROCEDIMIENTO 1.-Instalar el circuito como se muestra en la figura Nº 3.

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A

S

W

V

KWh

R

A

220V S T

R R R

V A

2.-Regular las resistencias R aun valor previamente calculado, teniendo en cuenta la intensidad de corriente nominal del medidor. 3.-Energizar el circuito y dejar que funcione el medidor durante un tiempo nominal. 4.-Tomar un juego de valores de los instrumentos V, A, W, Kw-h, cada 2 minutos.

V CUESTIONARIO 1.-Explicar el principio de funcionamiento del medidor de energía usado en esta experiencia. Un medidor de energía censa la potencia consumida en unidad de tiempo. E= P x t P=Vx I donde: P= potencia de los equipos en watios V= tensión en voltios I=corriente en amperios E= energía consumida en unidad de tiempo en Kilowatios - hora t = tiempo en horas Existen medidores electromecánicos y estáticos (electrónicos o digitales). El principio de funcionamiento de un medidor electromecánico es el de un motor de inducción. Los electromecánicos tienen una bobina de corriente y una bobina de tensión. Estas dos bobinas producen un par motor que hace girar un disco que unido a una piñonera mueve el integrador que traduce el número de vueltas del disco (de acuerdo a una constante de relación llamada Kd) en el número de KW-hora que consume la instalación. 2.-Explique el método empleado en el contraste del medidor de energía trifásico. El método potencia – tiempo o método de rotor; se mide el tiempo que tarda en girar, un determinado número de vueltas, el disco al aplicar al medidor una determinada potencia. Si se conoce la constante Cn del medidor expresado en Kw-h/R, y la potencia P medida con un

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS vatímetro, se calcula el tiempo nominal Tn que debe tardar el disco en efectuar N numero de vueltas. El tiempo será: Tn=(N*3600*1000)/(Cn*P) Seg. Tomar un juego de valores de los instrumentos V, A, W, Kw-h, cada 5 minutos. 3.- ¿Qué importancia tiene el tiempo nominal en la experiencia realizada? El tiempo nominal hallado (de acuerdo a la formula anterior) sirve para poder conocer el error cometido en la lectura del medidor de energía al momento de su funcionamiento y así poder determinar si el error esta dentro de los límites establecidos por las normas correspondientes. 4.-Explicar otros métodos de contraste de los medidores de energía. Métodos de ensayos: Se especifican dos formas de realizar los mismos: Método potencia – tiempo (el aplicado). Método del medidor patrón Se describe el segundo método por ser el más utilizado. Consiste en comparar (contrastar) el medidor a verificar con uno de mayor precisión, denominado medidor patrón, del cual se conocen sus curvas características de error en todo el rango de corriente de ensayo. Los dos medidores se conectan en un mismo circuito de ensayo.

5.-Presentar en forma tabulada los valores de esta experiencia.

V0

V

Ia

I

W

220.4 220.4 220.4

216 218 216.4

1.1A 1.6A 2.5A

1A 1.5A 2A

400 600 900

# de Kw-h vueltas 3 0.0216 4 0.03046 6 0.0432

%

R 85 63 127.1

6.-¿Qué influencia tiene el cos0 inductivo o capacitivo en la lectura del medidor de energía. Explicar? Ya que el medidor mide la potencia en Kw-h, su medida depende de la potencia consumida y del tiempo medido, la potencia se determina según la fórmula: Y ya que la potencia depende del factor de potencia al variar este (sea inductivo o capacitivo) variara la lectura del medidor.

7.- ¿Qué indicaría el medidor de energía si se invirtiera la secuencia de fase del sistema? para los casos: Si la carga fuera balanceada. Si la carga fuera desbalanceada. El medidor indicaría que la corriente se fases sería altamente con respecto a las cargas y el tiempo se demoraría para cargas desbalanceadas. El numero de vultasd seria mayor con respecto a las cargas balanceadas. Indicaría baja error. Para las cargas balaceadas el tiempo nominal del disco seria mayor para cargas desbalanceadas con un tiempo de 7.58. El c=0.138r/wh. Y para las cargas balanceadas en tiempo seria casi lo mismo para un voltaje de 220 , el porcentaje de error seria de 5.5% con un potencia de 600w.

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8.-Si la carga fuera balanceada. En el análisis del consumo de energía eléctrica de una carga balanceada, se requiere conocer el voltaje entre líneas, las corrientes de línea y el factor de potencia de la carga trifásica. Las potencias eléctricas trifásicas que para una carga balanceada se puede calcular mediante las expresiones siguientes:

Donde: P3f _ = Potencia trifásica, en kW Q3f = Potencia reactiva trifásica, en kVAR S3f = Potencia aparente trifásica, en kVA Ulinea = Tensión entre líneas, en Voltios (V) Ilinea = Corriente de línea, en Ampere (A) cosf = Coseno del ángulo de desfase o factor de potencia de la carga trifásica. 9.-Si la carga fuera desbalanceada. Se requiere el factor de potencia por fase. Aunque en estos casos, se trata de manejar un factor de potencia promedio, especialmente cuando se diseña sistemas de compensación de energía reactiva. Las tensiones y corrientes presentan una distribución en el tiempo.

10. Presentar un mínimo de 5 observaciones deben ser claras y concisas.  El método de verificación y contraste por medidor es adecuado para verificaciones individuales.  La exactitud del método descrito no es muy alta cuando se utiliza en patrón con cargas pequeñas.  Es importante sabes que todos los medidores deben ser contrastados antes de ser instalados  Se debe tener cuidado a la hora de conectar el circuito siguiendo las líneas de las fases.  No se pudo determinar el tiempo nominal ya que la formula dada estaba errada.  Antes de realizar las medidas se tuvo que determinar la constante del medidor de energía.

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS  Al momento de medir la resistencia en caliente del foco (cuando el circuito esta energizado).  El porcentaje de error se calula dependiendo de tiempo nominal para cualquier carga balancead o desbalanceada para un voltaje de 220v.al momento de ver los valores de la corriente de cada fase ver con cuidado.

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