Conceptos Basicos y Medidores de Energia

ITH-Mecnica CONCEPTOS DE MEDICION

Conceptos de Medicin Pgina 1 de 35

I N D I C E

1.0- CONCEPTOS BSICOS. .......................................................................................................................... 2

1.1-VOLTAJE. ....................................................................................................................................................... 2 1.2-CORRIENTE. ................................................................................................................................................. 3 1.3-POTENCIA ELCTRICA .............................................................................................................................. 7 1.5-CLCULO DE LA POTENCIA DE CARGAS REACTIVAS .................................................................. 11 1.6-TRIANGULO DE POTENCIAS ................................................................................................................. 12 1.6-FACTOR DE POTENCIA. .......................................................................................................................... 14

3.0- MEDIDORES DE ENERGA .................................................................................................................. 16

3.1- CLASIFICACIN DE LOS MEDIDORES DE ENERGA. .................................................................. 16 3.1- CLASES DE EXACTITUD ........................................................................................................................ 17 3.2-TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO, TC,S TPI TPC.............................................................. 18 3.3-EL MEDIDOR DE ENERGA DE DISCO DE INDUCCIN. .............................................................. 25 3.4-PRACTICA DEMOSTRATIVA. ................................................................................................................. 33 3.5-MEDIDORES ELECTRNICOS. ............................................................................................................. 33 3.6-EL MEDIDOR ARTECHE. ......................................................................................................................... 35

REFERENCIAS ..................................................................................................................................................... 35



1.0- CONCEPTOS BSICOS.

1.1-VOLTAJE.

El voltaje, tensin o diferencia de potencial es la presin que ejerce una fuente de

suministro de energa elctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas elctricas o

electrones en un circuito elctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente

elctrica.

A mayor diferencia de potencial o presin que ejerza una fuente de FEM sobre las cargas

elctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor ser el voltaje o tensin

existente en el circuito al que corresponda ese conductor.

Las cargas elctricas en un circuito cerrado fluyen del polo negativo al polo positivo de la

propia fuente de fuerza electromotriz.

La diferencia de potencial entre dos puntos de una fuente de FEM se manifiesta como la

acumulacin de cargas elctricas negativas (iones negativos o aniones), con exceso de

electrones en el polo negativo() y la acumulacin de cargas elctricas positivas (iones positivos o cationes), con defecto de electrones en el polo positivo (+) de la propia fuente

de FEM.

A la izquierda podemos apreciar la estructura completa de un tomo de cobre (Cu) en

estado "neutro", con un solo electrn girando en su ltima rbita y a la derecha un "in"

cobre, despus que el tomo ha perdido el nico electrn que posee en su rbita ms

externa. Debido a que en esas condiciones la carga positiva de los protones supera a

las cargas negativas de los electrones que an continan girando en el resto de las

rbitas, el in se denomina en este caso "catin", por tener carga positiva.

En otras palabras, el voltaje, tensin o diferencia de potencial es el impulso que necesita

una carga elctrica para que pueda fluir por el conductor de un circuito elctrico cerrado.

Este movimiento de las cargas elctricas por el circuito se establece a partir del polo

negativo de la fuente de FEM hasta el polo positivo de la propia fuente.



1.2-CORRIENTE.

Lo que conocemos como corriente elctrica no es otra cosa que la circulacin de cargas o

electrones a travs de un circuito elctrico cerrado, que se mueven siempre del polo

negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

En un circuito elctrico cerrado la. corriente circula siempre del polo. negativo al polo

positivo de la. fuente de fuerza electromotriz. (FEM),

Quizs hayamos odo hablar o ledo en algn texto que el sentido convencional de

circulacin de la corriente elctrica por un circuito es a la inversa, o sea, del polo positivo al

negativo de la fuente de FEM. Ese planteamiento tiene su origen en razones histricas y no

a cuestiones de la fsica y se debi a que en la poca en que se formul la teora que

trataba de explicar cmo flua la corriente elctrica por los metales, los fsicos desconocan

la existencia de los electrones o cargas negativas.

Al descubrirse los electrones como parte integrante de los tomos y principal componente

de las cargas elctricas, se descubri tambin que las cargas elctricas que proporciona una

fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo () hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley fsica de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se

rechazan". Debido al desconocimiento en aquellos momentos de la existencia de los

electrones, la comunidad cientfica acord que, convencionalmente, la corriente elctrica se

mova del polo positivo al negativo, de la misma forma que hubieran podido acordar lo

contrario, como realmente ocurre. No obstante en la prctica, ese error histrico no influye para nada en lo que al estudio de la corriente elctrica se refiere.

REQUISITOS PARA QUE CIRCULE LA CORRIENTE ELCTRICA:

Para que una corriente elctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de tres

factores fundamentales:

1. Fuente de fuerza electromotriz (FEM). 2. Circuito. 3. Carga o resistencia conectada al



circuito. La flecha 4 indica el sentido de circulacin de la corriente elctrica.

Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejemplo, una batera, un generador o

cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas elctricas

negativas cuando se cierre el circuito elctrico.

Un camino (circuito) que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo

negativo de la fuente de suministro de energa elctrica hasta el polo positivo de la propia

fuente. En la prctica ese camino lo constituye el conductor o cable metlico, generalmente

de cobre.

Una carga o consumidor conectada al circuito que ofrezca resistencia al paso de la corriente

elctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma energa

elctrica como, por ejemplo, una bombilla o lmpara para alumbrado, el motor de cualquier

equipo, una resistencia que produzca calor (calefaccin, cocina, secador de pelo, etc.), un

televisor o cualquier otro equipo electrodomstico o industrial que funcione con corriente

elctrica.

Cuando las cargas elctricas circulan normalmente por un circuito, sin encontrar en su

camino nada que interrumpa el libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante un

circuito elctrico cerrado. Si, por el contrario, la circulacin de la corriente de electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga conectada deja de recibir corriente,

estaremos ante un circuito elctrico abierto. Por norma general todos los circuitos elctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando un interruptor que se instala en el

camino de la corriente elctrica en el propio circuito con la finalidad de impedir su paso

cuando se acciona manual, elctrica o electrnicamente.

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELCTRICA

La intensidad del flujo de los electrones de una corriente elctrica que circula por un circuito

cerrado depende fundamentalmente de la tensin o voltaje (V) que se aplique y de la

resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente la carga o consumidor

conectado al circuito. Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la

cantidad de electrones que circulen por el circuito ser mayor en comparacin con otra

carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice ms el paso de los electrones.

Analoga hidrulica. Si tenemos dos depsitos de lquido de igual capacidad, situados a una

misma altura, el caudal de salida de lquido del depsito que tiene el tubo de salida de

menos dimetro ser menor que el caudal que proporciona otro depsito con un tubo de

salida de ms ancho o dimetro, pues este ltimo ofrece menos resistencia a la salida del

lquido.

El tubo del depsito "A", al tener un dimetro reducido, ofrece ms resistencia a la salida

del lquido que el tubo del tanque "B", que tiene mayor dimetro. Por tanto, el caudal o

cantidad de agua que sale por el tubo "B" ser mayor que la que sale por el tubo "A".

De la misma forma, una carga o consumidor que posea una resistencia de un valor alto en

ohm, provocar que la circulacin de los electrones se dificulte igual que lo hace el tubo de

menor dimetro en la analoga hidrulica, mientras que otro consumidor con menor

resistencia (caso del tubo de mayor dimetro) dejar pasar mayor cantidad de electrones.

La diferencia en la cantidad de lquido que sale por los tubos de los dos tanques del



ejemplo, se asemeja a la mayor o menor cantidad de electrones que pueden circular por un

circuito elctrico cuando se encuentra con la resistencia que ofrece la carga o consumidor.

La intensidad de la corriente elctrica se designa con la letra ( I ) y su unidad de medida en

el Sistema Internacional ( SI ) es el ampere (llamado tambin amperio), que se identifica con la letra ( A ).

EL AMPERE

De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente elctrica en ampere ( A ) que circula por un

circuito est estrechamente relacionada con el voltaje o tensin ( V ) e inversamente a la

resistencia en ohm ( ) de la carga o consumidor conectado al circuito.

Definicin del ampere

Un ampere (1 A ) se define como la corriente que produce una tensin de un volt ( 1 V ),

cuando se aplica a una resistencia de un ohm ( 1 ).

Un ampere equivale una carga elctrica de un coulomb por segundo (1C/seg ) circulando

por un circuito elctrico, o lo que es igual, 6 300 000 000 000 000 000 = ( 6,3 1018 ) (seis

mil trescientos billones) de electrones por segundo fluyendo por el conductor de dicho

circuito. Por tanto, la intensidad ( I ) de una corriente elctrica equivale a la cantidad de

carga elctrica ( Q ) en coulomb que fluye por un circuito cerrado en una unidad de tiempo.

Los submltiplos ms utilizados del ampere son los siguientes:

miliampere ( mA ) = 10-3 A = 0,001 ampere

microampere ( A ) = 10-6 A = 0, 000 000 1 ampere

MEDICIN DE LA INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELCTRICA

La medicin de la corriente que fluye por un circuito cerrado se realiza por medio de un

ampermetro o un. miliampermetro, segn sea el caso, conectado en serie en el propio

circuito elctrico. Para medir. amperes se emplea el "ampermetro" y para medir

milsimas de ampere se emplea el miliampermetro.

La intensidad de circulacin de corriente elctrica por un circuito cerrado se puede medir

por medio de un ampermetro conectado en serie con el circuito o mediante induccin



electromagntica utilizando un ampermetro de gancho. Para medir intensidades bajas de

corriente se puede utilizar tambin un multmetro que mida miliampere (mA).

Ampermetro

de gancho Multmetro digital Multmetro analgico

El ampere como unidad de medida se utiliza, fundamentalmente, para medir la corriente

que circula por circuitos elctricos de fuerza en la industria, o en las redes elctricas

domstica, mientras que los submltiplos se emplean mayormente para medir corrientes de

poca intensidad que circulan por los circuitos electrnicos.

TIPOS DE CORRIENTE ELCTRICA

En la prctica, los dos tipos de corrientes elctricas ms comunes son: corriente directa

(CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo

sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM)

que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las

pilas, bateras y dinamos.

Grfico de una corriente directa (C.D.) o continua (C.C.). Grfico de la sinusoide que posee una corriente alterna (C.A.).

La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulacin

peridicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en

hertz (Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa (C.D.) tambin se le llama "corriente

continua" (C.C.).

La corriente alterna es el tipo de corriente ms empleado en la industria y es tambin la que



consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso domstico e industrial cambia

su polaridad o sentido de circulacin 50 60 veces por segundo, segn el pas de que se

trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna.

En los pases de Europa la corriente alterna posee 50 ciclos o hertz (Hz) por segundo de frecuencia, mientras que los en los pases de Amrica la frecuencia es de 60 ciclos o hertz.

1.3-POTENCIA ELCTRICA

CONCEPTO DE ENERGA

Para entender qu es la potencia elctrica es necesario conocer primeramente el concepto

de energa, que no es ms que la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivo elctrico cualquiera para realizar un trabajo.

Trabajo = fuerza * distancia = n x m = (kg m/s2)*m = joule y su smbolo es j

En electricidad, la energa elctrica que se utiliza para realizar un trabajo se cuantifica a

partir de la cantidad de potencia activa empleada multiplicada por el tiempo en que se

aplica.

joule = watt * segundo = potencia * unidad de tiempo = p * t

kwh. = (p * t) / (1000 * 3600)

donde: kwh es la energa en kilowatts-hora

p es la potencia en watts, t el tiempo en segundos

Potencia es la velocidad a la que se consume la energa.

Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un

segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energa elctrica.

La unidad de medida de la potencia elctrica P es el watt, y se representa con la letra W.



Ejercicio:

1.-Es lo mismo trabajo que energa? Explique

2.-Calcular la energa almacenada en la presa de Huites

Cuando conectamos un equipo o consumidor elctrico a un circuito alimentado por una

fuente de fuerza electromotriz (F.E.M), como puede ser una batera, la energa elctrica que

suministra fluye por el conductor, permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de

alumbrado, transforme esa energa en luz y calor, o un motor pueda mover una maquinaria.

De acuerdo con la definicin de la fsica, la energa ni se crea ni se destruye, se transforma. En el caso de la energa elctrica esa transformacin se manifiesta en la obtencin de luz, calor, fro, movimiento (en un motor), o en otro trabajo til que realice cualquier dispositivo conectado a un circuito elctrico cerrado.

1.4-CLCULO DE LA POTENCIA DE UNA CARGA ACTIVA.



La forma ms simple de calcular la potencia que consume una carga activa o resistiva

conectada a un circuito elctrico es multiplicando el valor de la tensin en volt (V) aplicada

por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre, expresada en ampere. Para

realizar ese clculo matemtico se utiliza la siguiente frmula:

(Frmula 1)

El resultado de esa operacin matemtica para un circuito elctrico monofsico de corriente

directa o de corriente alterna estar dado en watt (W). Por tanto, si sustituimos la P que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la W de watt, tenemos tambin que: P = W, por tanto,

Si ahora queremos hallar la intensidad de corriente ( I ) que fluye por un circuito

conociendo la potencia en watt que posee el dispositivo que tiene conectado y la tensin o

voltaje aplicada, podemos despejar la frmula anterior de la siguiente forma y realizar la

operacin matemtica correspondiente:

(Frmula 2)

Si observamos la frmula 1 expuesta al inicio, veremos que el voltaje y la intensidad de la

corriente que fluye por un circuito elctrico, son directamente proporcionales a la potencia,

es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia tambin aumenta o

disminuye de forma proporcional. De ah se deduce que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de

corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensin o voltaje

aplicado, tal como se representa a continuacin.

1 watt = 1 volt 1 ampere

Veamos, por ejemplo, cul ser la potencia o consumo en watt de una bombilla conectada a

una red de energa elctrica domstica monofsica de 110 volt, si la corriente que circula

por el circuito de la bombilla es de 0,90 ampere.

Sustituyendo los valores en la frmula 1 tenemos:

P = V I



P = 110 0,90

P = 100 watt

Es decir, la potencia de consumo de la bombilla ser de 100 W .

La unidad de consumo de energa de un dispositivo elctrico se mide en watt-hora (vatio-

hora), o en kilowatt-hora (kW-h) para medir miles de watt.

Normalmente las empresas que suministran energa elctrica a la industria y el hogar, en

lugar de facturar el consumo en watt-hora, lo hacen en kilowatt-hora (kW-h). Si, por

ejemplo, tenemos encendidas en nuestra casa dos lmparas de 500 watt durante una hora,

el reloj registrador del consumo elctrico registrar 1 kW-h consumido en ese perodo de

tiempo, que se sumar a la cifra del consumo anterior.

Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, tambin se pueden utilizar,

indistintamente, una de las dos frmulas que aparecen a continuacin:

En el primer caso, el valor de la potencia se obtiene elevando al cuadrado el valor de la

intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito, multiplicando a continuacin

ese resultado por el valor de la resistencia en ohm ( ) que posee la carga o consumidor

conectado al propio circuito.

En el segundo caso obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado el valor del voltaje

de la red elctrica y dividindolo a continuacin por el valor en ohm ( ) que posee la

resistencia de la carga conectada.



Placa colocada al costado de un motor monofsico de corriente alterna, donde aparece,

entre otros datos, su potencia en kilowatt (kW), o en C.V. (H.P.).

El consumo en watt (W) o kilowatt (kW) de cualquier carga, ya sea sta una resistencia o

un consumidor cualquiera de corriente conectado a un circuito elctrico, como pudieran ser

motores, calentadores, equipos de aire acondicionado, televisores u otro dispositivo similar,

en la mayora de los casos se puede conocer leyndolo directamente en una placa metlica

ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores esa placa se

halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato

viene impreso en el cristal o en su base.

1.5-CLCULO DE LA POTENCIA DE CARGAS REACTIVAS

Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos que trabajan con corriente alterna, es

necesario tener en cuenta tambin el valor del factor de potencia o coseno de phi (Cos ) que poseen. En ese caso se encuentran los equipos que trabajan con carga reactiva o

inductiva, es decir, consumidores de energa elctrica que para funcionar utilizan una o ms

bobinas o enrollado de alambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con los motores.

Las resistencias puras, como la de las bombillas de alumbrado incandescente y halgena, y

los calentadores elctricos que emplean resistencia de alambre nicromo (NiCr), tienen carga

activa o resistiva y su factor de potencia es igual a 1, que es el valor considerado ideal para un circuito elctrico; por tanto ese valor no se toma en cuenta a la hora de calcular la

potencia de consumo de esos dispositivos. Sin embargo, las cargas reactivas o inductivas,

como la que poseen los motores elctricos, tienen un factor de potencia menor que 1 (generalmente su valor vara entre 0,85 y 0,98), por lo cual la eficiencia de trabajo del

equipo en cuestin y de la red de suministro elctrico vara cuando el factor se aleja mucho

de la unidad, traducindose en un mayor gasto de energa y en un mayor desembolso

econmico.

No obstante, tanto las industrias que tiene muchos motores elctricos de corriente alterna

trabajando, as como las centrales elctricas, tratan siempre que el valor del factor de

potencia, llamado tambin coseno de fi (Cos ), se acerque lo ms posible a la unidad en los equipos que consumen carga elctrica reactiva.

Normalmente el valor correspondiente al factor de potencia viene sealado en una placa

metlica junto con otras caractersticas del equipo. En los motores elctricos esa placa se

encuentra situada generalmente en uno de los costados, donde aparecen tambin otros

datos de importancia, como el consumo elctrico en watt (W), voltaje de trabajo en volt

(V), frecuencia de la corriente en hertz (Hz), amperaje de trabajo en ampere (A), si es

monofsico o trifsico y las revoluciones por minuto (rpm o min-1) que desarrolla.

La frmula para hallar la potencia de los equipos que trabajan con corriente alterna

monofsica, teniendo en cuenta su factor de potencia o Cos es la siguiente:



De donde:

P .- Potencia en watt (W)

V .- Voltaje o tensin aplicado en volt (V)

I .- Valor de la corriente en ampere (A)

Cos .- Coseno de "fi" (phi) o factor de potencia (menor que "1")

Si queremos conocer la potencia que desarrolla un motor elctrico monofsico, cuyo

consumo de corriente es de 10,4 ampere (A), posee un factor de potencia o Cos = 0,96 y

est conectado a una red elctrica de corriente alterna tambin monofsica, de 220 volt

(V), sustituyendo estos valores en la frmula anterior tendremos:

P = 220 10,4 0,96 = 2196,48 watt

Como vemos, la potencia de ese motor elctrico ser de 2 196,48 watt. Si convertimos a

continuacin los watt obtenidos como resultado en kilowatt dividiendo esa cifra entre 1 000,

tendremos: 2196,48 1000 = 2,2 kW aproximadamente.

Mltiplos y submltiplos de la potencia en watt

Mltiplos

kilowatt (kW) = 103 watt = 1 000 watt

kilowatt-hora (kW-h) Trabajo realizado por mil watt de potencia en una hora. Un kW-h es igual a 1 000 watt x 3 600 segundos, o sea, 3 600 000 joule (J).

Megawatt (Mw) = 1000 kw = 1 000 000 watt

Megawatthora (Mw-h) Trabajo realizado por un millon de watts en una hora

Submltiplos

miliwatt (mW) = 10-3 watt = 0,001 watt

microwatt ( W) = 10-6 watt = 0,000 001 watt

Caballo de fuerza (HP) o caballo de Vapor (C.V.)

Los pases anglosajones utilizan como unidad de medida de la potencia el caballo de vapor

(C.V.) o Horse Power (H.P.) (caballo de fuerza).

1 H.P. (o C.V.) = 736 watt = 0,736 kW

1 kW = 1 / 0,736 H.P. = 1,36 H.P.

1.6-TRIANGULO DE POTENCIAS

Cuntos tipos de potencias elctricas existen?



En lneas generales la potencia elctrica se define como la capacidad que tiene un aparato

elctrico para realizar un trabajo o la cantidad de trabajo que el mismo realiza en unidad de

tiempo. Su unidad de medida es el watt (W). Sus mltiplos ms empleados son el kilowatt

(kW) y el megawatt (MW), mientras el submltiplo corresponde al miliwatt (mW).

Sin embargo, en los equipos que funcionan con corriente alterna y basados en el

electromagnetismo, como los motores y los transformadores, por ejemplo, coexisten tres

tipos diferentes de potencia:

Potencia activa Potencia reactiva Potencia aparente

Tringulo de potencias que forman la potencia activa, la potencia reactiva y la potencia

aparente. El ngulo que se aprecia entre la potencia aparente y la activa se denomina

coseno de "fi" o "factor de potencia" y lo crea la potencia reactiva. A mayor potencia

reactiva, mayor ser ese ngulo y menos eficiente ser el equipo al que le corresponda.

Potencia activa

La denominada potencia activa representa en realidad la potencia til, o sea, la energa que realmente se aprovecha cuando ponemos a funcionar un equipo elctrico y realiza un

trabajo. Por ejemplo, la energa que entrega el eje de un motor cuando pone en movimiento

un mecanismo o maquinaria, la del calor que proporciona la resistencia de un calentador

elctrico, la luz que proporciona una lmpara, etc.

Por otra parte, la potencia activa es realmente la potencia contratada en la empresa elctrica y que nos llega a la casa, la fbrica, la oficina o cualquier otro lugar donde se

necesite a travs de la red de distribucin de corriente alterna. La potencia consumida por

todos los aparatos elctricos que utilizamos normalmente, la registran los contadores o

medidores de electricidad que instala dicha empresa para cobrar el total de la energa

elctrica consumida cada mes.

Potencia reactiva

La potencia reactiva es la que consumen los motores, transformadores y todos los

dispositivos o aparatos elctricos que poseen algn tipo de bobina o enrollado para crear un

campo electromagntico. Esas bobinas o enrollados que forman parte del circuito elctrico

de esos aparatos o equipos constituyen cargas para el sistema elctrico que consumen

tanto potencia activa como potencia reactiva y de su eficiencia de trabajo depende el factor

de potencia. Mientras ms bajo sea el factor de potencia, mayor ser la potencia reactiva

consumida. Adems, esta potencia reactiva no produce ningn trabajo til y perjudica la

transmisin de la energa a travs de las lneas de distribucin elctrica. La unidad de

medida de la potencia reactiva es el VAR y su mltiplo es el kVAR (kilovolt-amper-reactivo).



Potencia aparente

La potencia aparente o potencia total es la suma de la potencia activa y la aparente. Estas

dos potencias representan la potencia que se toma de la red de distribucin elctrica, que

es igual a toda la potencia que entregan los generadores en las plantas elctricas. Estas

potencias se transmiten a travs de las lneas o cables de distribucin para hacerla llegar

hasta los consumidores, es decir, hasta los hogares, fbricas, industrias, etc.

Potencia contratada y potencia demandada

Ya vimos que la potencia contratada (la que contratamos en la empresa elctrica), es la potencia activa, que debe coincidir o ser superior a la suma total de toda la carga en

kilowatt (kW) instalada en una casa, fbrica, industria, empresa, etc. Ahora bien, la

potencia demandada es la que realmente se consume, que puede ser menor, igual o mayor que la contratada.

La foto de la derecha muestra un medidor analgico, que instala la empresa elctrica

cuando contratamos el servicio elctrico y que podemos encontrar todava en muchos

hogares para medir el consumo o gasto de corriente en kilowatt-hora en que incurrimos. En

la actualidad muchos de los nuevos medidores son electrnicos y el consumo lo muestran

en una pantalla digital o display.

Normalmente cuando la demanda o energa que consumimos durante un mes supera a la

energa que hemos contratado previamente en la empresa elctrica, stas penalizan al

usuario con una multa o un cobro superior al costo de los kilowatt que se estipulan en el

contrato. Por tanto, la potencia demandada no debe superar nunca a la potencia

contratada.

1.6-FACTOR DE POTENCIA.

Tringulo de potencias

El llamado tringulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma grfica

qu es el factor de potencia o coseno de fi (Cos ) y su estrecha relacin con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito elctrico de corriente alterna.



Como se puede observar en el tringulo de la ilustracin, es el ngulo formado entre los

lados de la potencia aparente y activa; el factor de potencia o coseno de fi (Cos ) representa la relacin de la potencia activa (P) entre la potencia aparente (S), es decir, la

relacin existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la

carga o el consumidor conectado a un circuito elctrico de corriente alterna. Esta relacin se

puede representar tambin, de forma matemtica, por medio de la siguiente frmula:

El resultado de esta operacin ser 1 o un nmero fraccionario menor que 1 dependiendo del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o carga especfica.

Ese nmero es el valor de la funcin trigonomtrica coseno, de los grados del ngulo que se forma entre las potencias (P) y (S).

Un nmero comn que se obtiene como resultado de la operacin matemtica, como por

ejemplo 0,95, dicho nmero representa tambin el factor de potencia relacionado al

defasaje en grados existente entre la intensidad de la corriente elctrica y la tensin o

voltaje en el circuito de corriente alterna.

Lo ideal sera que el Cos fuera siempre igual a 1, pues as habra una mejor optimizacin y aprovechamiento del consumo de energa elctrica, o sea, habra menos

prdida de energa no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores

que producen esa energa.

En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es 1, porque como ya vimos anteriormente en ese caso no existe desfasaje entre la intensidad de la corriente y la

tensin o voltaje. Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores,

transformadores de voltaje y la mayora de los dispositivos o aparatos que trabajan con

algn tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una fraccin

decimal menor que 1 (como por ejemplo 0,8), lo que indica el retraso o desfasaje que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente

con respecto a la sinusoide de la tensin o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna

con un factor de potencia o Cos = 0,95 , por ejemplo, ser mucho ms eficiente

que otro que posea un Cos = 0,85 .



3.0- MEDIDORES DE ENERGA

3.1- CLASIFICACIN DE LOS MEDIDORES DE ENERGA.

Watthormetro: Es un instrumento elctrico que mide y registra la integral con respecto al

tiempo, de la potencia activa del circuito en que se conecta. Esta integral de potencia es la

energa consumida por el circuito durante el intervalo de tiempo en que se realiza. La

energa elctrica es especificada en watts-hora debido a que es de uso comn en la

industria, aunque en el sistema internacional de unidades la unidad de energa elctrica es

el joule. 1 wh = 3 600 j.

Los medidores de energa elctrica, o contadores, utilizados para realizar el control del

consumo, pueden clasificarse en tres grupos:

Medidores electromecnicos: o medidores de induccin, compuesto por un conversor

electromecnico (bsicamente un wattmetro con un sistema mvil de giro libre) que

acta sobre un disco, cuya velocidad de giro es proporcional a la potencia demandada,

provisto de un dispositivo integrador.

Medidores electromecnicos con registrador electrnico: el disco giratorio del

medidor de induccin se configura para generar un tren de pulsos (un valor determinado

por cada rotacin del disco, p.e. 5 pulsos) mediante un captador ptico que sensa

marcas grabadas en su cara superior. Estos pulsos son procesados por un sistema

digital el cual calcula y registra valores de energa y de demanda. El medidor y el

registrador pueden estar alojados en la misma unidad o en mdulos separados.

Medidores totalmente electrnicos: la medicin de energa y el registro se realizan

por medio de un proceso anlogo-digital (sistema totalmente electrnico) 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 energa total y una nica demanda en las

24 hs. (un solo perodos, una sola tarifa).

Medidores multitarifa: miden y almacenan energa y demanda en diferentes tramos de

tiempo de las 24 hs., a los que le corresponden diferentes tarifas (cuadrantes mltiples).

Pueden registrar tambin la energa reactiva, factor de potencia, y parmetros

especiales adicionales.

Para los pequeos consumidores, industriales y domiciliarios, se mantiene an el uso de

medidores de induccin de energa activa y reactiva. Para los medianos consumidores se

instalan generalmente medidores electrnicos. Para los grandes consumidores, a fin de

facilitar la tarea de medicin y control, el medidor permite adems la supervisin a distancia

va mdem.



3.1- CLASES DE EXACTITUD

Precisin: Se refiere a la dispersin del conjunto de valores obtenidos de mediciones

repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersin mayor la precisin. Una medida

comn de la variabilidad es la desviacin estndar de las mediciones y la precisin se puede

estimar como una funcin de ella.

Exactitud: Se refiere a que tan cerca del valor real se encuentra el valor medido. En

trminos estadsticos, la exactitud est relacionada con el sesgo de una estimacin. Cuanto

menor es el sesgo ms exacta es una estimacin.

Cuando expresamos la exactitud de un resultado se expresa mediante el error absoluto que

es la diferencia entre el valor experimental y el valor verdadero.

Porciento de error:

Es la relacin entre la diferencia de la energa elctrica registrada por el watthormetro y el

valor de energa elctrica de referencia por el valor de energa elctrica de referencia

expresada en porciento y que se obtiene por la frmula siguiente:

100 x =error de Porciento Referencia de Energa deValor

Referencia de Energa deValor menos

etro watthormelpor registrada Energa

NOTA: El valor registrado por el watthormetro patrn es el valor de energa que se toma

como referencia.

Clase de

Exactitud

Porcentaje de

error

Aplicaciones

3 3 Para protecciones

1 1

1.5

Instrumentos de medida clase 1, 1.5 y

relevadores



2

0.5 0.5

0.75

1

Instrumentos de medida clase 0.5 y medidores

de energa

0.2 0.2

0.3

0.4

Instrumentos de medicin clase 0.2

9.2.5 Incertidumbre de la medicin. (Norma 140)

La exactitud de los equipos e instrumentos utilizados en la realizacin de las pruebas, deben

ser tales que la incertidumbre de la medicin no sea mayor de 0,3% calculada conforme a

lo establecido en la NMX-CH-140:1996 IMNC.

La temperatura ambiente durante la realizacin de cada prueba debe registrarse con un

termmetro con alcance de medicin de 0 a 50 C con resolucin mnima de 1 C.

La humedad relativa del ambiente, durante la realizacin de cada prueba, debe registrarse

con un higrmetro con alcance de 20 a 100 % con una resolucin mnima de 1 %.

3.2-TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO, TC,s TPi TPc

INTRODUCCIN A LOS TRANSFORMADORES E INSTRUMENTO

Los transformadores de instrumento son usados para proteger personal y aparatos del alto

voltaje y permitir niveles de aislamiento razonables y capacidad para llevar corriente

adecuada en los relevadores. El funcionamiento de los transformadores de instrumento es

crtico en los relevadores de proteccin, puesto que los relevadores son solamente tan

precisos como los transformadores de instrumento.

Donde los relevadores operan solamente con magnitudes de corriente o voltaje, la direccin

relativas de flujo de corriente en los devanados del transformador no es importante. Sin

embargo, donde los relevadores compran la suma o diferencia de dos corrientes o la

interaccin de varias corrientes o voltajes, la direccin relativa (y por consiguiente

polaridad) debe ser conocida: La polaridad esta generalmente marcada en los

transformadores de instrumento.

Existen dos tipos de transformadores de instrumento, transformadores de corriente y

transformadores de potencial.

Un nmero de identificacin de dos trminos es usado consistente de una letra y un nmero

seleccionado de (C,T) (10, 20, 50, 100, 200, 400, 800), por ejemplo C-400. El primer

trmino describe funcionamientos en trminos bsicamente relacionados con la

construccin. El segundo trmino es la capacidad del voltaje secundario, especifica el

voltaje secundario que puede ser entregado por el pleno devanado a 20 veces la corriente

nominal secundaria sin exceder en 10% el error de relacin.



TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

En la aplicacin de los relevadores de proteccin los transformadores de corriente se dividen

en dos categoras generales.

Tipo Ventana (o barra)

Este tipo no tiene devanado primario pero utiliza el conductor primario pasndolo a travs

de el centro de un ncleo toroidal. Puesto que el devanado secundario esta uniformemente

distribuido alrededor del ncleo y solamente una sola vuelta primaria es usada,

esencialmente todo el flujo el cual enlaza el conductor primario tambin enlaza el

secundario. Por consiguiente tiene reactancia de dispersin despreciable, y la caracterstica

de excitacin puede ser usada directamente para determinar su clasificacin C (en ANSI) (L en ASA).

TC Tipo Devanado

Este tipo de TC esta generalmente construido con mas de

una vuelta primaria y devanados no distribuidos. A causa

del espacio fsico requerido para aislamiento y ensamble

del devanado primario, el flujo no enlaza ambos devanados

primario y secundario. La presencia de tal flujo de

dispersin tiene un efecto significante en el funcionamiento

del transformador de corriente, y no es posible calcular el

error de relacin aun si la carga (burden) y la caracterstica

de excitacin son conocidas. Este tipo de transformador de

corriente tiene una clasificacin T de acuerdo con ANSI (H

en ASA). Para ilustrar su desempeo vase la curva 3.1

Fig. 3.1.-TC Tipo Devanado



DEFINICIONES IMPORTANTES RELACIONADAS CON LOS TRANSFORMADORES DE

CORRIENTE

a) Relacin (Ratio). Es la relacin de la corriente nominal de servicio del transformador y su

corriente nominal en el secundario, el estndar ms usado es de 5 A en el secundario.

b) Precisin (Accuracy). Es la relacin en porciento, de la correccin que se hara para

obtener una lectura verdadera. El ANSI C57.131968 designa la precisin para protecciones con dos letras C y T.

"C" significa que el porciento de error puede ser calculado, y esto se debe a que los

devanados estn uniformemente distribuidos, reduciendo el error producido por la

dispersin del flujo en el ncleo.

"T" significa que debe ser determinado por medio de pruebas, ya que los devanados

no estn distribuidos

uniformemente en el ncleo produciendo errores apreciables.

El nmero de clasificacin indica el voltaje que se tendra en las terminales del secundario

del TC para un burden definido, cuando la corriente del secundario sea 20 veces la corriente

nominal, sin exceder 10% el error de relacin.

c) Burden o Potencia Nominal de un Transformador de Corriente. Es la capacidad de carga

que se puede conectar a un transformador, expresada en VA o en Ohms a un factor de

potencia dado. El trmino "Burden" se utiliza para diferenciarlo de la carga de potencia del

sistema elctrico. El factor de potencia referenciado es el del burden y no el de la carga.

d) Polaridad. Las marcas de polaridad designan la direccin relativa instantnea de la

corriente. En el mismo instante de tiempo que la corriente entra a la terminal de alta

tensin con la marca, la corriente secundaria correspondiente esta saliendo por la terminal

marcada.

e) Capacidad de Corriente Continua. Es la capacidad de corriente que el TC puede manejar

constantemente sin producir sobrecalentamiento y errores apreciables. Si la corriente del

secundario de un transformador de corriente esta entre 3 y 4 Amps., cuando la corriente del

primario esta a plena carga, se dice que el transformador esta bien seleccionado. No se

recomienda sobre dimensionar los TC's porque el error es mayor para cargas bajas.

f) Capacidad de Corriente Trmica de Corto Tiempo. Esta es la mxima capacidad de

corriente simtrica RMS que el transformador puede soportar por 1 seg., con el secundario

en corto, sin sobrepasar la temperatura especificada en sus devanados. En la prctica esta

se calcula como:

I Trmica (KA) = Potencia de Corto Circuito (MVA)/ (1.73* Tensin (KV)).

Como la potencia de precisin vara sensiblemente con el cuadrado del nmero de

AmpereVueltas del primario, para un circuito magntico dado, la precisin de los TC's hechos para resistir grandes valores de corrientes de corto circuito, disminuye

considerablemente.

Clases de Exactitud para transformadores de corriente. Las clases de exactitud normales

son: 0.10, 0.02, 0.30, 0.50, 0.60, 1.20, 3.00 y 5.00 de acuerdo con las normas ANSI pero

depende de las normas usadas. En las Tablas G.2 se tienen las diferentes clases de

exactitud de los instrumentos normalmente conectados.



Clase Utilizacin

0.10 Calibracin

0.200.30 Mediciones en Laboratorios, Alimentacin de Integradores para Sistemas de Potencia.

0.500.60 Instrumentos de Medicin e Integradores. Watthormetros para Facturacin.

1.203.00 Ampermetros de Tableros.

Ampermetros de Registradores.

Wattmetros de Tableros.

Watthormetros Indicadores.

Fasmetros Indicadores.

Fasmetros Registradores

Frecuencmetros de Tableros.

Protecciones Diferenciales.

Relevadores de Impedancia.

Relevadores de Distancia, etc.

Relevadores de Proteccin en general.



TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

Hay dos tipos generales:

1.- Transformadores de potencial inductivo o TPI

2.- Dispositivos de Potencial con acoplamiento capacitivo o TPC

1- Los transformadores de voltaje llamados transformadores de potencial (TPI) son

parecidos a los transformadores de distribucin trabajando en vaco excepto por su menor

capacidad y que se disean para tener su ncleo trabajando con la menor cantidad de flujo

magntico posible para mantener una precisin aceptable. Es decir son diseados para

prdidas internas bajas, y por lo tanto los errores en relacin y ngulo de fase son

extremadamente pequeos.

El TPI consta de dos devanados completos primario y secundario.

CONEXIN ENTRE DOS

FASES

VOLTAJE PRIMARIO: 13.8

kv

VOLTAJE SECUNDARIO:

115 VOLTS

CONEXIN DE FASE A

TIERRA

VOLTAJE SECUNDARIO:

66.4 VOLTS

RELACIN 1000/1

= CONEXIN DE FASE A TIERRA

VOLTAJE PRIMARIO:

115 = 66.4 kv

33



Transformadores de potencial capacitivo.

Existe adems otro tipo de transformadores de voltaje y que denominamos transformadores

de potencial de acoplamiento capacitivo TPC o dispositivo de potencial capacitivo (DPS).

Este es un dispositivo que utiliza un divisor de tensin capacitivo en el circuito primario,

aunque estos ltimos son ms baratos, tienen un comportamiento inferior en cuanto a

transitorios y precisin, ya que requieren de elementos que permitan ajustar la magnitud y

ngulo de fase de la tensin secundaria.

Un uso adicional que se les da a los DPs es el acoplamiento de la seal de onda portadora.

La siguiente figura nos muestra un DP, as como un diagrama equivalente simplificado.

Fig. 3.13 Transformador de potencial tipo capacitivo (TPC)

La seleccin de un TPI o TPC se lleva a cabo de acuerdo con dos criterios. El nivel de voltaje

del sistema y el nivel bsico de impulso requerido por ste sistema.

El voltaje secundario nominal es de 115 120 volts. Entre fases y su correspondiente valor

de fase a tierra de 115/ 3 y 120 / 3 Volts.

La gran mayora de los relevadores de proteccin y equipos de medicin son diseados para

estos valores.

Ambos tipos de transformadores proporcionan excelente reproduccin del voltaje primario

en estado estable y durante transitorios, para funciones de proteccin. La saturacin no es

un problema ya que los sistemas normalmente no operan arriba de su voltaje normal y en

las fallas este se reduce.

POTENCIA NOMINAL Y CLASE DE PRECISIN DE TP,S

La potencia nominal es generalmente la suma de las potencias nominales de los aparatos

conectados al secundario, tomando en cuenta tambin la cada de los cables entre los

transformadores y los instrumentos de medicin.

De acuerdo con las normas ANSI C57.13 se tienen 5 designaciones que son:

W Para 12.5 VA Tabla 3.3

EXPLOSOR DE PROTECCIN

C1

C2 115 V



X Para 25.0 VA Tabla de

potencia

nominal

para varias

designaciones

Y Para 75.0 VA

Z Para 200.0 VA

Z2 Para 400.0 VA

Las clases de precisin normales son:

Transformador de potencial tipo Inductivo, ubicado en un bus de 115 kv de la subestacin

Hermosillo 5 y utilizado para la sincronizacin de elementos al mismo Bus..

0.1 Para calibracin

0.2-0.3 Para instrumentos de medicin

0.5-0.6 Para instrumentos de medicin

1.2-3 y 5 Para relevadores de proteccin



3.3-EL MEDIDOR DE ENERGA DE DISCO DE INDUCCIN.

DEFINICIONES:

En la Norma Oficial Mexicana NOM-044-SCFI-2005 titulada INSTRUMENTOS DE MEDICION-WATTHORIMETROS ELECTROMECANICOS - DEFINICIONES, CARACTERISTICAS Y METODOS

DE PRUEBA se establecen las definiciones siguientes:

Ajuste del watthormetro

Operacin de dispositivos de ajuste para llevar el porcentaje de registracin del medidor

dentro de los lmites especificados en esta norma.

Base del watthormetro

Pieza del watthormetro en la que se alojan el bastidor, las terminales y sobre la cual se

monta la cubierta del watthormetro.

Base enchufe

Es la formada por una base con terminales para conectar la acometida y la carga, mordazas

para conectar el watthormetro e incluye un cincho o tapa para fijacin del watthormetro y

la colocacin del sello de la empresa suministradora de energa elctrica.

Bastidor

Es la parte sobre la cual se monta el elemento motor, la suspensin del rotor, el registrador,

el elemento de frenado y los dispositivos de ajuste.

Caja

Conjunto formado por la base del watthormetro y la cubierta.

Calibracin

Comparacin de la indicacin o registro de un instrumento que se prueba con un patrn de

referencia.

Carga alta

Condicin de prueba de un watthormetro realizada a corriente y tensin nominales y factor

de potencia unitario

Carga baja



Condicin de prueba de un watthormetro realizada a tensin nominal, 10 % de la corriente

nominal y factor de potencia unitario

Carga inductiva

Condicin de prueba de un watthormetro realizada a tensin y corriente nominales y factor

de potencia 0,5 atrasado.

Circuito de corriente

Bobina y las correspondientes conexiones internas del watthormetro, a travs de las cuales

circula la corriente del circuito al que est conectado.

Circuito de tensin

Bobina y las correspondientes conexiones internas del watthormetro, alimentadas con la

tensin del circuito al que estn conectadas.

Comportamiento de referencia

Comportamiento bajo condiciones de referencia especficas para cada prueba. Se usa como

base de comparacin para el comportamiento bajo otras condiciones de prueba.

Constante del registrador

Es el multiplicador usado para convertir la lectura del registro a kilowatthoras u otras

unidades adecuadas.

NOTA.- Esta constante comnmente indicada por el smbolo Kr, toma en cuenta la

constante del watthormetro, la relacin del engranaje y las relaciones de los

transformadores del instrumento.

Constante del watthormetro (Kh)

Es el registro expresado en watthoras, correspondiente a una revolucin del rotor.

NOTA.- Cuando el medidor se utiliza con transformadores de instrumento la Kh se expresa

en trminos de los watthoras del primario.

Para una prueba con valores del secundario de tal medidor, la constante es igual a la

constante en watthoras del primario (PKh) dividida por el producto de las relaciones

nominales de transformacin.

Corriente nominal (In) o corriente bsica

Es el valor eficaz de corriente marcado en la placa de datos especificada, por el fabricante

para la calibracin y el ajuste principal del medidor.

Corriente mxima (I mx) o corriente de clase

Es la mxima intensidad de corriente eficaz marcada en la placa de datos, que admite el

watthormetro en rgimen permanente y que debe satisfacer los requisitos especificados en

esta Norma.

Cubierta

Tapa de la parte anterior del watthormetro, construida de vidrio de tal manera que pueda

verse el movimiento del rotor y la lectura del registrador.

Curva de carga

Intervalo de carga en amperes a travs del cual el watthormetro opera con la exactitud

especificada en esta norma.

Designacin de clase



Es la carga mxima en amperes igual a la corriente mxima.

Deslizamiento

Movimiento continuo del rotor de un watthormetro con tensin aplicada y las terminales de

corriente en circuito abierto.

Dial

Circulo concentrico al eje de cada manecilla, impreso en la cartula del registrador, dividido

en 10 partes iguales

Imanes de freno

Imanes permanentes con su dispositivo de ajuste que producen un par de freno sobre el

rotor.

Energa Elctrica

La integral de la potencia activa con respecto al tiempo.

Eslabn de prueba

Dispositivo destinado a separar el circuito de tensin del circuito de corriente para fines de

prueba.

Estator o Elemento

Es la parte activa de un watthormetro de induccin la cual consiste en un circuito de

tensin, uno o dos circuitos de corriente y un circuito magntico acoplados de tal manera

que su efecto conjunto al energizar los circuitos de tensin y de corriente es ejercer un par

motor por la reaccin de las corrientes inducidas en un disco conductor individual o comn.

Exactitud del watthormetro

Proximidad de la concordancia entre el resultado de una medicin y un valor verdadero del

mensurando.

NOTAS: 1 El concepto de es cualitativo.

2 El trmino no debe utilizarse por exactitud.

Factor de distorsin

Es la relacin del valor eficaz del contenido de armnicas, entre el valor eficaz de la

fundamental expresada en porciento.

Factor de potencia

La relacin entre la potencia activa a la potencia aparente.

Forma del watthormetro

Designacin alfanumrica denotando el arreglo del circuito para el cual es aplicable el

medidor y su arreglo especfico de terminales, definido en esta norma.

Frecuencia nominal

Es el valor de frecuencia marcado en la placa de datos al cual se refieren las caractersticas

de funcionamiento del watthormetro.

Magnitud de influencia

Es cualquier magnitud (tensin, frecuencia, temperatura, etc.), cuyos efectos alteran los

resultados de la medicin.



Medidor tipo (prototipo)

Trmino usado para definir un medidor de un diseo especificado y que representa el

producto medio de la fabricacin de los medidores de ese diseo.

Par bsico

Es el valor nominal del par motor a tensin nominal, corriente bsica y factor de potencia

unitario. Su valor debe expresarse en Nm.

Par de frenado

Es la resultante de la accin de los flujos magnticos del elemento de frenado sobre el

rotor.

Par motor

Es la resultante de la accin de los flujos magnticos del o los estatores, sobre las

corrientes inducidas en el rotor.

Patrn de Referencia.

Es el patrn de medicin de energa elctrica, en general de la mas alta calidad metrolgica

disponible en un lugar dado o una organizacin determinada, del cual se derivan las

mediciones de energa elctrica realizadas en dicho lugar. Se utiliza de referencia y sus

valores son tomados como base para determinar el porciento de error de un watthormetro

bajo prueba.

Porcentaje de error

La diferencia entre su porcentaje de registracin y el 100%. Si el porcentaje de registracin

es menor de 95% se dice que est 5% lento o que su error es -5%, si el porcentaje de

registracin es 105% se dice que est 5% rpido o que su error es mayor en +5%.

Porcentaje de registracin

El porcentaje de registracin de un watthormetro es la relacin de su registracin con el

valor convencionalmente verdadero en un tiempo dado, expresado en porciento.

Porciento de error

Es la relacin entre la diferencia de la energa elctrica registrada por el watthormetro y el

valor de energa elctrica de referencia por el valor de energa elctrica de referencia

expresada en porciento y que se obtiene por la frmula siguiente:

100 x =error de Porciento Referencia de Energa deValor

Referencia de Energa deValor menos

etro watthormelpor registrada Energa

NOTA: El valor registrado por el watthormetro patrn es el valor de energa que se toma

como referencia.

Potencia activa

El promedio en el tiempo de la potencia instantnea sobre un periodo de la onda.

NOTA: Para cantidades senoidales en un circuito de 2 hilos es el producto de la tensin, la

corriente y el coseno del ngulo de fase entre ellos. En un circuito polifsico es la suma de

las potencias activas de las fases individuales.



Potencia aparente

Para cantidades senoidales en circuitos monofsicos o polifsicos, la potencia aparente es la

raz cuadrada de la suma de los cuadrados de las potencias activa y reactiva.

NOTA: Esto es en general, para cantidades no senoidales no es vlido.

Potencia reactiva

Para cantidades senoidales en circuito de dos hilos, la potencia reactiva es el producto de la

tensin, la corriente y el seno del ngulo de fase entre ellos. En un circuito polifsico es la

suma de las potencias reactivas de las fases individuales.

Pruebas de aislamiento

Pruebas que se hacen para determinar la calidad de los materiales y separadores aislantes.

Deben soportar los valores de sobretensin especificados en un periodo de tiempo

determinado, sin que ocurran arqueo o perforaciones.

Reactivos o energa reactiva

La integral de la potencia reactiva con respecto al tiempo.

Registracin del watthormetro

Es la cantidad de energa elctrica medida que pasa a travs del medidor de acuerdo con la

lectura del registrador. Es igual al producto de la lectura del registrador y su constante. La

registracin durante un periodo dado, es igual al producto de la constante del registrador y

la diferencia entre las lecturas inicial y final del periodo.

Registrador

Es la parte del watthormetro que registra e indica la energa elctrica consumida.

Relacin de engranaje (Rg)

El nmero de revoluciones del rotor para que el indicador de unidades d una vuelta

completa, es decir, 10 kWh.

Relacin del registrador (Rr)

Es el nmero de revoluciones del engrane del registrador que se acopla al sinfn del rotor,

para una revolucin de la manecilla o tambor de las unidades.

Repetibilidad de mediciones

Proximidad de concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas del mismo

mensurando afectadas con la aplicacin de la totalidad de las condiciones siguientes:

- Mismo mtodo de medicin;

- Mismo observador;

- Mismo instrumento de medicin;

- Mismo lugar;

- Mismas condiciones de uso;

- Repeticin en periodos cortos de tiempo.

NOTA: La repetibilidad puede expresarse cuantitativamente como una caracterstica de la

dispersin de los resultados.

Rotor (disco)



Elemento mvil del watthormetro sobre el cual actan los flujos magnticos del o los

estatores y del elemento de frenado hacindolo girar y a su vez accionar al registrador.

Suspensin del rotor

Conjunto de piezas destinadas a mantener el eje del rotor en posicin vertical y permitir su

rotacin.

Temperatura de referencia

Es la temperatura ambiente especificada para condiciones de referencia.

Tensin nominal (Vn)

Es el valor eficaz de tensin marcado en la placa de datos al cual se refieren las

caractersticas de operacin del watthormetro.

Transformador de instrumento

Un transformador que reproduce en su circuito secundario, en una definida y conocida

proporcin, la tensin o corriente de su circuito primario, con la relacin de fase

substancialmente conservada.

Trazabilidad

Propiedad del resultado de una medicin o del valor de un patrn, tal que esta pueda ser

relacionada con referencias determinadas, generalmente patrones nacionales o

internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones, teniendo todas

sus incertidumbres determinadas.

Nota: La cadena ininterrumpida de comparaciones es llamada cadena de trazabilidad.

Valor especificado.

Es aquella caracterstica particular de cada prueba que representa un valor de

especificacin, que el watthormetro debe satisfacer para una prueba dada. Entendindose

que una prueba en particular puede tener un solo valor especificado o varios.

Variacin del error debido a una magnitud de influencia

Es la diferencia entre el error del watthormetro sujeto a una magnitud de influencia con

respecto al error bajo condiciones de referencia.

Watthormetro (Medidor de energa)

Es un instrumento o medidor de energa elctrica que mide y registra la integral, con

respecto al tiempo de la potencia activa del circuito en el cual est conectado. Esta integral

de la potencia es la energa consumida por el circuito durante el intervalo en el que se

realiza la integracin y la unidad en la que sta es medida ,convencionalmente es el

kilowatthora.

Watthormetro autocontenido

Es un watthormetro en el cual las terminales estn arregladas para conectarse al circuito

que est siendo medido sin el uso de transformadores de instrumento externo

generalmente tipo "S".

Watthormetro de induccin

Es aquel en el cual las corrientes que recorren las bobinas fijas actan con las corrientes

inducidas en el elemento mvil, lo cual causa su rotacin.

Watthormetro monofsico



Es un watthormetro monoestator o monoelemento para medir energa elctrica en circuitos

monofsicos de 2 3 hilos o conductores.

Watthormetro polifsico

Es un watthormetro multiestator o multielemento para medir la energa elctrica en

circuitos polifsicos.

Watthormetro tipo "A"

Es aquel cuya forma y construccin permite conectar directamente los conductores de la

acometida y los de alimentacin de la instalacin del usuario por la parte inferior del

watthormetro a travs del bloque de terminales.

Watthormetro tipo "S" (Socket)

Es aquel cuya forma y construccin permite conectar los conductores de la acometida y los

de alimentacin de la instalacin del usuario por medio de una base enchufe y en la cual se

insertan las terminales colocadas en la parte posterior del watthormetro.

4 CLASIFICACIN (Segn la Norma)

Los watthormetros objeto de la presente Norma Oficial Mexicana se clasifican de acuerdo a

lo siguiente:

Por su forma de conexin:

Tipo "S" y Tipo A

Por sus corrientes bsica y mxima

In (A) I mx (A) Tipo

15

30

100

200

S

S

Por su tipo de registrador:

- De manecillas;

- De indicacin digital.

Descripcin:

Las partes principales de un medidor de energa del tipo de motor de induccin son:

a).- el sistema motriz.

b).- el sistema de frenado, el cual acta sobre el mismo rotor.

c).- el integrador o registro, el cual traduce las revoluciones efectuadas por el rotor durante

un determinado tiempo, a la cantidad de unidades de energa consumida.

En la figura siguiente se muestra en forma esquemtica el principio de construccin del

sistema motriz. Este consta de dos electroimanes 1 y 3, con sus respectivos arrollamientos



de tensin y de corriente. El arrollamiento de tensin de muchas espiras de alambre

delgado es de

alta impedancia y est conectado a la tensin u de la red que

alimenta la carga y el otro, de pocas espiras y de muy baja impedancia, est intercalado en

serie con el receptor.

Ambos electroimanes abrazan el rotor 2, que es un disco de aluminio montado en un eje.

El electroimn 1 conectado a la red origina un flujo magntico u proporcional a la tensin u, y el otro electroimn 3, por el cual se hace circular la corriente de la carga del

consumidor, origina el flujo magntico i proporcional a dicha corriente. Ambos flujos (u y i ) inducen en el disco las corrientes de foucault ( idu e idi ), las cuales, conjuntamente

con los flujos, producen un par motor mm proporcional a la potencia que se mide.

b).-El sistema de frenado consiste en un fuerte imn permanente que

produce el flujo im, y que abraza el disco-rotor del sistema motriz. Durante la rotacin del disco el flujo magntico im induce en l corrientes de foucault y produce un par de frenado mf proporcional a la velocidad perifrica del disco.



La calidad principal que se exige de este imn es que no envejezca,

es decir que su flujo magntico sea constante en el tiempo y que al estar sometido a

influencias exteriores vare lo mnimo posible.

c).- El movimiento del rotor se transmite al integrador numerador mediante un sistema de

engranajes, que mueve agujas indicadoras o tambores de cifras.

Este dispositivo esta acoplado al eje del rotor y suma su nmero de vueltas, esto es, su

indicacin es proporcional al nmero de revoluciones efectuadas y esto es proporcional a la

energa consumida.

No todos los medidores reportan energa en kwh en forma directa, algunos tienen un

multiplicador que depende de la construccin del sistema motor y mecanismo integrador-

numerador y es por lo tanto una cifra caracterstica para cada modelo de medidor.

Mientras no se consume energa, slo existe el flujo u debido a la tensin y el medidor

queda parado; al consumir energa aparece adems el flujo i y el medidor se pone en

marcha, impulsado por el par motor mm .

Al principio el movimiento del disco es lento y por lo tanto el par de frenado mf es muy

dbil. a medida que la velocidad del disco va aumentando, tambin crece el par de frenado

hasta que se establece

el equilibrio entre los dos momentos de torsin mm y mf .

Debido a la forma del imn de freno y a la construccin de su soporte, su campo magntico

puede influir sobre la velocidad del disco y obtener as una regulacin muy precisa del

nmero de revoluciones del rotor en un margen muy amplio.

El par motor Mm que acta sobre el disco es proporcional a la potencia que se mide:

Mm = k P

3.4-PRACTICA DEMOSTRATIVA.

Esta pgina se dej en blanco intencionalmente para que el participante dibuje el circuito

elctrico y tome notas de la Prctica.

3.5-MEDIDORES ELECTRNICOS.

Como se mencion en el punto 3.0 la medicin de energa y el registro se realizan por

medio de un proceso anlogo-digital (sistema totalmente electrnico) utilizando un

microprocesador y memorias.

HARDWARE DESCRIPTION

La figura siguiente ilustra las partes principales del relevador, las entradas de voltaje y

corriente son aisladas usando transformadores de entrada, las seales se pasan por un filtro

pasa bajos (LPF), a travs de unos amplificadores se toman y retienen muestras (S/H) para

ser multiplexadas (enviadas en orden) a un amplificador de ganancia programable (PGA)

cuya salida alimenta un convertidor analgico-digital (ADC).

A cada canal anlogo se le toman 4 muestras por ciclo. La microcomputadora consiste en un

microprocesador de 8 bits, una memoria ROM para almacenamiento del programa, una



memoria RAM para almacenar datos y una EEPROM (electrically erasable programmable

ROM) para almacenar los ajustes del rele aunque se pierda la energa de alimentacin.

Se cuenta con dispositivos de entrada salida I/O conectados al bus de la microcomputadora

para tener contactos de salida, banderas y entradas tales como el estado de los contactos

52A de los interruptores, otros dispositivos I/O son puertos de comunicacin. El rele incluye

una entrada para seal de tiempo que permita a los usuarios sincronizar el reloj interno con

una fuente (o referencia) externa de tiempo. Fuente: instructivo SEL

267D



3.6-EL MEDIDOR ARTECHE.

Como referencia, en la pgina Web de los fabricantes, se encuentra informacin e

instructivos de operacin de los equipos que vende.

http://www.arteche.com/web/frontoffice/prodsysoluciones.aspx?idioma=1

http://global.powerlogic.com/products/

Al final de este manual se encontrar informacin del medidor Arteche de la serie 9100 y

9200 as como del medidor ION series 7550 y 7650

REFERENCIAS

Diccionario Wikipedia red de internet mundial: http://es.wikipedia.org

Protective relaying: principles and applications

BlackburnJ. Lewis

2nd edition Marcel Dekker, Inc

USA, 1998

Norma Oficial Mexicana NOM-044-SCFI-2005 llamada INSTRUMENTOS DE MEDICION-WATTHORIMETROS ELECTROMECANICOS - DEFINICIONES, CARACTERISTICAS Y METODOS

DE PRUEBA

Norma Oficial Mexicana NOM-044-SCFI-2005 llamada INSTRUMENTOS DE MEDICION-WATTHORIMETROS ELECTROMECANICOS - DEFINICIONES, CARACTERISTICAS Y METODOS

DE PRUEBA se

Apuntes de cursos anteriores de parte de instructores internos de CFE

CFE

Editorial propia

Mxico, 1998

Conceptos Basicos y Medidores de Energia

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