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1 UTN- FRM Medidas Electrónicas I Página 1 de 6 Trabajo Practico Nº 8 MEDID DE POTENCI EN C Objeto: Medir potencia activa, reactiva y otros parámetros en C. Tener en cuenta los efectos de los elementos alinéales (generación de armónicos, transitorios ) en el funcionamiento, mediciones, etc. de los sistemas de potencia. Conceptos previos: Secuencia: sucesión en el tiempo de los máximos de parámetros eléctricos tales como tensión, intensidad, en las tres fases del sistema. ella corresponde el sentido de rotación del diagrama vectorial. También es el orden de rotación de los vectores. Sistema: El sistema puede ser: Simétrico, las tensiones (modulo) de las fases son iguales. El sistema es por naturaleza simétrico. simétrico, las fases son distintas entre si. Equilibrado, las cargas y por lo tanto las intensidades son iguales por lo que la corriente resultante por el neutro, si existe, es nula. Desequilibrado, las cargas y por lo tanto, las intensidades son distintas, por lo que la corriente de neutro es distinta de cero. Factor de potencia: (cos j), relación entre la potencia activa y reactiva. Da idea de la energía almacenada como campo eléctrico o magnético Carga: Impedancia de Carga esta puede ser de acuerdo a los elementos que la componen: resistiva, inductiva o capasitiva pura, o una combinación de ellas. Puede estar conectada en triangulo o en estrella Instrumentos Los instrumentos de medida los podemos clasificar de distinta forma: nalógicos (en su forma de medir y presentar la información ) nalógicos con presentación digital Digitales De sus posibilidades de conexión en monofásicos o multifásicos También en función de las variables que mide en: vatímetros, mide potencia activa varímetros mede potencia reactiva

2 UTN- FRM Medidas Electrónicas I Página 2 de 6 Multímetros miden potencia activa y reactiva y otras funciones como ángulo de fase, factor de potencia, etc.. Instrumentos tipo Multímetro En este caso se desarrolla un diagrama tipo de un multímetro digital, también existen los totalmente analógicos. E T Div. Ten E. sep. Con. /D Proceso Pres E I shunt El diagrama en bloque desarrollado es valido para un instrumento mono o trifásico. Se da un ejemplo de lo que puede contener cada bloque. La entrada de tensión puede ser una punta voltimétrica. La entrada de corriente puede ser una pinza amperometrica. Se considera un divisor de tensión a fin de llevar la tensión a valores adecuados para excitar los circuitos digitales, idéntica función cumple el shunt (resistencia en paralelo) para la entrada de corriente. La etapa separadora separa la parte de alta tensión o corriente de la parte baja tensión o corriente de los circuitos integrados, puede estar constituida por transformadores de medida, amplificadores de instrumentación, ect. La función de esta etapa es proteger a los circuitos de baja de un pico de tensión o corriente que los puede destruir o dañar. En el caso de ser trifásico estas etapas serían por tres. Luego se convierte las señales a través de un conversor analógico digital y se produce el proceso de cálculo y presentación de la información (variable ) a medir. Puede ser a través de un PIC, de un microprocesador ect. Introducción al nálisis de rmónicos Los armónicos son distorsiones de las ondas senoidales de tensión y/o corriente de los sistemas eléctricos, debido al uso de: cargas con impedancia no lineal materiales ferromagnéticos y en general al uso de equipos que necesiten realizar conmutaciones en su operación normal. Matemáticamente las representamos por serie de Fourier. En nuestro caso aparecen armónicos impares (3º, 5º ect.) 1 π a0 = f ( x) dx 2π π 1 π bn = π f π para n = 1,3,5... ( x) sen( nx) dx

3 UTN- FRM Medidas Electrónicas I Página 3 de 6 Con la primera expresión se calcula la fundamental y con la segunda se calculan los armónicos. La sumatoria da la señal completa. La aparición de corrientes y/o tensiones armónicas en el sistema eléctrico crea problemas tales como, el aumento de pérdidas de potencia activa, sobre tensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los aislamientos, deterioro de dieléctricos, disminución de la vida útil de los equipos, entre otros. Las soluciones a dicho problema se realizan en forma escalonada; primero en forma particular, resolviendo el problema de inyección de armónicos por parte del usuario al sistema (diseñando y ubicando filtros en el lado de baja tensión, usando el transformador como barrera); segundo, resolviendo el problema en forma global, buscando reducir las pérdidas y mantener los niveles armónicos por debajo de los límites permitidos, en este caso, se trata de un problema de optimización donde se determina la ubicación de los compensadores (condensadores, filtros pasivos, filtros activos). Independientemente del tipo de compensador utilizado para reducir los niveles de armónicos en el sistema o en el usuario, se debe analizar la forma en que el compensador afecta a la impedancia al variar la frecuencia, esto con el fin de determinar resonancias serie (baja impedancia al paso de corriente) y paralelo (baja admitancia a la tensión de alimentación). La presencia de armónicos se determina, entre otras formas, usando un instrumento llamado analizador de red, que responde al esquema del multimetro digital presentado y que en su proceso hace el desarrollo en serie de Fourier y presenta los armónicos existentes. Métodos de medida: En función de los instrumentos disponibles, el tipo de carga o sistema, es el método a emplear. Potencia en C Monofásica: La potencia depende en C de la tensión, intensidad y su desfasaje a través del factor de potencia (cos ϕ), por lo que hay 2 métodos de para medir dicha potencia: El método indirecto basado en la definición de potencia en C P C = U I cos j Este método hace uso de un amperímetro, un voltímetro y un cosfímetro. Fig 1. Medición directa mediante un vatímetro, que también admite 2 formas de conexión de acuerdo como se conecte su rama voltímetrica. Recordar la conexión volt- amperométrica en función del valor de la carga. Fig. 2. Cos. Z Fig. 1 Fig. 2 La potencia reactiva en el primer caso se calcula, en el segundo se mide usando un varímetro.

4 UTN- FRM Medidas Electrónicas I Página 4 de 6 Potencia en C Trifásica: Si disponemos instrumentos monofásicos, o que traban como tales, podemos aplicar el método de los tres vatímetros o el método de ron. Si tenemos instrumentos tipo multímetros hay que seguir la forma de conexión que da el fabricante del instrumento de acuerdo a la variable a medir y el tipo de carga o sistema que estemos midiendo. Método de los tres vatímetros: Este es el método mas general que existe para medir potencia ya sea activa o reactiva porque lo que hacemos es medir por fase y la potencia trifásica es la suma de las tres monofásicas. Sirve para sistemas tri o tetrafilares. P T = P 1 + P 2 + P 3 R 1 S 2 Z T T 3 Como vemos se forma un neutro artificial donde se unen los puntos comunes de los tres vatímetros, que en el caso de tener neutro accesible estos coinciden. Esta conexión sirve para medir potencia activa cuando usamos vatímetros y potencia reactiva cuando usamos varímetros. Como medida de protección podemos conectar un voltímetro entre dos de las fases y un amperímetro para medir la tensión y corriente respectivamente y de esta manera proteger a los instrumentos en caso de que las mismas superen los valores de trabajo de los instrumentos. Método de ron: Este método es una simplificación del anterior para el caso de medir potencia activa y que el sistema sea simétrico La potencia trifásica es la suma algebraica de las indicaciones de los 2 vatímetros.

5 UTN- FRM Medidas Electrónicas I Página 5 de Z P T = P 1 + P 2 Es de hacer notar que el voltímetro y amperímetro cumplen las mismas funciones de protección que en el caso anterior. nalizando de la relación de potencias se ve que están en relación del ángulo ϕ: ϕ Tipo P 1 P 2 P 1 /P 2 Carga 0º resist U C I U C I º Inductiva 1/2U CI U C I 0,5 60º Inductiva U C I 2 90º Inductiva -1/2U C I 1/2U C I -1 30º Capasitiva U C I 1/2U C I 2 60º Capasitiva 3 0 U C I 2 90º capasitiva 1/2U C I -1/2U C I -1

6 UTN- FRM Medidas Electrónicas I Página 6 de 6 Desarrollo De acuerdo a las normas para la presentación de trabajos prácticos: Ensayar circuitos con cargas: resistivas, capasitivas, e inductivas y combinaciones de ellas aplicando los métodos de: los 3 vatímetros, el método de ron, analizador de red. Midiendo y calculando según corresponda: potencia activa, reactiva y aparente; ángulo de fase, factor de potencia, intensidad, tensión. Expresar las medidas y los resultados en las siguientes tablas: Tabla para tres atímetros y multímetros alores Medidos U R U S U T I R I S I T I N P R P S P T alores Calculados P TRI Cos j j Tabla para método de ron alores Medidos alores Calculados U R U S U T I R I S I T P 1 P 2 P TRI Cos j j daptar las tablas para el caso de potencia reactiva, aparente u otra variable, indicar la unidad que se usa.