magnitudes que intervienen en cualquier instalación o dispositivo eléctrico. aparatos de medida eléctricos. Además de los aparatos es necesario conocer las técnicas más

INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRO ELECTRICIDAD-ELECTRONICA NICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA INTRODUCCION Dada la importancia que actualmente tiene la energía eléctrica en cualquier país industrializado o en fase de industrialización se comprende fácilmente la importancia del conocimiento total de las magnitudes que intervienen en cualquier instalación o dispositivo eléctrico. El conocimiento y control de las magnitudes citadas se logra fundamentalmente con la ayuda de los aparatos de medida eléctricos. Además de los aparatos es necesario conocer las técnicas más adecuadas para cada medición con objeto de evitar errores que falsearían los resultados. En la siguiente tabla se indican los aparatos empleados en la medición de las principales magnitudes eléctricas y magnéticas: MAGNITUDES

SIMBOLO

CANT. CORRIENTE CORRIENTE RESISTENCIA TENSION POTENCIA ENERGIA CAPACIDAD FRECUENCIA FACTOR POTENCIA INDUCTANCIA FLUJO MAGNETICO INDUCCION F. MAGNETOMOTRIZ

Q I R V P W C f φ

L Φ

B F

UNIDADES DENOMINACION SIMBOLO Culombio C Amperio A Ohmio Ω Voltio V Vatio W Julio J Faradio F Hertz Hz Grados Henrio H Weber Wb Tesla Wb/m2 Amp. vuelta Av

Aparato para su medición Galvanómetro Amperímetro Ohmetro Voltímetro Vatimetro Contador Puente para capacidad

Fracuenciometro Fasimetro Puente para inductancia

Fluximetro Tensiometro magnetico

Técnicas utilizadas en las mediciones eléctricas. Las técnicas empleadas en mediciones de magnitudes eléctricas se resumen en dos: De medición industrial. De medición de precisión. • •

Medición eléctrica industrial.Comprende las mediciones necesarias para el control y seguridad de funcionamiento de cualquier instalación o dispositivo eléctrico industrial. Los aparatos de medida eléctrica industrial se montan en cuadros, aunque en algunas ocasiones son portátiles, en ambos casos han de ser prácticos y robustos. Las técnicas utilizadas en estas mediciones son muy simples y tienden siempre a facilitar las lecturas de las magnitudes; un ejemplo seria la medición de una resistencia con voltímetro y amperímetro de cuadro.

Voltímetro

Francisco Marti Sala

Amperímetro

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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRO ELECTRICIDAD-ELECTRONICA NICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Medición eléctrica de precisión.Abarca el campo de mediciones destinadas a la investigación y al desarrollo de la técnica. Este tipo de aparatos de medida debe responder a estrictas exigencias de exactitud, lo que únicamente es posible cuando se construye en talleres apropiados y por personal especializado.

Características generales de los aparatos de medida Aunque el principio de funcionamiento varía en algunos aparatos, sin embargo son bastantes los aspectos comunes a la mayoría de los instrumentos de medición. Con objeto de no repetirlos al describir cada tipo de aparato haremos un resumen de los aspectos generales. Simbología.Con el fin de identificar cada aparato, se han adoptado internacionalmente unos símbolos que pueden apreciarse en la siguiente tabla. Una adecuada rotulación de los símbolos en el interior del aparato permitirá identificarlo fácilmente. Tabla de símbolos utilizado en los aparatos de medida


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Funcionamiento.El sistema de medida consta de los órganos productores del movimiento y el órgano móvil, cuyo desplazamiento depende del valor de la magnitud mensurable. Esta magnitud produce, en la parte móvil, una fuerza motriz que tiende a desplazarlo de su posición de reposo a otra posición, en la que actuará una fuerza antagonista proporcionada por un muelle. El órgano móvil se detendrá en un punto tal que la fuerza motriz sea igual a la fuerza antagónica, y la lectura de la medición le dará un índice sobre una escala graduada.

Amortiguamiento.Al conectar un aparato de medida a un circuito eléctrico se producirá el movimiento del órgano móvil hasta sobrepasar el punto de equilibrio teniendo que retroceder de nuevo, y así sucesivamente, de forma que se necesite un tiempo elevado para conseguir alcanzar el punto de equilibrio entre la fuerza motriz y la antagónica. Para evitar estas oscilaciones, los aparatos disponen de sistemas de amortiguamiento, bien sean electromagnéticos, bien de aire.


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Dispositivos de lectura.En la lectura de una medición, intervienen la escala y el índice o La escala de un aparato de medida es un cuadrante graduado en el que queda indicada la lectura por la posición del induce Las escalas pueden ser: uniformes, cuadráticas, ensanchadas, logarítmicas, etc. También pueden clasificarse, según la graduación en: gruesa, fina, doble, etc.

o

El índice es la parte del aparato que señala el valor de la medición sobre la escala. Según la precisión del aparato pueden ser: de cuchilla o de hilo (aparatos de precisión) y de varilla o lanza en los aparatos industriales. Normalmente, todos los aparatos disponen de un tornillo de puesta a cero del índice en reposo, puesto que, por movimiento del aparato u otros motivos ha podido desviarse de la posición correcta.

1 de varilla, 2 de lanza, 3 de cuchilla, 4 de hilo(P es un papel blanco), 5 aguja forma angular, 6 aguja forma tubular


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Clasificación de los aparatos de medida.Dada la extensión en el campo de las medidas, es preciso hacer la división de aparatos según varios criterios, que pueden resumirse en los siguientes:

o

Principio de funcionamiento. Que los divide en instrumentos de hierro móvil, de bobina móvil, electrodinámicos, de inducción, de vibración, etc.

Instrumento de medida de bobina móvil o

Magnitud a medir . Pueden ser: voltímetros, amperímetros, vatimetros, ohmimetros, frecuenciometros, fasimetros, capacimetros, tacometros, contadores, etc.

Fasimetros de cuadro o

o

precisión. En general se dividen en aparatos y equipos portátiles de uso industrial y aparatos de laboratorio. Instrumentos de hierro móvil. Se fundan en la repulsión entre dos láminas de hierro dulce sometidas a una imanacion del mismo sentido.


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA La parte fija del instrumento la constituye una bobina circular arrollada sobre un tubo que soporta asimismo la lámina de hierro dulce. La parte móvil la forma la segunda lamina de hierro dulce, que va unida al eje de acero y al índice. El eje de la aguja se apoya sobre pivotes, cojinetes o cintas tensas. En reposo las dos láminas están casi frente a frente, pero al circular una corriente por la bobina, se crea un campo magnetico que provoca la repulsión de las láminas y desplaza el índice sobre la escala. La posición de equilibrio se logra por la fuerza antagónica que ejerce un muelle espiral, montado sobre el eje.

o

o

Características mas destacadas de los instrumentos de hierro móvil El campo de aplicación principal de los aparatos de hierro móvil lo constituyen las medidas de tensión e intensidad en c. a. (corriente alterna) a la frecuencia industrial, indicando valores eficaces. No obstante también puede utilizarse en c.c (corriente continua), puesto que una inversión de la corriente invierte a la vez el campo magnetico en las dos laminas y sigue produciéndose la repulsión entre ellas. El error en la indicación puede ser distinto en c.a. que en c.c. según la gama de medida; generalmente, se ajustan estos aparatos para una c.a. de 50 Hz. Actualmente, el instrumento electromagnético, por sencillo, robusto y seguro, es el aparato más comercial, especialmente para c.a. Instrumentos de bobina móvil. Dentro del campo magnetico de un imán permanente se encuentra suspendida una bobina que puede girar libremente. Al circular por ella una corriente, en cada conductor de la bobina, se produce una fuerza que da lugar a un par de giro y este desplaza el índice. La bobina móvil dispone de 20 a 2000 espiras de hilo muy fino de cobre, arrolladas sobre un carrete de aluminio. En la parte interior se encuentran fijados al carrete dos pivotes de acero sobre los que se apoya la bobina. Como cojinetes se emplean a gatas o zafiros, que sostienen los pivotes de acero de una forma elástica por acción de unos resortes. La corriente que ha de medirse llega a la bobina a través de dos muelles en espiral de bronce, que crean simultáneamente la fuerza antagónica. El carrete de aluminio amortigua el movimiento de la aguja, por generación de corrientes parásitas sobre él, obligando al índice a ocupar rápidamente la posición de equilibrio.


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o

o

Características más destacables. Estos instrumentos solo pueden utilizarse en c.c. por lo que habrá de conocerse la polaridad del circuito, para medir correctamente. Si el aparato se conectase con polaridad contraria, la parte móvil se desplazaría hacia atrás hasta el tope, por lo que seria necesario invertir las conexiones que llegan a los bornes del aparato. También pueden conectarse a circuitos de c.a., empleando un puente rectificador, que ira alojado en el interior del aparato. Los aparatos de medida basados en el sistema de bobina móvil e imán fijo son: galvanómetros, amperímetros, voltímetros, frecuencimetros, etc. El instrumento de bobina móvil es el más adecuado para mediciones de tensión e intensidad en c.c. y alcanza mayor precisión que el resto de los aparatos. Instrumentos electrodinámicos El funcionamiento de estos instrumentos está basado en la regla del flujo máximo, según la cual, cualquier circuito eléctrico recorrido por una corriente, en un campo magnetico, se desplazará buscando la posición que abarque el máximo flujo. Los instrumentos electrodinámicos disponen de una bobina fija y otra móvil. Al circular una corriente por la bobina fija, producirá un campo magnetico que hará desplazarse a la bobina móvil con un giro angular en busca del flujo máximo. Las espiras de la bobina móvil se arrollan sobre un pequeño carrete de aluminio y la corriente llega a la bobina por los muelles en espiral que, a la vez, proporcionan el par antagonista. La bobina móvil se une rígidamente al eje de la aguja indicadora que a su vez, descansa sobre a gatas o zafiros, con fijación elástica en los contrapivotes de modo que el conjunto pueda resistir golpes bruscos. El dispositivo de amortiguamiento es de cámara de aire o de tipo electromagnético. La desviación de la aguja depende de la fuerza del campo magnetico producido por la bobina fija y de la corriente que circule por la bobina móvil.


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o

INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Características más destacables de los aparatos electrodinámicos funcionan indistintamente con c.c y c.a. ya que la inversión de la corriente se produce simultáneamente en las dos bobinas. El uso normal de este aparato es como vatimetro, para ello se conectará la bobina fija en serie con el circuito (circuito de intensidad), y la bobina móvil, en paralelo (circuito de tensión).

Vatimetro electrodinámico

o

Instrumentos de inducción Están basados en el principio de inducción electromagnética, por lo que serán aplicables solo a corrientes alternas. Están formados por un disco o tambor de aluminio unido a un eje apoyado en piedras duras, el eje dispone del índice y del muelle antagonista. La parte fija la constituyen varios electroimanes de chapa magnética, cuyas bobinas están conectadas en serie (bobinas de intensidad) o en paralelo (bobinas de tensión) con el circuito que hay que medir. Al conectar las bobinas al circuito, producirán un campo magnetico que atravesará el tambor, induciendo unas corrientes parásitas; la existencia simultanea de un campo magnetico y de corrientes en el disco da lugar a una fuerza que lo pone en movimiento, arrastrando a su vez al índice. El amortiguamiento se logra por un imán permanente, que induce corrientes de frenado al moverse el disco. Este tipo de instrumentos es muy adecuado para la medición de potencias (vatimetros) y principalmente para medidas de energía (contadores).


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA o

Instrumentos de vibración En el campo de un electroimán vibran una serie de lengüetas que entran en resonancia con la c. a. que excita al electroimán. Siempre vibra una lengüeta del peine al coincidir la frecuencia propia de la vibración con la frecuencia de la c. a. aplicada. Si el peine de lengüetas muestra en su parte frontal (donde las lengüetas están dobladas y esmaltadas en blanco) una figura de vibración simétrica, esta corresponderá a la frecuencia que se desea medir. Las escalas se subdividen en semiperiodos o periodos enteros.

MEDIDA DE INTENSIDADES AMPERIMETROS El aparato mas adecuado para la medición de intensidades es el amperímetro, siendo su característica principal la conexión en serie en el circuito que ha de medirse.

Dado que los diversos tipos de instrumentos de medida admiten, por lo general el paso de corrientes débiles, será necesario disponer de shunts, para desviar una parte de la corriente que hay que medir. El amperímetro se conecta en serie con el receptor de la corriente que se desea medir. Lo habitual es utilizar un polímetro como del de la figura, que permite medidas tanto en corriente alterna, como en continua. La escala puede estar graduada en múltiplos o submúltiplos del amperio.


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Un amperímetro ideal debería tener una resistencia interna nula ya que tiene una bobina con pocas espiras y longitud considerable. Para evitar tener que abrir el circuito al conectar el aparato, existen pinzas amperimétricas, basadas en inducción electromagnética, que nos permiten medir la intensidad sin necesidad de desconectar. Calibres normalizados: 1, 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 15, 25, 30, 40, 60, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1500, 2500, 3000 A.

Actualmente se construyen los amperímetros con distintos alcances, disponiendo de varios shunts alojados en el interior del aparato. La medición de intensidad se hará, una vez seleccionado el alcance del aparato, por aproximación a la corriente que va a circular por él, de forma que la aguja quede situada de la mitad hacia el final de la escala.

Las mediciones de intensidades elevadas en c.a. se hacen a través de transformadores de intensidad, que las reducen a unos valores inferiores. Las mediciones de corrientes débiles se hacen a través de microamperios o galvanómetros.


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MEDIDA DE TENSIONES VOLTIMETROS Las medidas de tensión de cualquier circuito se hacen a través de los voltímetros y se caracterizan por su conexión en paralelo (derivación) en el circuito a medir. Como sucedía con los amperímetros, también los voltímetros disponen de resistencias adicionales, que les permiten obtener varios alcances. Las mediciones de tensiones se realizan con selección previa de escala apropiada, procurando que las medidas se tomen cuando la aguja indicadora este hacia el final de la escala.

Voltímetro de dos alcances

El voltímetro se conecta a los puntos entre los que se encuentra la diferencia de potencial a medir, esto es, en paralelo. Con un polímetro seleccionaremos el tipo de corriente (continua o alterna) y la escala, graduada en múltiplos o submúltiplos del voltio. Esta formado por una bobina que tiene muchas espiras y por tanto una resistencia elevada.

Cuando se halla que medir en alta tensión en c.a. es necesario hacerlo a través de un transformador de medida, que separará el circuito de Alta tensión del de Baja tensión.

Medición de tensión con transformador de medida


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MEDIDAS DE POTENCIA. VATIMETROS Los receptores se conectan a dos tipos de corriente: continua y alterna Medida de potencia en corriente continua. La potencia de un circuito eléctrico conectado a una red de c.c es el producto de la tensión por la intensidad. o

V= tensión señalada por el voltímetro (V) I = intensidad del amperímetro (A) P = potencia consumida por el receptor (W)

P = V . I Medida de potencia con voltímetro y amperímetro

En realidad, basta utilizar un solo aparato para realizar la medición de potencia, el vatimetro, normalmente del tipo electrodinámico. El aparato dispone de una bobina amperimetrica, conectada en serie con el circuito, y de una bobina voltimetrica en derivación (paralelo). Medida de potencia en c.c.

Medida de potencia en corriente alterna monofasica Los receptores conectados a c.a. pueden absorber tres tipos de potencia: - Activa. - Reactiva. - Aparente. o

La potencia aparente se calcula directamente como producto de la tensión por la intensidad. Medición de potencia activa en circuitos monofasicos La potencia activa se mide utilizando los vatimetros, bien sean electrodinámicos (los mas empleados), bien de inducción. El vatimetro electrodinámico dispone de una bobina fija, de pocas espiras en serie con el circuito a medir y otra móvil en paralelo (voltimetrica). Este aparato debe construirse con un valor de bobina voltimetrica totalmente resistivo para no producir desfase entre la tensión y la corriente que circula por dicha bobina. En este caso el sistema de medida indicará la potencia activa. •

P = V . I . cos φ Francisco Marti Sala

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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA En corriente alterna utilizaremos un vatímetro o una pinza vatimétrica (nos evita tener que abrir el circuito). Se trata de unos aparatos que miden tensión e intensidad simultáneamente y nos dan el producto de ambas medidas, por tanto habrán de conectarse en serie y en paralelo simultáneamente, disponiendo de tres terminales para hacer las conexiones.

•

Medición de la potencia reactiva en circuitos monofasicos La potencia reactiva se mide utilizando un vármetro, formado por una bobina amperimetrica y un circuito voltimetrito. En el circuito voltimetrito debe procurase un desfase de 90º entre tensión y corriente voltimetrica, a diferencia del vatimetro, donde estaban en fase. El desfase se consigue disponiendo de bobinas, resistencias o condensadores en serie o paralelo con la bobina voltimetrica. Medición de potencia reactiva

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Medida de potencia activa con carga equilibrada con neutro En este caso, la potencia activa por fase puede medirse con un solo vatimetro, conectado entre fase y neutro. La potencia activa total será la suma de las tres potencias activas de cada fase.

P = P1 + P2 + P3 = 3 . W W = potencia indicada por el vatimetro


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA •

Medida de potencia activa con carga equilibrada sin neutro. En este caso, se debe conseguir un neutro artificial mediante tres resistencias en estrella, con la condición de que sean las tres iguales y teniendo en cuenta la resistencia de la bobina voltimetrica Rv RV + R1 = R2 +R3 El cálculo de la potencia activa total es similar al caso anterior, por lo que será suficiente colocar solo un vatimetro y multiplicar por 3 su medición P=3.W

•

Medida de potencia activa con carga desequilibrada En los sistemas desequilibrados, bien sea en estrella o triangulo, la potencia activa total se puede obtener con tres vatimetros monofasicos sumando los resultados, o bien directamente un vatimetro trifásico.

P = P1 + P2 + P3 = W1 + W2 + W3 W1 = potencia indicada por el vatimetro nº1, W2 = potencia indicada por el vatimetro nº2, W3 = potencia indicada por el vatimetro nº3. Si el sistemas es en estrella, se conectaran a ella los extremos de las bobinas voltimetricas. Si el sistema no dispone de neutro, o es inaccesible, se obtendrá un neutro artificial, para unir las bobinas voltimetricas.

Medición de potencia con carga desequilibrada sin neutro •

Método Aron para cargas trifásicas sin neutro En un sistema trifásico sin neutro la potencia total puede expresarse en función de dos potencias parciales. Si se disponen dos vatimetros con sus bobinas amperimetricas entre dos fases cualquiera y sus boninas voltimetricas entre las dos fases anteriores y la tercera, la suma de las lecturas corresponderá a la potencia activa total.


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Según sea el factor de potencia de la carga, así será el signo de las potencias, pudiendo indicar en algún caso valores negativos, por lo que habrían de invertirse las conexiones. •

Medida de potencia reactiva total en corriente alterna trifásica El valor de la potencia reactiva total de un sistema trifásico viene dado por la expresión:

Pr = V1 . I1. senφ1 + V2 . I2. senφ2 + V3 . I3. senφ3 o

Método Righi para circuitos desequilibrados Dispone de tres vatimetros, cuya conexión viene en la figura. El cálculo de la potencia reactiva total se obtiene por la expresión: W1 – W2 + 2 W3

P = -------------------------------------√3 •

Método Aron para sistemas equilibrados; También puede obtenerse la potencia reactiva con dos vatimetros, según la conexión Aron, aplicando la expresión:

Pr = √3 ( W1 – W2 ) Siendo W1 > W2 en las cargas inductivas y W1< W2 en las cargas capacitivas

•

MEDIDA DE ENERGIA .CONTADORES

La energía eléctrica la expresa el producto de la potencia que circula en un circuito por el tiempo que permanezca conectado dicho circuito.

E = P . t = kW . h Donde E = energía eléctrica kWh; P = potencia del circuito en kW; t = tiempo de conexión en horas. Básicamente un contador constará de un vatimetro y un medidor de tiempo, relacionados entre si de forma que en cada instante se indique su producto. La medida del tiempo se hace por medio de un totalizador o integrador formado por varios tambores en los que se graban las cifras del 0 al 9 y sobre los que actúan los piñones de arrastre, proporcionando directamente la lectura de kilovatios-hora (kWh) consumidos


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA o Medida de energía activa en corriente alterna monofasica. En corriente alterna la energía se mide por medio de contadores de inducción, similares a los vatimetros de inducción, si bien difieren de ellos en el sistema de giro ya que en los contadores no hay muelle antagonista con el fin de conseguir el libre movimiento del disco. o

Elementos constructivos de un contador monofasico; 

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Circuito magnético; Esta formado por núcleos de chapa magnética. Bobina de intensidad; Formada por pocas espiras de pletina de cobre arrolladas sobre un carrete aislante. Bobina de tensión; Formada por muchas espiras de hilo fino de cobre. Sistema de impulsión; Conjunto de bobinas y núcleos. La fijación se efectúa por tornillos para facilitar el recambio de las bobinas. El entrehierro entre las bobinas de tensión e intensidad ha de ser uniforme para conseguir un funcionamiento normal. Elemento móvil; Constituido por un disco de aluminio, sujeto fijamente a un eje de acero inoxidable. En el extremo superior del eje dispone de una cápsula guía, un tornillo sin fin que actúa sobre el totalizador y un ganchito que evita la marcha en vació. Cojinetes; El cojinete superior es un aguja de acero que entra en la cápsula guía del eje del disco. El cojinete inferior (fijoregulable) consta de un zafiro, sobre el que gira una bolita de acero-diamante. Totalizador; Esta compuesto por 6 tambores y 5 piñones de arrastre. Imán de freno; Compuesto por una aleación (ALNICO) produce unas corrientes parásitas en el disco, motivando el frenado. Órganos de regulación; El ajuste del contador se consigue actuando sobre tornillos accesibles, que pueden modificar su marcha al actuar sobre el imán de freno, el ángulo que impide el giro en vacio, etc.


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Medida de energía activa en corriente alterna trifásica..

El aparato mas utilizado es el contador de inducción, basado en el instrumento de inducción y con sistema de funcionamiento similar al contador monofasico El contador trifásico esta compuesto por tres sistemas impulsores y dos discos de aluminio (en algún caso, tres), solidarios a un eje de acero que junto con los cojinetes, constituyen el elemento móvil. Dos de los sistemas de impulsión, dispuestos diametralmente, actúan sobre el disco inferior, y el tercero sobre el superior. El disco superior esta sometido a la acción del imán de freno. Los elementos constructivos son similares a los empleados en el contador monofasicos. 

El contador trifásico de energía reactiva.- En el contador de energía reactiva, el desfase de 90º se logra añadiendo resistencias en serie a las bobinas voltimetricas, o bien con una conexión artificiosa del interior que conserve el orden de sucesión de fases L1 – L2 – L3.

MEDIDA DE RESISTENCIAS, INDUCTANCIAS Y CAPACIDADES La resistencia eléctrica es una constante de cada material, que necesita de una fuente de alimentación (pila, batería) para su medición. Las magnitudes de las resistencias empleadas en circuitos, maquinas o aparatos varia enormemente. Ejemplo: una resistencia interna de un amperímetro es de 0,001 Ω, mientras que una resistencia de aislamiento es de 106 Ω. Dada la gran variación en el orden de las magnitudes de resistencias también varían los sistemas y aparatos utilizados para su medición. Los métodos más utilizados son: directo, indirecto y por instrumento indicador. Utilizaremos un OHMÍMETRO, que es cualquier aparato de medida destinado a medir, mediante lectura directa, la resistencia entre los bornes de un receptor. Por lo general, la escala de un voltímetro está graduada en ohmios () o en sus múltiplos o submúltiplos

NO SE PUEDE MEDIR CON TENSIÓN APLICADA EN EL CIRCUITO A MEDIR (el aparato de medida debe tener una pila), se medirá por tanto en paralelo y con el circuito desconectado. La resistencia también se puede medir con un método indirecto, midiendo con un amperímetro la intensidad y con un voltímetro la tensión, y aplicando la ley de Ohm se hallaría la resistencia. R = V / I Francisco Marti Sala

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o

Puente de Thomson. Constan de 4 resistencias patrón R1, R2 R´1, R´2, y una resistencia calibrada Rx y un galvanómetro. Se varían las resistencias hasta que el galvanómetro señale la ausencia de corriente. Es adecuado para medir resistencias muy bajas con gran precisión; ejemplo: arrollamientos de motores, transformadores, bobinas de circuitos amperimetricos,

Puente de Maxwell. Es un instrumento, muy útil para medir bobinas y esta basado en la comparación entre una reactancia desconocida (XL), de inductancia Lx y una resistencia Rx, con una inductancia patrón (Lp). al variar la resistencia potenciometrica R1 . R2, se alcanza el equilibrio obteniéndose para la resistencia e inductancia desconocidas los valores:

Puente de Shering. Es utilizado para medición de capacidad (Cx) de un condensador, con su resistencia en serie Rx. El puente consta de un condensador patrón C3, un condensador variable C2 en paralelo con la resistencia variable R2 y otra resistencia variable R1. Alcanzando el equilibrio, se cumple que:


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Medición de resistencias de aislamiento Las instalaciones deberán presentar una resistencia de aislamiento al menos igual a los valores Indicados en la tabla siguiente: o

Este aislamiento se entiende para una instalación en la cual la longitud del conjunto de canalizaciones y cualquiera que sea el número de conductores que las componen no exceda de 100 metros. Cuando esta longitud exceda del valor anteriormente citado y pueda fraccionarse la instalación en partes de aproximadamente 100 metros de longitud, bien por seccionamiento, desconexión, retirada de fusibles o apertura de interruptores, cada una de las partes en que la instalación ha sido fraccionada debe presentar la resistencia de aislamiento que corresponda según la tabla anterior. Cuando no sea posible efectuar el fraccionamiento citado en tramos de 100 metros, el valor de la resistencia de aislamiento mínimo admisible será el indicado en la tabla 1 dividido por la longitud total de la canalización, expresada ésta última en unidades de hectómetros. Si las masas de los aparatos receptores están unidas al conductor neutro (redes T-N), se suprimirán estas conexiones durante la medida, restableciéndose una vez terminada ésta. Cuando la instalación tenga circuitos con dispositivos electrónicos, en dichos circuitos los conductores de fase y el neutro estarán unidos entre sí durante las medidas. El aislamiento se medirá de dos formas distintas: en primer lugar entre todos los conductores del circuito de alimentación (fases y neutro) unidos entre sí con respecto a tierra (aislamiento con relación a tierra), y a continuación entre cada pareja de conductores activos. La medida se efectuará mediante un megóhmetro, que no es más que un generador de corriente continua, capaz de suministrar las tensiones de ensayo especificadas en la tabla anterior con una corriente de 1 mA para una carga igual a la mínima resistencia de aislamiento especificada para cada tensión. Durante la primera medida, los conductores, incluido el conductor neutro o compensador, estarán aislados de tierra, así como de la fuente de alimentación de energía a la cual están unidos habitualmente. Es importante recordar que estas medidas se efectúan por tanto en circuitos sin tensión, o mejor dicho desconectados de su fuente de alimentación habitual, ya que en caso contrario se podría averiar el comprobador de baja tensión o megóhmetro. La tensión de prueba es la tensión continua generada por el propio megóhmetro. La medida de aislamiento con relación a tierra, se efectuará uniendo a ésta el polo positivo del megóhmetro y dejando, en principio, todos los receptores conectados y sus mandos en posición “paro”, asegurándose que no existe falta de continuidad eléctrica en la parte de la instalación que se verifica; los dispositivos de interrupción intercalados en la parte de instalación que se verifica se pondrán en posición de "cerrado" y los cortacircuitos fusibles instalados como en servicio normal a fin de garantizar la continuidad eléctrica del aislamiento. Francisco Marti Sala

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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA Todos los conductores se conectarán entre sí incluyendo el conductor neutro o compensador, en el origen de la instalación que se verifica y a este punto se conectará el polo negativo del megóhmetro. Cuando la resistencia de aislamiento obtenida resultara inferior al valor mínimo que le corresponda, se admitirá que la instalación es, no obstante correcta, si se cumplen las siguientes condiciones: - Cada aparato receptor presenta una resistencia de aislamiento por lo menos igual al valor señalado por la norma particular del producto que le concierna o en su defecto 0,5 M.. - Desconectados los aparatos receptores, la resistencia de aislamiento de la instalación es superior a lo indicado anteriormente.

La segunda medida a realizar corresponde a la resistencia de aislamiento entre conductores polares, se efectúa después de haber desconectado todos los receptores, quedando los interruptores y cortacircuitos fusibles en la misma posición que la señalada anteriormente para la medida del aislamiento con relación a tierra. La medida de la resistencia de aislamiento se efectuará sucesivamente entre los conductores tomados dos a dos, comprendiendo el conductor neutro o compensador. Para las instalaciones que empleen muy baja tensión de protección (MBTP) o de seguridad (MBTS) se deben comprobar los valores de la resistencia de aislamiento para la separación de estos circuitos con las partes activas de otros circuitos, y también con tierra si se trata de MBTS, aplicando en ambos casos los mínimos de la tabla anterior.

o

Medida de la resistencia de tierra La determinación de la resistencia del suelo y de las tomas de tierra tiene notable importancia en el campo de las instalaciones eléctricas, por motivos de seguridad, según las vigentes normas del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión y las instrucciones técnicas complementarias. En las redes de transporte y distribución de energía eléctrica, y en las protecciones contra descargas atmosféricas, interesa obtener el mas bajo nivel posible de las resistencias de toma de tierra, permitiéndose como máximo 10 Ω. Las condiciones de medida y su periodicidad se indican en la ITC-BT-18. Por la importancia que ofrece, desde el punto de vista de la seguridad cualquier instalación de toma de tierra, deberá ser obligatoriamente comprobada por el Director de la Obra o Instalador Autorizado en el momento de dar de alta la instalación para su puesta en marcha o en funcionamiento. Personal técnicamente competente efectuará la comprobación de la instalación de puesta a tierra, al menos anualmente, en la época en la que el terreno esté mas seco. Para ello, se medirá la resistencia de tierra, y se repararán con carácter urgente los defectos que se encuentren.


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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA ANTONIO JOSE CAVANILLES FAMILIA ELECTRICIDAD-ELECTRONICA TECNICAS Y APARATOS DE MEDIDA En los lugares en que el terreno no sea favorable a la buena conservación de los electrodos, éstos y los conductores de enlace entre ellos hasta el punto de puesta a tierra, se pondrán al descubierto para su examen, al menos una vez cada cinco años. Estas medidas se efectúan mediante un telurómetro, que inyecta una intensidad de corriente alterna conocida, a una frecuencia superior a los 50 Hz, y mide la caída de tensión, de forma que el cociente entre la tensión medida y la corriente inyectada nos da el valor de la resistencia de puesta a tierra. La conexión se efectúa a tres terminales tal y como se indica en la figura, de forma que la intensidad se inyecta entre E y H, y la tensión se mide entre S y ES. El electrodo de puesta a tierra está representado por RE, mientras que las otros dos electrodos hincados en el terreno son dos picas auxiliares de unos 30 cm. de longitud que se suministran con el propio telurómetro. Los tres electrodos se deben situar en línea recta. Durante la medida, el electrodo de puesta a tierra cuya resistencia a tierra (RE) se desea medir debe estar desconectado de los conductores de puesta a tierra. La distancia entre la sonda (S) y el electrodo de puesta a tierra (E/ES), al igual que la distancia entre (S) y la pica auxiliar (H) debe ser al menos de 20 metros. Los cables no se deben cruzar entre sí para evitar errores de medida por acoplamientos capacitivos. La medida efectuada se puede considerar como correcta si cuando se desplaza la pica auxiliar (S) de su lugar de hincado un par de metros a izquierda y derecha en la línea recta formada por los tres electrodos el valor de resistencia medido no experimenta variación. En caso contrario es necesario ampliar la distancia entre los tres electrodos de medida hasta que se cumpla lo anterior. Mediante telurómetros que permiten una conexión a cuatro terminales se puede medir también la resistividad del terreno.


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Medida de frecuencias y factores de potencia. Tanto la frecuencia como el factor de potencia son magnitudes eléctricas propias de la corriente alterna, que es necesario conocer o medición de frecuencia.- El instrumento más usual para la medida de frecuencias es el frecuencimetro de láminas ya descrito anteriormente, conectado en derivación (paralelo) a la red.

o

medición del factor de potencia.- también puede medirse directamente por medio del fasimetro, cuyo sistema de medida es el de bobinas cruzadas. La bobina fija se conecta en serie con el circuito y produce el campo magnético, mientras que la parte móvil la forman dos bobinas voltimetricas que pueden girar libremente en el campo magnético.

Esquema de fasimetro monofasico

El fasimetro trifásico sustituye ventajosamente al empleo de tres fasimetros monofasicos. El fasimetro para sistemas desequilibrados dispone de dos bobinas en serie con dos fases, y dos bobinas móviles (voltimetricas) entre esas mismas fases y la tercera fase, proporcionando un cosφ único en el circuito.


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Aparatos de medida universales. Multimetros . Los avances tecnológicos también están presentes en el campo de los instrumentos de medida eléctrica, un ejemplo lo constituyen los aparatos de medida universal, que con un solo instrumento permiten las mediciones directas de las principales magnitudes eléctricas, como intensidad, tensión, resistencia, capacidad, etc.

En las figuras se muestran multimetros analógico-digitales, que permite la lectura directa por medio de unas cifras (dígitos) que aparecen en la pantalla.


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magnitudes que intervienen en cualquier instalación o dispositivo eléctrico. aparatos de medida eléctricos. Además de los aparatos es necesario conocer las técnicas más

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