Manual de laboratorio Medidas Electricas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA DE POTENCIA

GUÍA DE LABORATORIO DE CIRCUITOS MEDIDAS ELECTRICAS (ML–313) Elaborado por:

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Mecánica Laboratorio de Electricidad y Electrónica de Potencia

Ciclo: 2!"#2

Ing Edgard G!adal!p" Go#a$ I%DICE

L#!: ME$I$% $E F&ECUENCI%'(

Página )

L#2: P&*+ECCI,N $IFE&ENCI%L(

-

L#): &E'I'+ENCI% $E PUE'+% % +IE&&%( L#/: $E+E&MIN%CI,N $EL %N0UL* $E P1&$I$%'  EL F%C+*& $E P1&$I$%' $E UN C*N$EN'%$*&(

. !

L#": &E'I'+ENCI% $E %I'L%MIEN+*( L#-: ME$I$% $E L% &E'I'+I3I$%$ $EL +E&&EN*(

!2 !/

L#4: U'*' $EL *'CIL*'C*PI*

!-

L#.: %MPLIFIC%$*& *PE&%CI*N%L %NE5*'

2! 2"

Edgard 0uadalu6e 0(

2


Ciclo: 2!"#2

L&1 MEDIDA DE 'RECUE%CIAS I

OBETIO

$eter7inar en 8or7a e96eri7ental las 8recuencias de una 8uente de tensión alterna sinusoidal(

II

CIRCUITO A UTILI*AR

Figura ! f

III

! =

C )C / R) R/

2π

E+U +UII,O - MA MATERI ERIALE ALES

! 0enerador de audio ! Panel Puente ien con: ! &esistencia variable & de ;#!< Ω= (- %( ! &esistencia variable & de ;#!< Ω= (- %( Condensadores Condensadores "= != 22= )) µF( ! &esistencia &! > 2 Ω= !  ! &esistencia &2 > / Ω= !  ! Multí7etro 3( Conductores(

I

,ROCEDIMIE%TO

a< &eali? &eali?ar ar el el circui circuito to de la 8igu 8igura ra ! b< 'eleccionando 'eleccionando la 8recuencia a /"= "= ""= - y -" @?= reali?ar reali?ar los siguientes 6asos( 6asos( Edgard 0uadalu6e 0(

)


Ciclo: 2!"#2

c< Para cada 8recuencia elegida= variar el condensador C desde " Aasta )) µF( Para cada valor de C deter7inar el valor de & de 7anera Bue el 6uente se eBuilibre( 'r".!"n./a (0)

alor no2/nal d" C C > " F C > ! F

/" C > 22 F C > )) F C > " F C > ! F " C > 22 F C > )) F C > " F C > ! F "" C > 22 F C > )) F C > " F C > ! F - C > 22 F C > )) F C > " F C > ! F -" C > 22 F C > )) F

Edgard 0uadalu6e 0(

alor r"al d" C (') C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ > C) > C/ >

/

R3 (4)

R5 (4)




Ciclo: 2!"#2

CUESTIO%ARIO

!< %nali?ar el 6uente= cuando son di8erentes tanto las resistencias &) y &/= co7o los condensadores C) y C/( 2< 0ra8icar 6ara la 8recuencia de - @?= & vrs C( )< $eter7inar el error 6orcentual de las 8recuencias obtenidas e96eri7ental7ente( /< Co7Dntese sobre las 6osibles 8uentes de error( "< *bservaciones( -< &eco7endaciones( 4< Conclusiones(

Edgard 0uadalu6e 0(

"


Ciclo: 2!"#2

L&6 ,ROTECCI7% DI'ERE%CIAL I

OBETIO

Conocer el 6rinci6io de la Protección $i8erencial a6licada a detectar 8allas internas en una 7aBuina elDctrica co7o un generador síncrono o un trans8or7ador(

II

CIRCUITO A UTILI*AR

III

E+UI,OS - MATERIALES

! +rans8or7ador de 6rueba= de 22!24;!!"3<= ! 3%( ! %76erí7etro de 6in?as ;%!= %2= %)<( ! %76erí7etro ;%$< de   ("  ! %( 2 +rans8or7adores de corriente= ;+!= +2<( 2 &esistencias variables de ) Ω= " %( Cables de cone9ión(

I

,ROCEDIMIE%TO

Considerando las 6olaridades del trans8or7ador de 6rueba y de los trans8or7adores de corriente= realice el circuito de la 8igura anterior( El ra7al con la resistencia &2 si7ulará un cortocircuito interno 6roducido en el devanado secundario del trans8or7ador 6rotegido( Pri7era Parte a< Poner &! y &2 al 7á9i7o( $esconectar la ra7a donde se encuentra &! y la ra7a donde se encuentra &2( Edgard 0uadalu6e 0(

-


Ciclo: 2!"#2

b< +o7ar el valor de la corriente de e9citación del trans8or7ador indicado en %!= y a su valor 6ro6orcional indicado en %$( c< Conectar la ra7a de &!( d< 3ariando la resistencia &!= obtener una variación de corriente entre #) % en el a76erí7etro %2( +o7ar un Guego de " valores de %!= %2 y %$( 'egunda Parte e< Poner &! en un valor tal Bue %2 7ida ) %( 8< Conectar la ra7a de %) y &2= reducir &2 Aasta obtener en %) una lectura de !(" %( g< %u7entar &2= to7ando 6or lo 7enos " 6untos= 6ara los Bue se 7edirá los valores de %!= %) y %$( La variación de %) será entre !(" % y  %= y la lectura de %2 debe 7antenerse constante en ) %(



CUESTIO%ARIO

!< %nali?ar teórica7ente la e96eriencia y dibuGar el circuito e76leado en la 7is7a= 7ostrando las 6olaridades de los trans8or7adores= y los sentidos de circulación de las corrientes en cada uno de ellos( 2< $e8iniendo H > 22!24;!!"<= tra?ar la curva ;%!#%2H< en 8unción de % $= 6ara a7bas 6artes de la e96eriencia( )< %nali?ar cada una de las curvas obtenidas en el 6unto anterior( /< JuD indicaría %$ si se invierte la 6olaridad del trans8or7ador +!K "< JuD sucedería si +! y +2 tienen distintas relaciones de trans8or7aciónK -< E96liBue el uso y las li7itaciones de este dis6ositivo en los siste7as de 6rotección( 4< *bservaciones( .< &eco7endaciones( < Conclusiones(

Edgard 0uadalu6e 0(

4


Ciclo: 2!"#2

L&3 RESISTE%CIA DE ,UESTA A TIERRA I

OBETIO

$eter7inar e96eri7ental7ente la resistencia de 6uesta a tierra de un electrodo arti8icial con el 7Dtodo de caída de 6otencial(

II

ELEME%TOS A UTILI*AR ! +eluró7etro( ! Medidor de te76eratura y Au7edad a7biental( ! Electrodo arti8icial( ! Electrodo de 6otencial P( ! Electrodo de corriente C( ! Cinta 7Dtrica( ! Co7ba( Conductores 6ara cone9iones

III

,ROCEDIMIE%TO

a< Ubicar un 6o?o de 6uesta a tierra a 8in reali?ar la 7edida de su resistencia( b< %r7ar el circuito de la 8igura(

Edgard 0uadalu6e 0(

.


Ciclo: 2!"#2

c< 3eri8icar Bue la batería del instru7ento se encuentre en buenas condiciones y conectar los cables largos a los bornes C y P del instru7ento( d< Colocar el electrodo  a una distancia de . 7etros del eGe de la varilla de cobre del 6o?o ;E<( e< +o7ar la lectura de la resistencia del 6o?o de 6uesta a tierra 6ara cada 6osición del electrodo = el cual deberá ser ubicado a != 2= )= /= "= -= y 4 7etros del electrodo de cobre del 6o?o de tierra ;E<( 8< &e6etir el 6roceso anterior= 6ero ubicando el electrodo  a !- 7etros del 6o?o de 6uesta a tierra( +o7ar lecturas en este caso= 6ara las 6osiciones del electrodo  de != 2= )= /= "= -= 4= .= = != !!= !2= !)= !/ y !" 7etros del 6o?o de 6uesta a tierra ;E<( g< +o7ar nota de las condiciones a7bientales(

I

CUESTIO%ARIO

!< Funda7entar el 7Dtodo de la caída de 6otencial= utili?ado 6ara la 7edida de resistencia de 6uesta a tierra( 2< +o7ando 6ara cada caso la distancia E# co7o en ! gra8icar la 7edida en cada caso= en 8unción de la distancia E#P e96resada co7o 6orcentaGe de E#C( )< E96licar las curvas obtenidas en el 6aso anterior( /< E96licar en Bue 8or7a se calcula la resistencia de una 6uesta a tierra= en 8unción de la resistividad del terreno y de las di7ensiones 8ísicas ;diá7etro y largo< de un electrodo tubular enterrado vertical7ente en el suelo(

Edgard 0uadalu6e 0(




Ciclo: 2!"#2

L&5 DETERMI%ACI7% DEL A%GULO DE ,8RDIDAS - EL 'ACTOR DE ,8RDIDAS DE U% CO%DE%SADOR I

OBETIO

Medir en 8or7a e96eri7ental el ángulo y 8actor de 6Drdidas de un condensador( 'e e76lean los 7Dtodos de los tres a76erí7etros y los tres voltí7etros(

II

E+UI,O - MATERIALES ! %utotrans8or7ador variable ;#2)< 3= - %( ! %76erí7etro %'= "% ! %76erí7etro de 6in?a %'= %& = %C( ! &esistencia variable &! > ;  -< Ω= (" %( ! &esistencia &2 > &esistencia 8iGa - Ω O ! resistencia variable ;  ).< Ω( ! Multí7etro( Cables de cone9ión

III

,ROCEDIMIE%TO %

%r7ar el circuito de la 8igura -%

a< Colocar &! al 7á9i7o valor( b< &egular la salida del autotrans8or7ador desde cero Aasta 22 3= to7ando Guegos de valores de 3'= %'= 3&! y 3C( c< $eter7inar el error relativo 6orcentual( d< Manteniendo el voltí7etro 3' y una tensión constante de 22 3 regular la resistencia &! desde el valor 7á9i7o al valor 7íni7o y to7ar Guegos de valores de 3'= %'= 3&! y 3C( Q

%r7ar el circuito de la 8igura -Q

!< La resistencia &2 6oner a su 7á9i7o valor( 2< &egular la salida del autotrans8or7ador variando la tensión desde cero Aasta 22 3= to7ando Guegos de valores de 3 '= %'= %&2 y %C(

I

CUESTIO%ARIO

!< Cuál es la 8inalidad de &! y &2 en la deter7inación del ángulo de 6Drdidas y el 8actor de 6Drdidas del condensador utili?adoK 2< Cuál es la i76ortancia del ángulo de 6Drdidas y el 8actor de 6Drdidas del condensadorK )< Investigar el 8actor de 6Drdidas y el ángulo de 6Drdidas en condensadores nor7ali?ados= tales co7o condensadores con dielDctricos de 6a6el= aceite= 6a6el i76regnado en aceite= cerá7ica= 6oliDster= etc( Edgard 0uadalu6e 0(

!


Ciclo: 2!"#2

/< *bservaciones( "< &eco7endaciones( -< Conclusiones(

Figura -

Edgard 0uadalu6e 0(

!!


Ciclo: 2!"#2

L&9 RESISTE%CIA DE AISLAMIE%TO I

OBETIO

Caracteri?ar la resistencia de aisla7iento de los eBui6os elDctricos de utili?ación a di8erentes tensiones(

II

ELEME%TOS A UTILI*AR ! %utotrans8or7ador variable #22 3= - %( ! MegóA7etro de " 3( ! Micro a76erí7etro de   " µ%= $C( ! Multí7etro( ! Panel elevador y recti8icador de tensión con 8iltro( ! Panel de . &esistencias de  MegoA7ios( Conductores 6ara cone9iones

III

,ROCEDIMIE%TO

a< Usando el 7egóA7etro= deter7ine uno de los bornes de la 7áBuina y 7ida la resistencia de aisla7iento( %note el valor obtenido y utili?ando ese borne ar7e el siguiente circuito:

Figura 4(!

b< 3ariando la tensión de ali7entación entre cero y " 3= to7ar un Guego de !" valores de 3 e I( +ener cuidado de no sobre6asar la ca6acidad el 7icro a76erí7etro y de tener en cuenta de su 6olaridad al conectarlo( c< Usando el 6anel de resistencias= construir el circuito de la 8igura 4(2( E8ectuar la 7edición de la resistencia del circuito con el 7egóA7etro y to7ar la lectura de intensidad en el 7icro a76erí7etro= teniendo cuidado de no sobre6asar la ca6acidad del a76erí7etro y de conectarlo con la 6olaridad correcta( &e6etir el 6roceso eli7inando cada ve? una resistencia del circuito( No a6liBue directa7ente la tensión del 7egóA7etro sobre el 7icro a76erí7etro(

Edgard 0uadalu6e 0(

!2


I

Ciclo: 2!"#2

CUESTIO%ARIO

!< $e los valores 7edidos en el circuito nR7ero 4(!= Aallase el valor de la resistencia de aisla7iento y gra8icar este valor co7o 8unción de la tensión a6licada( 2< $e los valores 7edidos en el circuito nR7ero 4(2= Aallar la tensión en los bornes del 7egóA7etro 6ara cada valor de resistencia y Aacer el grá8ico corres6ondiente 3 vrs &( )< Co76arar el valor de resistencia de aisla7iento 7edida directa7ente en el 7egóA7etro con los grá8icos Aallados anterior7ente( /< JuD grado de i76ortancia tiene el valor de tensión del 7egóA7etroK "< %nali?ar el valor Bue tiene la tensión del 7egóA7etro sobre los resultados obtenidos en el 6ri7er circuito de la e96eriencia(

Figura 4(2

Edgard 0uadalu6e 0(

!)


Ciclo: 2!"#2

L& MEDIDA DE LA RESISTIIDAD DEL TERRE%O I

*QSE+I3*

$eter7inar la resistividad del terreno e96eri7ental7ente la resistencia de 6uesta a tierra de un electrodo arti8icial con el 7Dtodo de caída de 6otencial( II ELEMEN+*' % U+ILI%& ! +eluró7etro( ! Medidor de te76eratura y Au7edad a7biental( ! Electrodo arti8icial( ! Electrodo de 6otencial P( ! Electrodo de corriente C( ! Cinta 7Dtrica( ! Co7ba( Conductores 6ara cone9iones III P&*CE$IMIEN+* a< $esconecte la lá7ina de cortocircuito de los ter7inales 5 y 5v( b< $is6oner los electrodos en línea recta( %segurarse Bue la distancia entre electrodos son idDnticas e igual a 2 7( c< La distancia entre los 6ostes es 6ro6orcional a la 6ro8undidad 7edia de la 7uestra de suelo Bue se va a 7edir( d< Los electrodos deberían colocarse a una 6ro8undidad de (!" 7= de 7anera Bue la 6ro8undidad sea a6ro9i7ada7ente !2 de la distancia entre electrodos( e< Uso conductores 6ara conectar los electrodos 5= 5v= = y  a los ter7inales res6ectivos del instru7ento( 8< Presiones el botón TMedir( g< Leer el valor de la resistencia indicado en la 6antalla( A< %6licar la siguiente ecuación 6ara calcular la resistividad ;V<: V>2W&% % V &

> distancia entre electrodos en 7etros( > resistividad en X 7etros( > *A7ios lectura obtenida del teluro 7etro(

i< +rasladar los electrodos 5 y  a nuevas 6osiciones= aleGándolos 2 7 de su 6osición anterior y 7anteniendo la línea recta( G< &e6etir los 6asos 8<= g<= A<= i<= Aasta Bue la distancia entre los electrodos 5 y  sea de ) 7( H< +o7ar nota de las condiciones a7bientales(

Edgard 0uadalu6e 0(

!/


Ciclo: 2!"#2

I3 CUE'+I*N%&I* !< Funda7entar el 7Dtodo de los cuatro electrodos 6ara la 7edida de la resistividad del terreno( 2< $educir la ecuación del 7Dtodo de enner( )< $educir la ecuación del 7Dtodo de 'cAlu7berger( /< 0ra8icar el 6er8il de la resistividad a6arente del terreno= resistividad  6ro8undidad( "< 'egRn el 6er8il de la resistividad obtenido= esti7e las clases de ca6as Bue 8or7an el suelo( -< *bservaciones 4< &eco7endaciones( .< Conclusiones

Edgard 0uadalu6e 0(

!"


Ciclo: 2!"#2

L&; USOS DEL OSCILOSCO,IO I

OBETIO

Usar e8ica?7ente del oscilosco6io co7o instru7ento de 7edida(

II

E+UI,O - MATERIALES ! *scilosco6io +EY+&*NI5 +$' 2 ! 0enerador de seZales ! %76li8icador de sonido ! Multí7etro( Cables de cone9ión

III

,ROCEDIMIE%TO

+o7a de 7edidas a< Conecte la sonda del canal ! a la seZal( Pulse el botón ME$I$%' 6ara ver el 7enR de 7edidas( 'eleccione del 7enR de 7edidas la o6ción Fuente( $e8ina el canal ! C@! 6ara las cuatro 7edidas Bue se dis6onen( Luego= 6ulse el botón del 7enR su6erior 6ara seleccionar +i6o( 'eleccione 36ico#6ico en el 6ri7er botón del 7enR C@!( 'eleccione 3r7s en el segundo botón del 7enR C@!( 'eleccione Periodo en el tercer botón del 7enR C@!( 'eleccione Frecuencia en el cuarto botón del 7enR C@!( Pulse el botón AUTOCONFIGURAR( +o7e las 7edias de la a76litud 6ico a 6ico= valor e8ica?= 6eriodo y 8recuencia de la seZal( b< Medida de dos seZales( Mediante el generador de seZales= a6licar una seZal de 6rueba a la entrada del a76li8icador( Conecte el canal ! C@! a la entrada del a76li8icador( Conecte el canal 2 C@2 a la salida del a76li8icador( Mida a7bos niveles de seZal y utilice estas 7edidas 6ara calcular la ganancia( Para visuali?ar las seZales conectadas a los canales ! y 2 se sigue el siguiente 6rocedi7iento: • • • • •

'i no a6arecen las seZales= 6ulse el botón C@! MENU y a continuación C@2 MENU( Pulse el botón AUTOCONFIGURAR( %signe los botones del 7enR ME$I$%' a los canales ! C@! y 2 C@2 En los 7enRs C@! y C@2= seleccione la 7edida 3 6ico#6ico( Lea las a76litudes 6ico a 6ico de las seZales ! y 2 en la 6antalla( Calcule la ganancia del a76li8icador 7ediante las ecuaciones siguientes: Ganancia

=

Ganancia;dB <

Edgard 0uadalu6e 0(

amplitud (de( salida amplitud (de(entrada

( log;Ganancia< = 2(veces

!-


Ciclo: 2!"#2

c< %76li8icador u4/! +o7a de 7edidas con el cursor d< Medir el ancAo del 6ulso( Pulse el botón CU&'*&( 'eleccione +ie76o en el botón su6erior del 7enR del cursor( Pulse el botón del 7enR Fuente 6ara seleccionar C@!( 'itRe un cursor en el 8lanco ascendente del 6ulso usando el 7ando CU&'*& !( 'itRe el otro cursor en el 8lanco descendente del 6ulso usando el 7ando CU&'*& 2( En el 7enR del cursor anote las siguientes 7edidas: • El tie76o en el Cursor != relativo al dis6aro( • El tie76o en el Cursor 2= relativo al dis6aro( • El delta de tie76o del ancAo del 6ulso(

Edgard 0uadalu6e 0(

!4


Ciclo: 2!"#2

e< Medir el tie76o de subida( El tie76o de subida se 7ide entre el ! y el  de la 8or7a de onda( %Guste el 7ando 'EC$I3 6ara 7ostrar el 8lanco ascendente de la onda( %Guste el 7ando 3*L+'$I3 6ara de8inir la a76litud de la onda a unas cinco divisiones( 'i no esta visible el 7enR de C@!= 6ulse C@! MENU( Pulse el botón 3olts$iv 6ara seleccionar Fina( %Guste el 7ando 3*L+'$I3 6ara de8inir la a76litud de la onda e9acta7ente a cinco divisiones( Utilice el 7ando P*'ICI,N 3E&+IC%L 6ara centrar la onda sitRe la línea base de la onda a 2(" divisiones 6or debaGo de la gratícula central( Pulse los botones CU&'*&+ie76o( 'itRe el cursor ! en el ! de la onda 7ediante el 7ando CU&'*& !( 'ituD el cursor 2 en el  de la onda 7ediante el 7ando CU&'*& 2( La lectura de di8erencia del 7enR del cursor es el tie76o de subida de la onda(

8< Medir la 8recuencia de oscilación( Medida de la 8recuencia de oscilación del 8lanco ascendente( Pulse los botones CU&'*&+ie76o( 'itRe el Cursor ! en el 6ri7er 6ico de la oscilación( 'itRe el Cursor 2 en el segundo 6ico de la oscilación( %notar el tie76o de di8erencia y la 8recuencia ;la 8recuencia de oscilación 7edida< del 7enR del cursor(

Edgard 0uadalu6e 0(

!.


Ciclo: 2!"#2

g< Medir la a76litud de oscilación( Pulse los botones CU&'*&+ensión( 'itRe el Cursor ! en el 6ico 7ás alto de la oscilación( 'itRe el Cursor 2 en el 6ico 7ás baGo de la oscilación( %note del 7enR del cursor: • La tensión di8erencial ;tensión 6ico a 6ico de la oscilación<( • La tensión el en Cursor !( • La tensión el en Cursor 2(

%nali?ar detalle de la seZal A< E9a7inar una seZal con ruido( Pulse los botones %$JUI'ICI,N$et(Pico( 'i es necesario 7eGor la i7agen 6ulse los botones P%N+%LL%%u7entar contraste# &educir Contraste 6ara ver el ruido con 7ás 8acilidad( La detección de 6icos en8ati?a los 6icos y es6urios del ruido de la seZal= si la base de tie76os está establecida en un valor lento(

Edgard 0uadalu6e 0(

!


Ciclo: 2!"#2

'e6arar la seZal del ruido i< Pulse los botones %$JUI'ICI,NPro7edioPro7ediado 6ara ver el e8ecto al variar el nR7ero de 6ro7edios Bue se a6lican a la re6resentación de la onda( El 6ro7edio reduce el ruido aleatorio y 6er7ite e9a7inar 7ás 8ácil7ente el detalle de una seZal(

I

CUESTIO%ARIO

!< @acer un resu7en de las 8unciones y de los 6rinci6ales usos del oscilosco6io en electricidad y electrónica( 2< $ibuGar las seZales observadas en cada circuito y contrastar con las 7edidas del 7ultí7etro( )< Investigar sobre las li7itaciones en 8recuencia del oscilosco6io y del 7ultí7etro( /< *bservaciones( "< &eco7endaciones( -< Conclusiones(

Edgard 0uadalu6e 0(

2


Ciclo: 2!"#2

L&< AM,LI'ICADOR O,ERACIO%AL I

OBETIO

Fa7iliari?ar al estudiante con las características básicas de los a76li8icadores o6eracionales(

II ,ROCEDIMIE%TO % %76li8icador *6eracional a< &econocer las características del circuito µ A4/! : ganancia= i76edancia de entrada= de salida= voltaGe o88set= corrientes= variación de % vrs 8recuencia= etc( de acuerdo a las características del a76li8icador o6eracional( b< &econocer los ter7inales del circuito integrado(

c< %li7entar el CI µ A4/! (

Q

'eguidor de 3oltaGe

d< Conectar el CI µ A4/! co7o seguidor de voltaGe= %nular el voltaGe del o88set( Luego= a6licar una seZal sinusoidal de " 36#6= ! H@? y observar los voltaGes de entrada y salida en el oscilosco6io( %notar la ganancia y el des8asaGe(

Edgard 0uadalu6e 0(

2!


Ciclo: 2!"#2

e< %u7entar la 8recuencia Aasta Bue se note una distorsión= %notar dicAa 8recuencia(

 V     < en 8unción de la 8recuencia V  

8< 0ra8iBue la ganancia en decibeles ; 2 log

e

;log<= indicando el 6unto de ) dQ( Co76are este grá8ico Q*$E con las características del a76li8icador o6eracional( I76edancia de 'alida g< Utili?ando el generador de 8unciones= escoGa una 8recuencia 6or debaGo de aBuella distorsión( *bserve la seZal sinusoidal de ! 36#6 a travDs del oscilosco6io( Luego coloBue una carga igual a la i76edancia de salida del generador entre la salida y la tierra( JuD le sucede a la a76litudK Por BuDK Juitar luego dicAa resistencia( A< %li7entar el seguidor de voltaGe con la salida del generador de 8unciones y observar la salida: [BuD le sucede a la a76litudK %Aora agregue la carga 7encionada en el 6árra8o anterior entre la salida del seguidor de voltaGe y tierra( Mida su a76litud( $e estas= BuD 6uede usted deducir de la i76edancia de salida del seguidor de voltaGeK I76edancia de Entrada i< Construir el divisor de voltaGe Bue se 7uestra en la 8igura siguiente:

G< Mida el voltaGe a travDs de & 2 con su 7ultí7etro( Por BuD la lectura es 7enor Bue la 7itad del voltaGe a6licadoK %Aora introdu?ca el seguidor de voltaGe co7o se 7uestra en la 8igura( Cuál es aAora la lectura de su voltí7etroK JuD conclusión tiene de la i76edancia de entrada del seguidor de voltaGeK

Edgard 0uadalu6e 0(

22


C

Ciclo: 2!"#2

%76li8icador Inversor

H< Construir un a76li8icador inversor con una ganancia de != usando una resistencia de ! Y 6ara &F y ! Y 6ara &!( Con el generador de 8unciones a ! H@?= a un voltaGe de ! 36#6= conecte la seZal al a76li8icador y observe la a76litud y 8ase a la salida del a76li8icador( +race un grá8ico Q*$E 6ara esta ganancia( &ee76lace luego la resistencia &F con una ! Y 6ara reducir la ganancia a !( observe nueva7ente la a76litud y 8ase a la salida del a76li8icador( +race un grá8ico Q*$E 6ara esta ganancia( JuD conclusiones 6uede usted sacar de sus resultadosK

$ %76li8icador No Inversor l< Construir un a76li8icador no inversor con una ganancia de !! usando ! Y 6ara &F y ! Y 6ara &!( *bserve su o6eración( Cuál es su i76edancia de entradaK

Edgard 0uadalu6e 0(

2)


E

Ciclo: 2!"#2

%76li8icador $i8erencial

7< El circuito siguiente 7uestra un a76li8icador di8erencial:

%76li8ica sola7ente la di8erencia de voltaGes en sus entradas( $e7ostrar Bue: V 

=

R2 R!

;V 2 V ! < −

'i a6arece el 7is7o voltaGe en a7bas entradas a la ve?= su salida es cero= esta Aabilidad lo Aace i76ortante 6ara eli7inar seZales de - @? y ruido( n< Construir el circuito con resistencias de ! Y 6ara &! y ! Y 6ara &2( Colocar una seZal sinusoidal de (" 3 6#6 en el divisor de voltaGe Bue se 7uestra(

o< Conectar a la entrada ! del a76li8icador al 6unto % y a la entrada 2 al 6unto Q( Medir la a76litud y 8ase del voltaGe de salida y co76are con los valores teóricos( 6< Conectar a la entrada ! del a76li8icador al 6unto Q y la entrada 2 el 6unto %( Medir la a76litud y 8ase del voltaGe de salida y co76are con los valores teóricos( B< Conecte a7bas entradas ;! y 2< al 6unto %( Mida la a76litud de salida( Esto de7uestra la Aabilidad del a76li8icador di8erencial ;co77on 7ode reGection<(

Edgard 0uadalu6e 0(

2/


Ciclo: 2!"#2

ANEXOS

Edgard 0uadalu6e 0(

2"


Ciclo: 2!"#2

A-1

MEDIDA DE LA RESISTIIDAD DEL TERRE%O M=>odo d" lo$ .!a>ro "l".>rodo$ En el 6rocedi7iento= se establece la resistividad= en 8unción de la 6ro8undidad en la vertical de un 6unto= * ;8igura !<= Aaciendo circular una corriente= I= con ayuda de un generador= 0 entre dos electrodos 6untuales= de 6eBueZas di7ensiones= Aincados en el suelo= % y Q(

En terreno Ao7ogDneo de resistividad = el valor del ca76o elDctrico= E= en el 6unto *= debido a la 6resencia de las cargas elDctricas de signos contrarios 6rocedentes de % y Q= tiene 6or valor: E> 'i el 6unto * está situado en la 7itad de %Q= de tal 8or7a Bue %* > *Q > 9= Bueda: E>I de donde se reduce la 8ór7ula siguiente de la resistividad del suelo baGo el 6unto *: > 92



Puesto Bue el suelo es rara7ente Ao7ogDneo= real7ente la 8ór7ula e96resa la resistividad a6arente de las cargas e9istentes en el suelo baGo el 6unto *= Gusto Aasta la 6ro8undidad alcan?ada 6or el 8ilete de intensidad de corriente 7edia Bue circula entre los electrodos % y Q( Práctica7ente= el ca76o elDctrico= E= se deter7ina 6or el cociente entre la di8erencia de 6otencial U C  U$ Bue e9iste entre dos sondas de tierra= C y $= dis6uestas si7Dtrica7ente con relación a * y su se6aración= L ;8igura 2<( Edgard 0uadalu6e 0(

2-


Ciclo: 2!"#2

E> E96resando la di8erencia de 6otencial en 8unción de la distancia res6ectiva de los 6untos C y $ con res6ecto a las corrientes OI y I= se tiene: UC  U$ > y= 6or tanto= la resistividad a6arente= = de las ca6as acu7uladas del terreno debaGo del 6unto * será: 

>

Bue es la 8ór7ula general 6ara la 7edida de la resistividad a6arente del terreno= cualBuiera Bue sean las longitudes e9istentes entre los electrodos= des6reciando la 6ro8undidad de enterra7iento de las 6icas de 7edida( El tDr7ino ;UC  U$<I es la resistencia= &= en = Bue 6ro6orcionan directa7ente los instru7entos de / bornes co7Rn7ente utili?ados= cuyo circuito volti7Dtrico se conecta a las to7as C y $ y el a6eri7Dtrico= a las % y Q(

Edgard 0uadalu6e 0(

24


Ciclo: 2!"#2

M=>odo d" ?"nn"r Es un caso 6articular del 7Dtodo de los / electrodos Bue se dis6onen en línea recta y eBuidistantes= si7Dtrica7ente res6ecto al 6unto en el Bue se desea 7edir la resistividad del suelo= no siendo necesario Bue la 6ro8undidad de las 6iBuetas= Bue 6ara ello se utili?an= sobre6ase los ) c7( El a6arato de 7edida es un teluró7etro clásico= siendo los dos electrodos e9tre7os los de inyección de la corriente de 7edida= I= y los dos centrales= los electrodos de 7edida del 6otencial ;8igura )<(

El 6unto *= de la 7edida de la resistividad se encuentras en el 7edio de un siste7a si7Dtrico= entre los electrodos de 6otencial= lla7ándose base de 7edida a la distancia Ta entre dos electrodos adyacentes y línea de e7isión a la distancia entre los electrodos e9tre7os ;igual a T) a en este 7Dtodo<( En estas condiciones= la 8ór7ula general anterior Bueda si76li8icada en: 

Edgard 0uadalu6e 0(

> & > 2a&

2.


Ciclo: 2!"#2

A&6 MEDIDA DE LA RESISTE%CIA DE TIERRA M=>odo d" la .a@da d" po>"n./al Para 7edir la resistencia de tierra M= se dis6onen ;8igura /< dos to7as au9iliares % y Q= una 6ara el retorno de la corriente conocida= I= Bue se inyecta entre M y % y la otra 6ara 6ro6orcionar un 6otencial de re8erencia= 3= Bue se 7ide entre M y Q= siendo su8iciente Bue sus resistencias 6ro6ias estDn en relación con la sensibilidad de los a6aratos de 7edida= 6ara lo cual= salvo casos e9ce6cionales= bastan dos 6icas de 6eBueZa di7ensión(

%l obGeto de alcan?ar una 6recisión satis8actoria= los dos electrodos M y % deben estar su8iciente7ente aleGados= 6ara Bue su interacción tenga un e8ecto des6reciable ;elevación de 6otencial de M 6ráctica7ente igual a &I< y Q se Aa de encontrar en 6unto en Bue la elevación de 6otencial sea des6reciable ;constituyendo= entonces= una buena a6ro9i7ación de Ttierra leGana<( Estas condiciones se cu76len si las distancias entre M y % es= al 7enos= 2 veces 7ayor Bue el radio re del electrodo Ae7is8Drico eBuivalente a M ;radio Bue será= co7o 7íni7o= igual a la 7itad de la 7ayor de sus di7ensiones< y si Q está aleGado de M y %= co7o 7íni7o= ! veces ese radio( El resultado de la 7edida es= entonces= 6ráctica7ente inde6endiente de la 6osición de los electrodos= lo Bue 6uede veri8icarse des6la?ándolos( Los tres electrodos Aan estar alineados y Q situado entre M y %= a una distancia del centro de M igual al -!(. ;>  ("< de la e9istente entre M y %( Esta regla establecida 6or +agg= al i76oner Bue= en la di8erencia de tensión entre el electrodo a 7edir= M= y el 6otencial= Q= sea nulo el tDr7ino Bue se sustrae de &I= su6one el terreno Ao7ogDneo= 6ero si el subsuelo 8uera 8uerte7ente AeterogDneo o e9istieran canali?aciones 7etálicas

Edgard 0uadalu6e 0(

2


Ciclo: 2!"#2

enterradas= 6ró9i7as a los electrodos au9iliares= la 6osición ideal de Q 6uede di8erir= sensible7ente= de la indicada( UM  UQ > &I # Lo 7eGor 6ara asegurar= en la 6ráctica= Bue la interacción entre M y % no es e9cesiva es des6la?ar el electrodo Q sobre la línea de unión M y %( Pueden 6resentarse dos casos ;8igura "<:  

'i el electrodo % está en %!= Aay interacción cuando se des6la?a Q desde M Aacia % ;curva de tra?os<( 'i el electrodo está en %2= la resistencia 7edida desarrolla co7o la curva continua= con una 6arte constante= 6ráctica7ente Aori?ontal= de6endiendo entonces 6oco el resultado de la 7edida de la 6osición de Q= lo Bue se 6uede co76robar des6la?ándolo alrededor de la 6osición ideal= corres6ondiente a la regla del -!(. (

Edgard 0uadalu6e 0(

)


Ciclo: 2!"#2

M"d/da d" la r"$/$>"n./a d" !na >o2a d" >/"rra p!n>!al @aciendo uso del 7Dtodo descrito= 6uede deter7inarse la resistencia segRn la 8igura -= Bue esBue7ati?a su 6rinci6io(

Un generador entrega una corriente= I= entre la to7a de tierra= M= a 7edir y la sonda au9iliar de inyección de corriente= %= lo Bue origina un 6otencial= 3= entre M y Q( Puede utili?arse 6ara las 7edidas de una 8uente de ali7entación= con voltí7etro y a76erí7etro o un te uró7etro( Este a6arato Bue 7ide el cociente 3I= 6er7ite la lectura directa del valor de la resistencia de la to7a de tierra= 7ediante un 7ontaGe en 6uente Bue indica en valor cuando se anula la corriente Bue atraviesa un galvanó7etro ;8igura 4<( La resistencia de to7a de tierra de 6otencial debe ser 6eBueZa 8rente a la resistencia interna del circuito de 7edida de tensión y la de la to7a de corriente= no debe reducir a un valor e9agerada7ente 6eBueZo la corriente del teluró7etro( Para evitar la in8luencia de corrientes telRricas y vagabundas= e9istentes de 8or7a natural en el terreno= la 7edida se e8ectRa con corriente alterna cuya 8recuencia ;." a !)" @?< di8iere de la red y de sus ar7ónicos= no utili?ándose corriente continua 6ara evitar errores debidos a di8erencias de 6otencial de origen electrolítico( La 7edida debe reali?arse= 6ara este ti6o de instalaciones= 6re8erente7ente al 8inal de la estación seca(

Edgard 0uadalu6e 0(

)!


Edgard 0uadalu6e 0(

Ciclo: 2!"#2

)2


Ciclo: 2!"#2

A&3 LA MEDICI7% DEL AISLAMIE%TO El conGunto de instalaciones y eBui6os elDctricos res6eta unas características de aisla7iento 6ara 6er7itir su 8unciona7iento con toda seguridad( a sea a nivel de los cables de cone9ión= de los dis6ositivos de secciona7iento y de 6rotección o a nivel de los 7otores y generadores= el aisla7iento de los conductores elDctricos se lleva a cabo 7ediante 7ateriales Bue 6resentan una 8uerte resistencia elDctrica 6ara li7itar al 7á9i7o la circulación de corrientes 8uera de los conductores( La calidad de estos aisla7ientos se ve alterada al cabo de los aZos 6or las e9igencias a las Bue se so7eten los eBui6os( Esta alteración 6rovoca una reducción de la resistividad elDctrica de los aislantes Bue a su ve? da lugar a un au7ento de las corrientes de 8uga Bue 6ueden 6rovocar incidentes cuya gravedad 6uede tener consecuencias serias tanto 6ara la seguridad de 6ersonas y bienes co7o en los costes 6or 6aradas de 6roducción en la industria( %6arte de las 7ediciones to7adas durante la 6uesta en 8unciona7iento de ele7entos nuevos o renovados= el control 6eriódico del aisla7iento de las instalaciones y eBui6os elDctricos 6er7ite evitar dicAos accidentes 7ediante el 7anteni7iento 6reventivo( 1ste 6er7ite detectar el enveGeci7iento y la degradación 6re7atura de las características de aisla7iento antes de Bue alcancen un nivel su8iciente 6ara 6rovocar los incidentes 7encionados anterior7ente( Llegados a este 6unto= conviene di8erenciar entre dos ti6os de 7edición Bue se con8unden a 7enudo: la 6rueba dielDctrica y la 7edición de la resistencia del aisla7iento( La 6rueba de rigide? dielDctrica= ta7biDn conocida co7Rn7ente co7o \ 6rueba de 6er8oración ] 7ide la ca6acidad de un aislante de aguantar una sobretensión de duración 7edia sin Bue se 6rodu?ca una descarga disru6tiva( En una situación real= esta sobretensión 6uede deberse a un rayo o a la inducción generada 6or un de8ecto en una línea de trans6orte de energía( El obGetivo 6rinci6al de esta 6rueba es garanti?ar Bue se res6eten las nor7as de construcción relativas a las líneas de 8uga y a las distancias de aisla7iento( La 6rueba se suele reali?ar a6licando tensión alterna= 6ero se 6uede reali?ar igual7ente con tensión continua( El instru7ento necesario 6ara este ti6o de 7edición es un dielectró7etro( El resultado obtenido es un valor de tensión nor7al7ente e96resado en Hilovoltios ;H3<( La 6rueba de rigide? dielDctrica tiene un carácter 7ás o 7enos destructivo en caso de de8ecto= segRn los niveles de las 6ruebas y la energía dis6onible en el a6arato( Por esta ra?ón se li7ita a los ensayos de ti6o en eBui6os nuevos o renovados( Por su 6arte= la 7edición de la resistencia del aisla7iento no es destructiva en las condiciones de 6rueba nor7ales( 'e lleva a cabo a6licando una tensión continua de 7agnitud in8erior a la de la 6rueba dielDctrica y da un resultado e96resado en H= M= 0 incluso +( Esta resistencia e96resa la calidad del aisla7iento entre dos ele7entos conductores( 'u naturale?a no destructiva ;6uesto Bue la energía es li7itada< Aace Bue Edgard 0uadalu6e 0(

))


Ciclo: 2!"#2

esta 6rueba sea es6ecial7ente interesante 6ara el segui7iento del enveGeci7iento de los aislantes durante el 6eríodo de e96lotación de un eBui6o o de una instalación elDctrica( Esta 7edición se lleva a cabo 7ediante un co76robador de aisla7iento lla7ado ta7biDn 7egaóA7etro(

A/$la2/"n>o  .a!$a$ d" allo d"l a/$la2/"n>o La 7edición del aisla7iento 7ediante un 7egaóA7etro es 6arte de una 6olítica de 7anteni7iento 6reventivo= y es necesario co76render las di8erentes causas 6osibles de degradación del rendi7iento del aisla7iento= 6ara 6oder llevar a cabo la i76lantación de 7edidas 6ara corregir la degradación( Estas causas de 8allo del asila7iento se 6ueden clasi8icar en cinco gru6os= sie76re teniendo en cuenta Bue estas distintas causas se su7an entre ellas en ausencia de 7edidas correctivas 6ara dar lugar a los incidentes anterior7ente citados(

La a>/ga d" or/g"n "l=.>r/.o: &elacionada 6rinci6al7ente con 8enó7enos de sobretensión y caídas de tensión( La a>/ga d" or/g"n 2".n/.o: Los ciclos de 6uesta en 7arcAa y 6aro= sobre todo si son 8recuentes= los de8ectos de eBuilibrado de 7áBuinas rotativas y todos los gol6es directos contra los cables y= de 8or7a 7ás general= contra las instalaciones( La a>/ga d" or/g"n !@2/.o: La 6ro9i7idad de 6roductos Buí7icos= de aceites= de va6ores corrosivos y de 7odo general= el 6olvo= a8ectan el rendi7iento del aisla7iento de los 7ateriales( La a>/ga r"la./onada .on lo$ .a2b/o$ d" >"2p"ra>!ra: En co7binación con la 8atiga 7ecánica 6rovocada 6or los ciclos de 6uesta en 7arcAa y 6arada de los eBui6os= las e9igencias de la dilatación o contracción a8ectan las características de los 7ateriales aislantes( El 8unciona7iento a te76eraturas e9tre7as es ta7biDn un 8actor de enveGeci7iento de los 7ateriales( La .on>a2/na./n a2b/"n>": La a6arición de 7oAo y la acu7ulación de 6artículas en entornos AR7edos y calurosos 6rovocan ta7biDn la degradación de las características de aisla7iento de las instalaciones( El siguiente grá8ico 7uestra la distribución de las causas 7ás co7unes de 8allo en el caso de un 7otor elDctrico( %6arte de los 8allos sRbitos del aisla7iento relacionados con aconteci7ientos e9ce6cionales co7o 6or eGe76lo inundaciones= el conGunto de estos 8actores de degradación de las características del aisla7iento se co7binará desde la 6uesta en 8unciona7iento de la instalación= a76liándose a veces 7utua7ente= y debido a la 8alta de control creará a largo 6la?o situaciones Bue 6ueden resultar críticas tanto desde el 6unto de vista de la seguridad de las 6ersonas co7o desde el 6unto de vista del Edgard 0uadalu6e 0(

)/


Ciclo: 2!"#2

8unciona7iento( El control 6eriódico del aisla7iento de una instalación o de un eBui6o 6er7ite así vigilar esta degradación e intervenir antes del 8allo total(

,r/n./p/o d" la 2"d/./n d"l a/$la2/"n>o  a.>or"$ d" /nl!"n./a La 7edición de la resistencia se basa en la ley de *A7( %l a6licar una tensión continua con un valor conocido e in8erior al de la 6rueba dielDctrica y a continuación 7edir la corriente en circulación= es 6osible deter7inar 8ácil7ente el valor de la resistencia( Por 6rinci6io= la resistencia del aisla7iento 6resenta un valor 7uy elevado 6ero no in8inito= 6or lo tanto= 7ediante la 7edición de la dDbil corriente en circulación el 7egaóA7etro indica el valor de la resistencia del aisla7iento con un resultado en HX= MX= 0X= incluso en +X en algunos 7odelos( Esta resistencia 7uestra la calidad del aisla7iento entre dos ele7entos conductores y 6ro6orciona una buena indicación sobre los riesgos de circulación de corrientes de 8uga(

Edgard 0uadalu6e 0(

)"


Ciclo: 2!"#2

E9iste un cierto nR7ero de 8actores Bue a8ectan el valor de la resistencia del aisla7iento= así 6ues el valor de la corriente Bue circula cuando se a6lica una tensión constante al circuito durante la 6rueba 6uede variar( Estos 8actores= 6or eGe76lo la te76eratura o la Au7edad= 6ueden 7odi8icar considerable7ente la 7edición( %nalice7os 6ri7ero 6artiendo de la Ai6ótesis de Bue estos 8actores no in8luyan la 7edición= la naturale?a de las corrientes Bue circulan durante una 7edición del aisla7iento(

La .orr/"n>" >o>al !" ./r.!la "n "l .!"rpo d"l a/$lan>" "$ la $!2a d" >r"$ .o2pon"n>"$: La corriente de carga ca6acitiva= corres6ondiente a la carga de la ca6acidad del aisla7iento 6robado( Esta corriente es transitoria= relativa7ente elevada al 6rinci6io= y dis7inuye e96onencial7ente Aacia un valor cercano a cero una ve? el circuito 6robado está cargado elDctrica7ente ;de 8or7a si7ilar a la carga de una ca6acidad<( %l cabo de unos segundos o de unas decenas de segundos= esta corriente resulta ina6reciable co76arada con la corriente Bue se 7ide( La corriente de absorción corres6onde a la a6ortación de energía necesaria 6ara Bue las 7olDculas del aislante se reorienten baGo el e8ecto del ca76o elDctrico a6licado( Esta corriente decrece 7ucAo 7ás lenta7ente Bue la corriente de carga ca6acitiva y reBuiere 7ás 7inutos 6ara alcan?ar un valor 6ró9i7o a cero( Corriente de 8uga o corriente de conducción( Esta corriente indica la calidad del aisla7iento= es estable en el tie76o( El grá8ico siguiente ilustra la naturale?a de estas tres corrientes en 8unción del tie76o ;cabe seZalar Bue la escala de tie76o es orientativa y 6uede variar segRn el aisla7iento Bue se está 6robando<(

Edgard 0uadalu6e 0(

)-

Manual de laboratorio Medidas Electricas

Recommend Documents