105026285 4 Principio de Funcionamiento de Los Instrumentos de Medida PDF

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOSINSTRUMENTOS DE MEDIDARevisión Nº 0 Página 0 de 33 Documento: G-ELT258-PRÁCTICA Nº 4PRINCIPIO DEFUNCIONAMIENTO DELOS INSTRUMENTOSLa Paz – BoliviaÍNDICE Preparado por: José L. Díaz-Romero Revisado por: José L. Díaz-Romero Aprobado por: José L. Díaz-RomeroPRINCIPIO DE...

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Práctica Nº 4

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PRÁCTICA Nº 4

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS INSTRUMENTOS

La Paz – Bolivia

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ÍNDICE ÍNDICE....................................................................................................................................1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA....................3 PARTE TEÓRICA...................................................................................................................3 1. CONCEPTOS GENERALES SOBRE LOS APARATOS DE MEDIDA EMPLEADOS EN LAS SUBESTACIONES DE TRANSFORMACIÓN Y DE DISTRIBUCIÓN............................3 2. CLASIFICACIÓN................................................................................................................4 2.1. DE ACUERDO AL ARREGLO EN SU EXACTITUD........................................................4 2.2. DE ACUERDO A SU SISTEMA DE MEDIDA..................................................................5 2.2.1. SISTEMA DE MEDIDA DE BOBINA MÓVIL O DE BOBINA GIRATORIA...................5 2.2.2. SISTEMA DE MEDIDA DE HIERRO MÓVIL O DE HIERRO GIRATORIO..................6 2.2.3. SISTEMA DE MEDIDA ELECTRODINÁMICO.............................................................7 2.2.4. SISTEMA DE MEDIDA DE INDUCCIÓN......................................................................8 2.2.5. SISTEMA DE MEDIDA TÉRMICO O BIMETÁLICO.....................................................8 2.2.6. SISTEMA DE MEDIDA ELECTROSTÁTICO...............................................................9 2.2.7. SISTEMA DE MEDIDA DE VIBRACIÓN....................................................................10 2.2.8. SISTEMA DE MEDIDA DE COCIENTES...................................................................10 2.2.9. SISTEMA DE MEDIDA DIFERENCIAL O ESTÁTICO...............................................10 2.2.10. SISTEMA DE MEDIDA APANTALLADO O BLINDADO...........................................11 2.2.11. SISTEMA DE MEDIDA CON RECTIFICADOR........................................................11 2.2.12. SISTEMA DE MEDIDA CON PAR TERMOELÉCTRICO INCORPORADO.............11 Preparado por: José L. Díaz-Romero

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2.2.13. SISTEMA DE MEDIDA ELECTRÓNICO..................................................................11 2.3. DE ACUERDO CON SU PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO....................................11 2.3.1. INSTRUMENTOS ELECTROMAGNÉTICOS............................................................12 2.3.1.1. INSTRUMENTOS DE IMÁN PERMANENTE Y BOBINA MÓVIL...........................12 2.3.1.2. GALVANÓMETRO D’ARSONVAL DE BOBINA MÓVIL..........................................13 2.3.1.3. INSTRUMENTOS DE HIERRO MÓVIL..................................................................14 2.3.1.4. ESQUEMAS CONSTRUCTIVOS............................................................................16 2.3.1.5. INSTRUMENTO THOMSON DE BOBINA INCLINADA..........................................17 2.3.1.6. INSTRUMENTO DE ASPA RADIAL........................................................................17 2.3.1.7. INSTRUMENTO DE ASPAS SEMICILÍNDRICAS...................................................18 2.3.2. INSTRUMENTOS ELECTRODINÁMICOS................................................................19 2.3.2.1. INSTRUMENTOS ELECTRODINÁMICOS CON HIERRO.....................................22 2.4. INSTRUMENTOS ELECTROSTÁTICOS......................................................................22 2.5. INSTRUMENTOS TÉRMICOS......................................................................................23 2.5.1. INSTRUMENTOS TÉRMICOS DE HILO...................................................................23 2.5.2. INSTRUMENTOS DE TERMOCUPLA.......................................................................24 1. OBJETIVOS......................................................................................................................25 2. MATERIAL........................................................................................................................25 3. PROCEDIMIENTO...........................................................................................................28 4. CUESTIONARIO..............................................................................................................33

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA PARTE TEÓRICA 1.CONCEPTOS GENERALES SOBRE LOS APARATOS DE MEDIDA EMPLEADOS EN LAS SUBESTACIONES DE TRANSFORMACIÓN Y DE DISTRIBUCIÓN. En una subestación se deben conocer las siguientes magnitudes eléctricas: 

Intensidad de corriente que circula por las líneas de distribución y de mando.



Tensiones de servicio en las diferentes partes de la instalación.



Frecuencias de servicio.



Factor de potencia a que trabajan los diferentes circuitos.



Potencia recibida de las centrales o de otras estaciones, y potencia distribuida a las diferentes líneas.



Energía eléctrica recibida y energía eléctrica distribuida.

Para realizar estas mediciones, se precisan diversos aparatos de medida, divididos en tres grandes grupos: 

Aparatos indicadores, en los que una aguja señala, sobre una escala apropiada, la magnitud eléctrica a medir.



Aparatos registradores, en los que se anota gráficamente el curso temporal de la magnitud eléctrica correspondiente.



Aparatos totalizadores, que indican la energía suministrada durante cierto tiempo. Preparado por: José L. Díaz-Romero

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2.CLASIFICACIÓN 2.1.DE ACUERDO AL ARREGLO EN SU EXACTITUD Los aparatos de medida se clasifican en siete clases, cuyas características se expresan en la siguiente tabla: Tabla 1 CLASES

Errores de indicación (diferencia entre el valor indicado y el correcto, de la magnitud en condiciones normales)

0.1

0.2

0.5

1

1.5

2.5

5

± 0.1

0.2

0.5

1

1.5

2.5

5

En % del valor final del campo de medida en instrumentos con cero mecánico. En % de la longitud de la escala en instrumentos sin cero mecánico o instrumentos de escala de gran deslinealidad. En % del valor correcto en frecuencímetros de lengüeta.

± 0.1

0.2

0.5

1

1.5

2.5

5

En % de la longitud de la escala

Efectos dentro de los márgenes de Influencia. Influencia de la posición (al inclinar el instrumento en 5°, en casos muy particulares en 1° o 15° con relación a la posición nominal) Influencia de la temperatura (en diferencias de la temperatura ambiente de ± 10 grados con r especto a la temperatura nominal. De no indicarse otra cosa, ésta es 20° C)

± 0.1

0.2

0.5

1

1.5

2.5

5

En % de la misma magnitud a la que se refiere el error de indicación. En instrumentos para magnitudes no eléctricas son admisibles valores más altos, pero hay que indicarlos especialmente.

Influencia de la tensión (cambio de indicación al existir diferencia con la tensión nominal dentro del margen de influencia)

± 0.1

0.2

0.5

1

1.5

2.5

5

En % de la indicación en tensión nominal, para vatímetros así como para instrumentos sin fuerza direccional mecánica.

Influencia de calentamiento (diferencia de las indicaciones después de 10 y 60 minutos en servicio con el 80% del valor final del campo de medida)

-

-

-

0.5

0.75

1.25

2.5

En % de la misma magnitud a la que se refiere el error de indicación.

Influencia de la frecuencia (cambio de indicación debido a variación de la frecuencia dentro del margen de influencia)

± 0.1

0.2

0.5

1

1.5

2.5

5

En % de la misma magnitud a la que se refiere el error de indicación.

Influencia de campos extraños (variación de la indicación por un campo extraño homogéneo de 400 A/m = 5 Oe) En instrumentos estáticos y blindados

En % de la misma magnitud a la que se refiere el error de indicación ± 0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

0.75

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En instrumentos de bobina móvil no blindados En los demás instrumentos

± 2.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

±3

3

3

3

6

6

6

Los aparatos de medida de la tabla anterior, tienen las aplicaciones que se indican a continuación: Instrumentos de precisión.

Clases 0.1; 0.2; 0.5

Instrumentos industriales.

Clases 1; 1.5; 2.5; 5

Las inscripciones de las escalas de los aparatos de medida dan a conocer su característica. Además de la marca de origen y unidad de la magnitud a medir (por ejemplo, mV, A, kVAr, etc), está también incluido el símbolo de la clase del sistema de medida, el símbolo de la clase de corriente y otros datos referentes a condiciones normales y accesorios.

2.2.DE ACUERDO A SU SISTEMA DE MEDIDA. Las distintas clases de sistemas de medida se diferencian por su estructura y modo de funcionamiento; éstos se basan en el efecto electromagnético, electrodinámico, electrotérmico

o

electrostático. A continuación,

se

resumen

las

características

constructivas de las clases más usuales:

2.2.1.SISTEMA DE MEDIDA DE BOBINA MÓVIL O DE BOBINA GIRATORIA Constan de un imán permanente fijo y una o varias bobinas giratorias que son desviadas por efecto electromagnético durante el paso de la corriente (figura 1). Sólo se utilizan para corriente continua. Aplicación: amperímetro, voltímetro, ohmiómetro.

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Figura 1. Elementos esenciales de un sistema de medida de bobina móvil

2.2.2.SISTEMA DE MEDIDA DE HIERRO MÓVIL O

DE HIERRO

GIRATORIO Está constituido por uno o varios órganos giratorios de hierro, en el interior de una bobina de campo fija y que son desviados por efectos electromagnéticos al pasar la corriente por la bobina (figura 2). Se utilizan para corriente continua y alterna. Aplicaciones: amperímetro, voltímetro.

Figura 2. Elementos esenciales de un sistema de medida de hierro móvil.

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2.2.3.SISTEMA DE MEDIDA ELECTRODINÁMICO. Consta de una o más bobinas fijas con núcleo de aire, y una o más bobinas giratorias, que son desviadas por efecto electrodinámico, al pasar la corriente por las bobinas fijas (figura 3). Una variante de éste es el sistema de medida ferrodinámico, en el que el campo magnético se halla principalmente en el hierro (figura 4). Se utilizan para corriente continua y alterna. Aplicaciones: vatímetro.

Figura 3. Elementos esenciales de un sistema de medida electrodinámico.

Figura 4. Elementos esenciales de un sistema de medida ferrodinámico. Preparado por: José L. Díaz-Romero

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2.2.4.SISTEMA DE MEDIDA DE INDUCCIÓN. Consta de bobinas fijas, por las cuales circula la corriente y conductores móviles en forma de tambor o de disco que son derivados por corrientes inductivas electromagnéticamente (figura 5). Solamente puede utilizarse para corriente alterna. Aplicaciones: preferentemente como contador de inducción.

Figura 5. Elementos esenciales de sistema de medida de inducción.

2.2.5.SISTEMA DE MEDIDA TÉRMICO O BIMETÁLICO. Consta, esencialmente, de un órgano bimetálico, que es calentado por la corriente a medir. La deformación que experimenta dicho órgano, se aprovecha para la medición (figura 6). Se pueden utilizar para corriente continua y para corriente alterna. Aplicaciones; preferentemente como amperímetro.

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Figura 6. Elementos esenciales de un sistema de medida térmico.

2.2.6.SISTEMA DE MEDIDA ELECTROSTÁTICO. Consta de electrodos fijos y uno o más contraelectrodos móviles que, al aplicar la tensión son desviados electrostáticamente (figura 7). Pueden utilizarse para corriente continua y para corriente alterna. Aplicaciones: como voltímetro.

Figura 7. Elementos esenciales de un sistema de medida electrostático.

2.2.7.SISTEMA DE MEDIDA DE VIBRACIÓN. Tiene órganos vibratorios que, por efecto electromagnético o en otros casos, Preparado por: José L. Díaz-Romero

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electrostático, producen vibraciones de resonancia (figura 8). Solamente pueden utilizarse con corriente alterna. Aplicaciones: preferentemente, como frecuencímetro.

Figura 8. Elementos esenciales de un sistema de medida de vibración.

2.2.8.SISTEMA DE MEDIDA DE COCIENTES. Consta de dos vías de corriente o de tensión, permitiendo obtener la relación entre dos magnitudes eléctricas. Para corriente continua y corriente alterna. Aplicaciones: como ohmiómetro y como fasímetro.

2.2.9.SISTEMA DE MEDIDA DIFERENCIAL O ESTÁTICO. Está constituido por dos mitades que actúan en el mismo sentido, pero por las que la corriente pasa en sentido opuesto, con objeto de compensar la influencia de campos magnéticos exteriores. Utilizables para corriente continua y para corriente alterna. Aplicaciones: prácticamente, sólo para vatímetros electrodinámicos.

2.2.10.SISTEMA DE MEDIDA APANTALLADO O BLINDADO. Cualquiera de los sistemas de medida citados puede estar blindado, es decir, dotado de una pantalla contra la influencia de campos magnéticos o eléctricos. Preparado por: José L. Díaz-Romero

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2.2.11.SISTEMA DE MEDIDA CON RECTIFICADOR. Consta de un sistema de medida de bobina móvil al que se ha añadido un dispositivo rectificador para la rectificación de la corriente alterna que se ha de medir. Utilizable solamente para corriente alterna. Aplicación: como amperímetro y como voltímetro.

2.2.12.SISTEMA

DE

MEDIDA

CON

PAR

TERMOELÉCTRICO

INCORPORADO. No debe confundirse con el sistema de medida térmico, citado anteriormente. Esta vez, se trata de un sistema de bobina móvil al que se ha incorporado un par termoeléctrico para convertir la corriente alterna a medir en corriente continua. Puede utilizarse para corriente continua y para corriente alterna. Aplicaciones: como amperímetro y como voltímetro, incluso en medidas para alta frecuencia.

2.2.13.SISTEMA DE MEDIDA ELECTRÓNICO. Este esta conformado por dispositivos electrónicos que conforman un circuito contador.

2.3.DE ACUERDO CON SU PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Los instrumentos eléctricos para la medición de corriente y diferencia de potencial se pueden clasificar en:

2.3.1.INSTRUMENTOS ELECTROMAGNÉTICOS. En los que el movimiento de la aguja se produce por la acción de ...