MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA

HÉCTOR ANDRÉS CAICEDO MELO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA ELÉCTRICA 2.003 1

MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA

HECTOR ANDRÉS CAICEDO MELO

Trabajo de grado presentado como requisito para optar por el titulo de Tecnólogo Eléctrico

DIRECTOR: RENÉ SOTO INGENIERO ELECTRICISTA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA ELÉCTRICA 2.003 2

Nota de aceptación ___________________________ ___________________________ ___________________________ ___________________________

___________________________ Tutor Universidad Ing. René Soto

___________________________ Tutor Empresa Ing. Héctor Montoya

___________________________ Firma del jurado

___________________________ Firma del jurado 15 de Agosto de 2003

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AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus agradecimientos a: Ingeniero René Soto e Ingeniero Hector Montoya, directores del proyecto, quienes con su paciencia y sugerencias, hicieron posible el desarrollo de este proyecto. A mis compañeros y amigos quienes me brindaron su colaboración en la búsqueda de la empresa donde realicé las pasantías y quienes me sirvieron de enlace en la universidad para poder estar dentro de los plazos límites para la presentación del presente proyecto. A GENELEC Ltda. Por que me brindaron la oportunidad de realizar mis pasantías.

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A DIOS por su compañia y dirección en todas las etapas de mi vida. A mis padres, hermanos y abuelos por su colaboración y sacrificio. A mi hija VALERY CAICEDO y a mi compañera incondicional ANGELICA CRUZ

por su paciencia, apoyo y

motivación. Y a las personas que de una u otra forma siempre han estado conmigo

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CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN

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1. DEFINICIONES

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1.1 DEFINICIONES GENERALES

14

1.2 DEFINICIONES RELACIONADAS CON LOS ELEMENTOS FUNCIONALES

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1.3 DEFINICIONES DE ELEMENTOS MECÁNICOS

16

1.4 DEFINICIONES DE AISLAMIENTO

17

1.5 DEFINICIONES DE MAGNITUDES DEL MEDIDOR

17

1.6 DEFINICIONES DE MAGNITUDES DE INFLUENCIA

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2. MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA

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2.1 DEFINICIÓN

21

2.2 CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS

21

2.3 DESCRIPCIÓN

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2.4 PROGRAMACIÓN

25 6

2.5 MODOS DE OPERACIÓN

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2.6 CARACTERISTICAS FÍSICAS

36

2.7 CALIBRACIÓN DE MEDIDORES DE ENERGÍA

39

3. REQUISITOS

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3.1 VALORES ELÉCTRICOS NORMALIZADOS

40

3.2 REQUISITOS MECÁNICOS

40

3.3 CONDICIONES CLIMÁTICAS

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3.4 REQUISITOS ELÉCTRICOS

45

3.5 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM)

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3.6 REQUERIMIENTOS DE EXACTITUD

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4. GRUPO DE MEDIDA

49

4.1 TRANSFORMADORES DE TENSIÓN

49

4.2 TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

49

4.3 VALORES TÍPICOS PARA TRANSFORMADORES DE MEDIDA

50

5. TIPOS DE MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA

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7

6. PROCEDIMIENTOS PARA LA INSTALACIÓN DE MEDIDORES

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7.DIAGRAMAS DE CONEXIÓN

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7.2 CABLEADO DEL GRUPO DE MEDIDA

61

7.3 BLOQUE DE PRUEBAS

63

8. SISTEMA DE TELEMEDICIÓN

67

9. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS

70

10. CONCLUSIONES

73

BIBLIOGRAFIA

75

8

LISTA DE TABLAS Pag. Tabla 1. Canales configurados

25

Tabla 2. Tensiones de referencia normalizadas

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Tabla 3. Distancia de seguridad y distancia de fuga

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Tabla 4. Marcación de tensión

41

Tabla 5. Rango de temperatura

42

Tabla 6. Humedad relativa

43

Tabla 7. Consumo de potencia incluyendo la fuente de alimentación

43

Tabla 8. Rango de tensión

43

Tabla 9. Variaciones debidas al autocalentamiento

44

9

LISTA DE FIGURAS Pag. Figura 1. Proceso de indagación y comunicación con el medidor

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Figura 2. Memoria interna

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Figura 3. Energía activa

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Figura 4. Canal 2 y 10

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Figura 5. Energ ía reactiva

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Figura 6. Energía aparente

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Figura 7. Kilovoltio al cuadrado hora

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Figura 8. Amperios al cuadrado hora

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Figura 9. Hertz hora

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Figura 10.Exactitud sistema de medición

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Figura 11.Bornera de conexión medidor de tres elementos

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Figura 12.Bornera de conexión medidor de dos elementos

49

Figura 13.Cableado grupo de medida medidor de tres elementos

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Figura 14.Cableado grupo de medida medidor de dos eleme ntos

51

Figura 15.Bloque de prueba medidor de tres elementos

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Figura 16.Bloque de prueba medidor de dos elementos

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Figura 17.Proceso de telemedición de energía eléctrica

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OBJETIVO GENERAL Desarrollar un manual de procedimientos para la instalación de los medidores electrónicos de energía utilizados en el mercado nacional.

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OBJETIVOS ESPECIFICOS • Identificar cuales son los tipos de medidores electrónicos de energía utilizados en el mercado nacional. • Recopilar información acerca del grupo de medida utilizado en la instalación de los medidores electrónicos de energía. • Obtener información acerca de la programación de los medidores electrónicos de energía utilizados en el mercado nacional. • Identificar las principales herramientas y equipos empleados para la instalación de los medidores electrónicos de energía. • Identificar las principales normas referentes a los medidores electrónicos de energía utilizados en Colombia.

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INTRODUCCIÓN Entre los modernos medidores electrónicos de energía existen múltiples tipos basados en diversos principios de funcionamiento. Estos medidores pertenecen a la nueva generación de aparatos de medida que utilizan sistemas de comunicación para la satisfacción de necesidades por concepto de medida a usuarios industriales, comerciales y en fronteras comerciales entre agentes de l sector eléctrico. Los medidores electrónicos de energía presentan múltiples opciones de medición de variables, concentrados en una sola unidad, las tradicionales mediciones separadas de energía activa, energía reactiva y demanda máxima, además algunos de estos medidores presentan otra amplia gama de ofertas de medición como intensidades de corriente, tensión, factor de potencia, distorsión armónica, entre otras. Su indagación remota, por parte de los centros de control, permite realizar el monitoreo cons tante del comportamiento de cada cliente no regulado del sistema, así mismo, está en capacidad de ofrecer información al propio usuario para efectos de la gestión de energía eléctrica. El medidor electrónico de energía es uno de los dispositivos de medid as eléctricas producidos en masa, en donde se ha alcanzado una larga vida útil acompañada de una gran precisión.

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1. DEFINICIONES (Según norma NTC 2147) 1.1. DEFINICIONES GENERALES 1.1.1 Medidor de energía: Es un instrumento destinado a medir la energía activa mediante la integración de la potencia activa en función del tiempo. 1.1.2 Medidor estático de energía: Medidor en el cual la corriente y la tensión actúan sobre elementos de estado sólido (electrónico) para producir unos pulsos de salida cuya frecuencia es proporcional a la energía que pasa por el, en unidad de vatios-hora. 1.1.3 Medidor multitarifa: Medidor de energía provisto de un número de registros, cada uno de los cuales opera en intervalos de tiempo específicos correspondientes a tarifas diferentes. 1.1.4 Tipo de medidor: Término utilizado para definir un diseño particular de medidor, hecho por un fabricante y que tiene: a)Propiedades metrológicas similares b)Uniformidad constructiva de las partes que determinan esas propiedades El tipo puede presentar varios valores de corriente nominal y voltaje de referencia. Los medidores son designados por el fabricante por uno o más grupos de letras ó números, ó con una combinación de letras y números. Cada tipo tiene una designación única. 1.1.5 Medidor de referencia: Medidor utilizado para medir las unidades de la energía eléctrica. Este medidor es habitualmente diseñado y utilizado para obtener la más alta precisión y estabilidad en un ambiente controlado de laboratorio. 14

1.2 DEFINICIONES RELACIONADAS CON LOS ELEMENTOS FUNCIONALES 1.2.1 Elemento de medida:

Parte del medidor que produce pulsos de salida de frecuencia

proporcional a la energía. 1.2.2 Dispositivos de salida • Salida de prueba: Dispositivo utilizado para probar el medidor. • Indicador de operación: Dispositivo que ofrece una señal visible de la operación del medidor. 1.2.3 Memoria: Elemento que almacena información digital. - Memoria no volátil: Dispositivo de almacenamiento, que puede retener la información en ausencia de tensión de alimentación. 1.2.4 Display: Dispositivo que muestra el contenido de la(s) memoria(s). 1.2.5 Registrador: Dispositivo electromecánico o electrónico compuesto por la memoria y el display; el cual almacena y muestra la información. Un solo display puede ser utilizado con memorias electrónicas múltiples para formar registros múltiples. 1.2.6 Circuito de corriente: Conexiones internas del medidor y parte del elemento de medida a través del cual fluye la corriente del circuito al que se conecta el medidor. 1.2.7 Circuito de tensión: Conexiones internas del medidor, parte del elemento de medida y fuente de potencia del mismo (si el medidor no es alimentado por una fuente externa de potencia) alimentado con la tensión del circuito al cual se conecta el medidor. 1.2.8 Circuito auxiliar: Elementos (lámparas, contactos, etc.) y conexiones de un dispositivo auxiliar 15

que se encuentran en el interior del medidor, para ser conectados a un dispositivo externo, como por ejemplo un reloj, relé contador de pulsos ó a una alimentación externa si es necesario. 1.2.9 Constante: Valor que expresa la relación entre la energía registrada por el medidor y el valor correspondiente de la salida de prueba. Si este valor es un número de pulsos la constante puede ser expresada en pulsos por kilovatio-hora (Imp/kwh) ó vatio-hora por pulso (Wh/Imp). 1.3 DEFINICIONES DE ELEMENTOS MECÁNICOS 1.3.1 Medidor para uso interior: Medidor que solo puede ser usado, con protección adicional contra las influencias del me dio ambiente. 1.3.2 Base: Parte posterior del medidor que generalmente sirve para fijarlo y sobre la cual se fijan los elementos de medida, los terminales ó el bloque de terminales y la tapa. - Soporte del medidor tipo enchufable: Base con mordazas para acoplar los terminales del medidor de energía enchufable y el cual tiene terminales para la conexión a la línea de alimentación. Él puede ser un enchufe de posición sencilla para un medidor o de posición múltiple para dos o más medidores. 1.3.3 Tapa: Cubierta frontal del medidor, fabricado totalmente de material transparente o de material opaco provisto de ventana(s) a través de las cuales se pueden ver y leer él (los) indicador (es) de operación (sí se incluye) y el display. 1.3.4 Caja: Comprende la base y la tapa. La caja puede ser común para uno o más medidores. 1.3.5 Parte conductora accesible: Parte conductora que puede ser tocada por el dedo de prueba normalizado cuando el medidor esta instalado y listo para uso. 1.3.6 Terminal de puesta a tierra: Terminal conectado a las partes conductoras accesibles, de un 16

medidor con fines de seguridad. 1.3.7 Bloque de terminales: Soporte fabricado de material aislante en el cual están agrupados todos o algunos de los terminales del medidor. 1.3.8 Tapa del bloque de terminales: Tapa que cubre los terminales del medidor y generalmente los extremos de los conductores externos o cables conectados a los terminales. 1.3.9 Distancia de seguridad: La distancia más corta medida en el aire entre partes conductoras. 1.3.10 Distancia de fuga: La distancia más corta medida sobre la superficie de aislamiento entre dos partes conductoras. 1.4 DEFINICIONES DE AISLAMIENTO 1.4.1 Aislamiento básico: Aislamiento aplicado a las partes energizadas para proveer la protección básica contra descargas eléctricas. 1.4.2 Aislamiento suplementario: Aislamiento adicional independiente aplicado al aislamiento básico para proveer protección contra descargas eléctricas en caso de una falla del aislamiento básico. 1.4.3 Doble aislamiento: Aislamiento conformado por los aislamientos básico y suplementario. 1.4.4 Aislamiento reforzado: Sistema de aislamiento único aplicado a las partes vivas el cual provee un grado de protección contra descarga eléctrica equivalente al doble aislamiento. 1.5 DEFINICIONES DE MAGNITUDES DEL MEDIDOR 1.5.1 Corriente nominal (In): Valor de la corriente en función de la cual se fija el desempeño óptimo de un medidor conectado a transformadores de medida. 17

1.5.2 Corriente máxima (Imax): Máximo valor de la corriente que admite el medidor cumpliendo los requisitos de precisión normalizados. 1.5.3 Tensión de referencia (Vn): Valor de la tensión en función del cual se fija el desempeño óptimo del medidor. 1.5.4 Frecuencia de referencia: Valor de la frecuencia en función del cual se fija el desempeño óptimo del medidor. 1.5.5 Indicador de clase: Número que expresa él limite del error porcentual admisible para todos los valores del rango de medición, con factor de potencia unitario (y en caso de medidores polifásicos con cargas balanceadas) cuando el medidor se ensaya bajo condiciones de referencia. 1.5.6 Error porcentual: El porcentaje de error esta dado por la siguiente fórmula:

(Energía registrada por el medidor – Energía ve rdadera) Error porcentual = ---------------------------------------------------------------------------- x100 Energía verdadera

1.6 DEFINICIONES DE MAGNITUDES DE INFLUENCIA 1.6.1 Magnitud de influencia: Es cualquier magnitud, generalmente externa al medidor que puede afectar su desempeño operativo. 1.6.2 Condiciones de referencia: Conjunto apropiado de magnitudes de influencia y características de desempeño con valores de referencia, sus tolerancias y rangos de referencia con respecto a los cuales el error intrínseco es especificado. 18

1.6.3 Variación de error debido a una magnitud de influencia: Diferencia entre los porcentajes de error del medidor, cuando una sola de las magnitudes de influencia asume sucesivamente dos valores específicos, uno de los cuales es el valor de referencia. 1.6.4 Factor de distorsión: La relación entre el valor eficaz (r.m.s.) del contenido armónico (obtenido al restar cantidad alterna no senoidal, su componente fundamental y el valor eficaz de la magnitud no senoidal). El factor de distorsión es generalmente expresado en porcentaje. 1.6.5 Perturbación electromagnética: Interferencias electromagnéticas conducidas o radiadas las cuales pueden afectar funcional o metrológicamente la operación del medidor. 1.6.6 Temperatura de referencia: Temperatura ambiente especificada para condiciones de referencia. - Coeficiente medio de temperatura: Relación entre la variación del porcentaje de error y el cambio de temperatura que produce dicha variación. 1.6.7 Condiciones de operación nominal: Conjunto de rangos de medición especificados para características de desempeño y rangos de operación especificados para magnitudes de influencia, dentro de las cuales las variaciones de errores de operación de un medidor son especificadas y determinados. 1.6.8 Rango de medición especificado: Conjunto de valores de una magnitud medida para los cuales el error de un medidor debe estar dentro de límites especificados. 1.6.9 Rango de operación especificado: Rango de valores de una sola magnitud de influencia, que forma parte de las condiciones de operación del medidor. 1.6.10 Rango limite de operación: Condiciones extremas que puede soportar el medidor sin daños y sin degradación de sus características metrológicas, cuando subsiguientemente el medidor es 19

sometido a condiciones de operación nominal. 1.6.11 Condiciones de transporte y almacenamiento: Condiciones extremas que puede soportar el medidor no instalado, sin que presente daños ni degradación de sus características metrológicas, cuando subsiguientemente sea operado a condiciones nominales. 1.6.12 Posición normal de operación: Posición normal del medidor definida por el fabricante para su funcionamiento normal. 1.6.13 Estabilidad térmica: Se considera que la estabilidad térmica se alcanza cuando la variación del error, como consecuencia de los efectos térmicos, durante 20 min. es menor a 0,1 veces el error máximo admisible del medidor para la medición en consideración.

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2. MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA 2.1 DEFINICIÓN El medidor electrónico de energía es un dispositivo que hace corresponder la energía eléctrica consumida por un circuito eléctrico al que está conectado, en un período de tiempo, con una señal análoga o digital que cuantifica un consumo en unidad de Kilovatios - hora (KWh) y otras variables. El medidor electrónico de energía, con características tecnológicas de nueva generación, integra múltiples medidas en un solo dispositivo, tiene memoria interna para almacenar datos de medidas durante un periodo que puede estar entre uno y tres meses, es programable y leíble por software, además tiene facilidades para transmitir sus datos de medida remotamente mediante comunicaciones dominio internet, telefónicas, convencionales o celulares, CDPD. 2.2 CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS Los medidores de energía están normalizados según la norma IEC 687 la cual está homologada en Colombia por el ICONTEC con la norma NTC 2147. Dentro de sus capacidades podemos destacar: a) Algunos de los medidores electrónicos de energía cuentan con un registro de una gran cantidad de parámetros eléctricos dentro de los cuales podemos citar: energías activas, reactivas y aparentes, en ambos sentidos, potencias, tensiones y corrientes por fase, factor de potencia, distorsión armónica, indicadores de fase, número de cortes, etc. b) Capacidad de medida en cuatro cuadrantes (Se explicará más adelante). c) Grandes niveles de precisión en la medición.

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d) Medios de comunicación local: vía puerto óptico (9600 bps) y telefónica: vía módem (2400 bps). e) Memoria RAM para el almacenamiento de los datos, con un sistema de batería de respaldo. f)

Algunos medidores cuentan con dos puertos RS 232 para conectar una impresora, un módem externo o una computadora.

g) Algunos medidores cuentan con cuatro salidas de relay de estado sólido, programables para alarmas, control de cargas, etc. h) Algunos cuentan con control de seguridad con dos niveles de passwords de escritura o sólo lectura. i)

Llamado por evento: puede llamar a un número prefijado cuando ocurre un determinado evento, por ejemplo una pérdida de potencial.

2.3 DESCRIPCIÓN El medidor electrónico de energía, es un equipo diseñado para censar un bloque y a través de dispositivos electrónicos hasta 100 variab les como: energía activa, energía reactiva, factor de potencia, demanda, amperios, voltios, pulsos, ausencias de tensión, indicadores de fase, número de cortes, distorsión armónica, hora, fecha, entre otros. Esta clase de equipos de medida se están utilizando en Colombia desde 1995, año en el cual se inició el nuevo esquema de comercialización de la energía eléctrica. La figura 1 representa la visión esquemática del proceso de indagación y comunicación con el medidor. Donde se muestran sus componentes principales: el display, la memoria interna, el puerto de lectura, la red telefónica y el módem.

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Fig.1. Proceso de indagación y comunicación con el medidor La comunicación se logra mediante la utilización de módems para conexión a redes telefónicas. El módem puede estar en el gabinete de una PC (interno), o ser externo al mismo. Su función es permitir conectar un computador a una línea telefónica, para recibir o transmitir información. Respecto del computador al cual esta conectado, recibe e interpreta comandos de este (discar, colgar, etc.), además de procesamiento de datos en campo.

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2.3.1 Display : Es el dispositivo que muestra el contenido de la(s) memoria(a), el cual básicamente, muestra localmente valores instantáneos y acumulados de medida como: potencia, tensión, corriente, factor de potencia, frecuencia, energía (acumulada), pulsos, ausencias de tensión, hora, fecha, entre otros. 2.3.2 Memoria Interna: Es el dispositivo donde el medidor almacena datos de medidas durante un periodo determinado. En cada celda de los canales el medidor almacena una cantidad de pulsos que es proporcional al valor de la medida correspondiente a esa fecha y hora (valores integrados en el tiempo), como se indica en la figura 2: COLUMNAS CANALES FECHA

HORA

1

2

3

F I L A S Fig. 2. Memoria interna

24

N

2.4 PROGRAMACIÓN Básicamente la programación del medidor conlleva dos etapas, una de diseño donde se establecen parámetros generales, aplicables a un grupo de puntos a medir y se genera un archivo. Luego le sigue una segunda etapa de programación en sí misma donde se descarga el archivo al medidor en forma local o remota y se le establecen los parámetros particulares de cada punto tensión, corriente, potencia activa y reactiva. En el diseño del archivo se definen por ejemplo, qué parámetros se visualizaran en el display, qué resolución se usará (8, 12 o 16) bits, cuántos canales de almacenamiento (máximo 16) y el intervalo de almacenamiento de medida (1, 2, 5, 6, 10, 15, 30, 60 minutos). Con toda esta información más la capacidad de memoria se determina cuánto tiempo se podrán mantener los datos antes de que los mismos sean sobrescritos, según la siguiente ecuación:

donde: A es la memoria neta del medidor (256 Kbytes), B depende del tiempo en que el medidor mantiene los datos antes de que estos sean sobrescritos, C es la cantidad de canales, G es la cantidad de intervalos por hora, E es la resolución en bytes, F la cantidad de horas al día y D la cantidad de días. Una vez obtenido el archivo se procede a la programación del medidor. En ella se carga el medidor con el archivo y se le agregan por ejemplo los siguientes datos: relación de transformación, número de identificación, nombre, constantes de almacenamiento, configuración de respuesta a llamadas, passwords, reseteo de batería, etc. A continuación se presenta un ejemplo de los canales generalmente configurados en los medidores electrónicos de energía donde se especifica su descripción y utilidad: 25

CANALES CONFIGURADOS 1. Energía activa 2. Energía reactiva cuadrante 1 3. Energía aparente 4. Tensión al cuadrado hora fase A 5. Corriente al cuadrado hora fase A 6. Corriente al cuadrado hora fase B 7. Corriente al cuadrado hora fase C 8. Tensión de armónicos al cuadrado 9. Hertz – hora 10. Energía reactiva cuadrante 4 CANAL

DESCRIPCIÓN

UTILIDAD

1

ENERGÍA ACTIVA

2

ENERGÍA REACTIVA Cuadrante 1

3

ENERGÍA APARENTE

4

KILOVOLTIO AL CUADRADO HORA

5, 6, 7

AMPERIO AL CUADRADO HORA

Registrar Consumos (Facturación) Registrar consumos Cargas inductivas (Facturación) Registrar Energía total

8

KILOVOLTIO AL CUADRADO HORA THD

9

Hertz hora

10

ENERGÍA REACTIVA Cuadrante 4 Tabla 1. Canales configurados 26

Registrar Regulación de voltajes (Calidad de potencia) Registrar balance De cargas Registrar Distorsión armónica (Calidad de potencia) Registrar Frecuencia Registrar Consumos Carga capacitiva

CANAL 1 ENERGÍA ACTIVA Los datos almacenados en este canal son utilizados para registrar los consumos de energía activa para su posterior facturación. En este canal el medidor almacena una cantidad de pulsos que son proporcionales al valor de la medida correspondiente a esa fecha y hora (valores integrados en el tiempo), como se indica en la figura 3: Ea = ? VI dt = ? Pa dt

Fig. 3. Energía activa Donde:

- Ea = Energía activa - Ka = [kw h / pulsos] Constante de multiplicación de pulsos.

La K se escoge con un criterio según las características tecnológicas del medidor y la magnitud de la variable a medir. 27

CANAL 2 y 10 ENERGÍA REACTIVA En el canal 2 el medidor almacena los datos obtenidos en el cuadrante 1, su utilidad es registrar consumos de cargas inductivas para su posterior facturación. En el canal 10 el medidor almacena los datos obtenidos en el cuadrante 4, su utilidad es registrar consumos de cargas capacitivas. Los cuadrantes 2 y 3 son utilizados cuando el medidor tiene la capacidad de registrar energías activas, reactivas y aparentes en ambos sentidos (Positivas y negativas), como se indica en la figura 4.

Fig. 4. Canal 2 y 10

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En los canales 2 y 10 el medidor almacena una cantidad de pulsos que son proporcionales al valor de la medida correspondiente a esa fecha y hora (valores integrados en el tiempo), como se indica en la figura 5: Er = ? VI dt = ? Pr dt

Er = Energía reactiva Kr = [kvar h / pulsos] Constante de multiplicación de pulsos.

Fig. 5. Energía reactiva Donde: - Er = Energía reactiva - Kr = [kvar h / pulsos] Constante de multiplicación de pulsos.

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CANAL 3 ENERGÍA APARENTE Los datos almacenados en este canal son utilizados para registrar la energía total. En este canal el medidor almacena una cantidad de pulsos que son proporcionales al valor de la medida correspondiente a esa fecha y hora (valores integrados en el tiempo), como se indica en la figura 6: Eap = ? VI dt = ? Pap dt

Fig. 6 Energía aparente

Donde:

- Eap = Energía aparente - Kap = [kva h / pulsos] Constante de multiplicación de pulsos. 30

CANAL 4 KILOVOLTIO AL CUADRADO HORA Los datos almacenados por el medidor en este canal son utilizados para registrar la regulación de voltajes (Calidad de potencia). CANAL 8 KILOVOLTIO AL CUADRADO HORA THD Los datos almacenados por el medidor en este canal son utilizados para registrar la distorsión armónica (Calidad de potencia).

Fig. 7 Kilovoltio al cuadrado hora Donde: - Kv = Constante de multiplicación de pulsos 31

CANALES 5, 6 y 7 AMPERIOS AL CUADRADO HORA Los datos almacenados por el medidor en este canal son utilizados para registrar balance de cargas.

Fig. 8. Amperios al cuadrado hora

Donde: - KA = Constante de multiplicación de pulsos 32

CANAL 9 HERTZ HORA Los datos almacenados por el medidor en este canal son utilizados para registrar la frecuencia del sistema.

Fig. 9. Hertz hora

Donde:

- KH = Constante de multiplicación de pulsos 33

• Cálculo de las constantes de multiplicación de pulsos

Ka, Kr, Kap = K

Donde :

RATIO = CTR x PTR

34

2.5 MODOS DE OPERACIÓN El medidor electrónico de energía puede operar en cuatro modos: modo normal, modo alternativo, modo de prueba y modo de error; el modo por defecto es el modo normal; a los modos alternativo y prueba se ingresa pulsand o el botón respectivo; cuando un error es detectado opera el modo error en forma automático; en todos los modos salvo el de error, aparece en la pantalla la cantidad medida, la secuencia de magnitudes y duración de cada una de ellas programadas. El modo normal, es usado generalmente para mostrar en la pantalla los datos de facturación, el medidor trabaja con la totalidad de sus operaciones, procesando y registrando datos, mostrando las cantidades en la pantalla, con una determinada secuencia seleccionada en la programación; la secuencia de datos empieza generalmente con el autotest de pantalla (6 números 888888). El modo alternativo, es usado para mostrar otro grupo de secuencias de las cantidades medidas, se activa presionando el botón respectivo , en la pantalla aparecerá Alt., indica el número de reseteos de demanda y se puede usar para visualizar cualquier otro dato. El retorno al modo normal es cuando termina la secuencia de datos o presionando reset; en el modo alternativo el medidor no se puede comunicar con la PC vía cable óptico, porque los pulsos de salida son iguales al valor del KWH del medidor. El modo prueba se emplea para aprobar el medidor, no registra datos de facturación; para activar este modo girar el botón test que está en la parte interna del medidor o mediante el programa respectivo, la pantalla muestra la palabra test en forma intermitente e indica ceros durante los segundos programados y luego los datos de prueba, el retorno al modo normal es girando el botón test o vía software, la unidad retorna en forma automática después de tres intervalos de demanda. El modo de error aparece en la pantalla cuando existe alguna falla en el medidor, en la programación o el sistema de comunicación; en la pantalla se muestra la palabra error seguido de un número.

35

2.6 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS: El medidor está compuesto de 3 partes: • La tapa • La base con dispositivos de medida • El circuito electrónico 2.6.1 Tapa: Es la cubierta que protege al medidor del medio ambiente así como de los rayos ultrav ioletas e interferencias magnéticas; es de material de policarbonato, resistente a golpes y en la tapa se conecta el cable óptico para las comunicaciones, no tiene conexión eléctrica con el medidor y lleva una mica transparente para proteger y visualizar la pantalla. En la parte exterior se encuentra un selector para efectuar el reseteo manual de la demanda, así como para seleccionar los modos de operación normal y alternativo, tiene un dispositivo de seguridad. 2.6.2 Base con dispositivos de medida: Es la parte inferior del medidor, ahí se encuentran los bornes para conexión de los transformadores de corriente y de tensión. En la base también se encuentran:

-

Los bornes de entrada y salida para corriente y tensión

-

Bobinas de tensión y corriente

-

La batería para mantener la hora

-

El puerto óptico para comunicación

-

El circuito electrónico y tarjetas de opción

-

La placa de características

-

La pantalla LCD

-

La fuente de potencia

-

Módulo de Comunicaciones: Algunos medidores disponen de dos puertos 36

Puerto RS -232 Puerto óptico (9600 bps) Estos dos puertos se usan para conexión directa con el medidor. Esto es, un cable físico entre el puerto del medidor y el PC para analizar las diferentes variables eléctricas en sitio. Adicionalmente se puede tener dos tipos de módulos de comunicaciones (algunas veces excluyentes): módem telefónico, a 1200 bps y tarjeta de interfaz SCADA, para comunicaciones desde 300 hasta 9600 bps con direccionamiento. Módulo interno al medidor: tarjeta de comunicaciones telefónicas remotas que funciona a 1200 bps. Este módulo toma el puerto serial RS -232 del medidor, de esta manera si se emplea un módem no se puede usar comunicación directa por este puerto. 2.6.3 Circuito electrónico: Los componentes electrónicos están insertados en la tarjeta principal, ahí se efectúan los registros y cálculos usando un circuito integrado IC que es un procesador digital con un convertidor análogo digital para cada señal de voltaje y corriente de entrada. Los circuitos de medición y registro están ensamblados en la tarjeta principal, los principales componentes son:

-

Fuente de potencia

-

Divisores resistivos de tensión de 3 fases

-

Dispositivos de corrientes para cargas trifásicas

-

Oscilador de cristal de cuarzo 6,2208 Mhz

-

Circuito de reset

-

Memoria

-

Reloj oscilador de cristal 32,768 Khz

-

Componentes del puerto óptico

-

Interface LCD

-

Tarjeta de opción de interface 37

A continuación detallamos los principales componentes: - Sensores de Voltaje: Para generar un voltaje de nivel adecuado y minimizarlos efectos de sobrevoltaje, se usa un divisor resistivo de tensión, el voltaje de línea es detectado por la tarjeta IC. El voltaje de referencia es el vector suma de cada voltaje de línea de un sistema trifásico delta y fase a neutro (generalmente línea a tierra) para los demás sistemas. - Señal de conversión y multiplicación: La tarjeta de medición contiene un convertidor análogo digital que mide la corriente y el voltaje de entrada por cada fase y las constantes de calibración son cargadas al medidor en fábrica vía puerto óptico y almacenados en la memoria. La tarjeta IC incluye circuitos detectores de fallas que responde a las pérdidas de potencia, la tarjeta IC suministra 12 pulsos de información bidireccional al procesador digital del medidor, el cuál procesa las entradas y almacena los datos en la memoria del medidor. Toda la información de la demanda necesaria para asegurar la integración de la demanda o los cálculos de multitarifa son guardados en la memoria. Esta información incluye los datos de configuración, constante, total KW-h o KVA-h, demanda máxima, número acumulado de reseteos, número de salidas de servicio, comunicaciones. Toda esta información es almacenada en la memoria RAM del medidor, la cuál es protegida por un sistema de batería de respaldo. - Fuente de potencia: La potencia es suministrada usando un amplio rango de voltaje de 96 a 528V ac y alimentado con 12 V dc hasta obtener un nivel lógico bajo voltaje, esto en combinación con los dispositivos de voltaje muestran un amplio rango de operación de tensió n y minimizan el número de formas de conexiones. - Pantalla de cristal Líquido (LCD): La pantalla LCD sirve para mostrar los datos de medición y facturación, así como el estado de cada operación, puede ser dividido en 8 campos, cada campo muestra un tipo particular de información: números de identificación, modo de operación, número del medidor, indicadores de energía alterna, cantidad de medida, indicador de fin de intervalo, indicador 38

de pulsos, indicador de voltajes, estos valores indicativos se explican en el desarrollo de los programas.

2.7 CALIBRACIÓN DE MEDIDORES DE ENERGÍA La calibración de los medidores de energía se hace con el fin de verificar su normal funcionamiento y operación, basándose en normas nacionales e internacionales vigentes, utilizando equipos de calidad y patrones de alta precisión, verificado a su vez en el Centro de Control y Metrología de la Superintendencia de Industria y Comercio, el medidor llega a Genelec Ltda. Con los respectivos sellos de seguridad para evitar la manipulación de los circuitos electrónicos internos del medidor. Para la calibración de medidores se realizan los siguientes ensayos de rutina: •

Rigidez Dieléctrica: Se verifica el aislamiento de las partes conductoras para evitar posibles choques eléctricos y así proteger a las personas que manipulan directamente el medidor.

•

Ensayo de Precisión: En este procedimiento verificamos que los márgenes de error en el registro de la energía se encuentren dentro de los límites establecidos por las normas ICONTEC vigentes.

•

Ensayo de la Constante: Se realiza este procedimiento con el fin de comprobar que las revoluciones del disco en los medidores electromecánicos o la salida de impulsos en los medidores electrónicos, sean las correctas para una cantidad de energía suministrada.

•

Ensayo de Arranque: Se verifica el registro de consumo del medidor de energía, con corrientes mínimas establecidas.

•

Ensayo de Marcha sin Carga: Se comprueba que el medidor sin carga no registre ningún consumo.

39

3. REQUISITOS (según norma NTC 2147)

3.1 VALORES ELÉCTRICOS NORMALIZADOS

Medidores para

Valores Normalizados

Valores Especiales

(V)

(V)

120-230-277-400-480(IEC38)

100-127-200-220-240-380-415

transformador (es) de

57,7-63,5-100-110-115-120-200 NTC

173-190-220

tensión

2207 (IEC 186)

Conexión a través de transformador (es) de corriente solamente. Conexión a través de

Tabla 2. Tensiones de referencia normalizadas •Los valores de corriente nominal son 1A, 2A y 5A. La corriente nominal máxima normalizada del medidor es de +/- 20% In. •Los valores normalizados de frecuencia son 50 Hz y 60 Hz. 3.2 REQUISITOS MECÁNICOS 3.2.1 Requisitos mecánicos generales: Los medidores deben estar diseñados y construidos de tal forma que no representen cualquier peligro en su posición normal de trabajo y condiciones de operación nominales y que asegure especialmente: - Seguridad personal contra descargas eléctricas

40

- Seguridad personal contra efectos de excesiva temperatura - Protección contra propagación de fuego - Protección contra penetración de objetos sólidos, polvo y agua Todas las partes expuestas a corrosión, en condiciones normales de operación, deben ser protegidas efectivamente. El recubrimiento protector no debe dañarse por manipulación normal o exposición al aire bajo condiciones normales de operación. 3.2.2 Distancia de seguridad y distancia de fuga: La distancia de seguridad y la distancia de fuga del bloque de terminales y aquellas entre terminales y las partes circundantes a la caja, si es metálica, no deben ser menores que los valores especificados en la siguiente tabla.

Tensión de fase a tierra derivado de la

Distancia de seguridad

Distancia de fuga

tensión nominal del sistema

mínima

mínima

V

Mm

mm

= 50

0,8

1,2

= 100

0,8

1,4

= 150

1,5

1,6

= 300

3,0

3,2

= 600

5,5

6,3

Tabla 3. Distancia de seguridad y distancia de fuga para el bloque de terminales

41

3.2.3 Display de los valores medidos: En el caso del display electrónico, la memoria no volátil correspondiente, debe tener un tiempo de retención mínimo de cuatro meses (dependiendo de la batería). En el caso de múltiples valores presentados en el mismo display, debe ser posible mostrar el contenido de todas las memorias correspondientes. Cuando se muestra el contenido de la memoria, debe ser posible la identificación del valor de la medida aplicada. 3.2.4 Identificación del medidor: Placa de características: Todo medidor debe tener la siguiente información, si es aplicable: a) Nombre del fabricante o marca registrada y si se requiere, el lugar de fabricación. b) Designación del tipo si es requerido, espacio para la marca de aprobación. c) El número de fases y el número de hilos para los cuales el medidor es aplicable (Ej. Monofásico de dos hilos, trifásico de tres hilos, trifásico de cuatro). d) El número serial y el año de fabricación. Si el número de serie está marcado en una placa sobre la tapa, también debe ser marcado en la base del medidor o en el elemento de medida. e) La tensión de referencia en una de las siguientes formas: - El número de elementos de medida, si es más de uno y la tensión en los terminales de los circuitos de tensión del medidor. - La tensión nominal del sistema o la tensión del secundario del transformador de medición al cual será conectado el medidor. La tabla 4 muestra ejemplos de marcación.

42

Medidor

Monofásico 2 hilos

120V

Monofásico 3 hilos

120V

Tensión en los terminales del

Tensión nominal del

(los) circuito (s) de tensión

sistema

V

V

120

120

240

240

2 x 230

3 x 230

3 x 230/400

3 x 230/400

(120V al neutro) Trifásico 3 hilos 2 elementos (230V entre fases) Trifásico 4 hilos 3 elementos (230V de fase a neutro)

Tabla 4. Marcación de tensión f)

La corriente nominal en el secundario del (los) transformadores(es) al (a los) cual(es) el medidor

será conectado por ejemplo, así: /5A; la corriente nominal y la máxima pueden ser incluidos en la designación del tipo. g)

La frecuencia de referencia en Hz

h)

La constante del medidor, en la forma: x Wh/imp ó x imp/KWh.

i)

La clase de precisión del medidor.

j)

Temperatura de referencia si es diferente de 23°C

k)

Tensión auxiliar, si es aplicable.

La información indicada en a), b) y c), puede ser marcada en una placa extrema sujeta permanentemente a la tapa del medidor. 43

La información indicada de d) a k) debe ser marcada en una placa de características colocada preferiblemente dentro del medidor. La marca debe ser indeleble y legible desde afuera del medidor. Si el medidor registra energía a través de transformadores de medida que son tomados en cuenta en la constante del medidor, las relaciones de transformación deberán estar incluidas en la marcación. - Diagrama de conexión y marcación de terminales: todo medidor debe ser marcado con un diagrama de conexiones o el fabricante debe proveer esta información. Para medidores polifásicos, este diagrama debe mostrar la secuencia de fases para la cual el medidor ha sido diseñado. Se permite indicar el diagrama de conexión con una figura de identificación en concordancia con las normas. Si los terminales del medidor están marcados, esta marca debe aparecer en el diagrama. 3.3 CONDICIONES CLIMÁTICAS 3.3.1 Rango de temperatura: El rango de temperatura del medidor será según se muestra en la tabla 5.

Rango de operación

- 10ºC a 45ºC

Rango limite de operación

- 20ºC a 55ºC

Rango limite para almacenaje y transporte

- 20ºC a 55ºC

Tabla 5. Rango de temperatura

44

3.3.2 Humedad relativa: El medidor debe cumplir con los requerimientos de humedad relativa que se muestran en la tabla 6

Promedio anual

< 75%

Para 30 días, estos días serán distribuidos de manera natural en un año

95 %

Ocasionalmente en otros días

85 % Tabla 6. Humedad relativa

3.4 REQUISITOS ELÉCTRICOS 3.4.1 Consumo de potencia: El consumo de potencia activa y aparente tomadas a temperatura y frecuencia de referencia, para cada circuito de corriente a condiciones de tensión y corriente de referencia, no debe exceder los valores mostrados en la tabla 7. Fuente de alimentación Interna

Fuente de alimentación

o autoalimentado

externa

Circuito de tensión

2 W 10 VA

0,5 VA

Circuito de corriente

1 VA

1 VA

------------

10 VA

Fuente de alimentación auxiliar

Tabla 7. Consumo de potencia incluyendo la fuente de alimentación 3.4.2 Influencia de la tensión de alimentación Rango de operación especificado

De 0,9 a 1,1 Vn

Rango limite de operación

De 0,8 a 1,15 Vn Tabla 8. Rango de tensión

45

- Caídas de tensión e interrupciones cortas: Las caídas de tensión e interrupciones cortas no deberán producir cambios en el registrador de más de 0.001 KWh y las salidas de ensayo no deberá producir una señal equivalente de más de 0.001 KWh. Estos valores están basados en una corriente nominal de 5A y una tensión de referencia de 100V en el medidor. Para otros valores de tensión y corriente el valor 0.001KWh tiene que ser convertido apropiadamente. 3.4.3 Influencia de sobre-corrientes de corta duración:

El medidor deberá desempeñarse

correctamente cuando retorne a las condiciones normales de trabajo y la variación de error para la corriente nominal no debe exceder 0.05%. El medidor deberá soportar por 0.5s sin ningún daño, una corriente igual a 20 veces la corriente máxima. 3.4.4 Influencia del autocalentamiento: La variación del error debido al autocalentamiento, no deberá exceder los valores dados en la tabla 9. Valor de

Factor de

Limites de variaciones en porcentaje de error para medidores de clase:

corriente

potencia

Imax

1

0.1

0.2

0.5 Inductivo

0.1

0.2

0.2 s

0.5 s

Tabla 9. Variaciones debidas al autocalentamiento 3.4.5 Influencia del calentamiento: Bajo condiciones nominales de operación, los circuitos eléctricos y el aislamiento no deberán alcanzar una temperatura que pueda afectar adversamente la operación del medidor. 3.5 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM) 3.5.1 Inmunidad a los disturbios electromagnéticos: El medidor debe ser diseñado de tal forma que las perturbaciones de tipo electromagnético conducidas o radiados así como las descargas electrostáticas no dañen ni afecten de manera sustancial al medidor.

46

Los disturbios a considerar son: • Descargas electrostáticas • Campos electromagnéticos de alta frecuencia (HF) • Impulsos transitorios rápidos. 3.5.2 Supresión de radio-interferencia: El medidor deberá irradiar, conducir o generar ruido en la menor cantidad posible, lo cual podría interferir con otro equipo. 3.6 REQUERIMIENTOS DE EXACTITUD Para fronteras con tensiones mayores o iguales a 110 KV o transferencias medias horarias mayores o iguales a 20 MWh: Exactitud • Transformador de corriente • Transformador de tensión • Medidor

0,2 0,2 0,2

Para fronteras con tensiones menores a 110 KV y transferencias medias horarias menores a 20 MWh y servicios auxiliares. Exactitud • Transformador de corriente • Transformador de tensión • Medidor VISIÓN ESQUEMÁTICA, Exactitud sistema de medición

Fig. 10 Fig. 10. Exactitud sistema de medición 47

0,5 0,5 0,5

El porcentaje de exactitud esta dado por la siguiente fórmula:

Fig. 11

La exactitud estimada de la medida esta dada por la siguiente fórmula:

48

4. GRUPO DE MEDIDA El grupo de medida esta conformado por los transformadores de tensión y los transformadores de corriente, estos son utilizados generalmente para alimentar los aparatos de medición y dispositivos de protección o control tales como: medidores, voltímetros, amperímetros, relevadores, etc. Tienen como función principal reducir a valores manejables no peligrosos y normalizados, las características de tensión e intensidad en una red eléctrica con el objeto de permitir el empleo de aparatos de medidas normalizados. Además sirven para aislar a las personas que están en contacto con estos aparatos, de alta tensión y/o corrientes que se presentan en este tipo de instalaciones. 4.1 TRANSFORMADORES DE TENSIÓN (PT) Transformador de medida en el que la tensión secundaria, en condiciones normales de uso, es prácticamente proporcional a la tensión primaria y difiere en fase de ésta en un ángulo que es aproximadamente igual a cero grados. El primario en estos transformadores se conecta a los bornes entre los cuales se desea medir o controlar la tensión y el secundario se conecta a los circuitos de tensión de uno o varios aparatos de medida. Los transformadores de tensión están normalizados según la norma IEC 186. 4.2 TRANSFORMADOR DE CORRIENTE (CT) Transformador de medida en el que la corriente secundaria, en condiciones normales de uso, es prácticamente proporcional a la corriente primaria y difiere en fase de ésta en un ángulo que es aproximadamente igual a cero grados. El primario en estos transformadores se conecta en serie con la carga que debe medirse o controlarse y esta carga define la corriente que circula por él. El devanado secundario se conecta a los circuitos de corriente de uno o varios aparatos de medida. Los transformadores de corriente están normalizados según la norma IEC 185. 49

4.3 VALORES TÍPICOS ENCONTRADOS PARA TRANSFORMADORES DE MEDIDA

TRANSFORMADOR DE TENSIÓN (PT). NUMERO

PRIMARIO

SECUNDARIO

ELEMENTOS

(VOLTIOS)

(VOLTIOS)

3

Vf = 13200/v 3

Vf = 208/v 3 = 120

3

Vf = 34500/v3

Vf = 115/v 3 = 66.4

3

Vf = 13200/v 3

Vf = 120/v 3 = 69

3

Vf = 110000/v 3

Vf = 110/v 3 = 63.5

3

Vf = 230000/v 3

Vf = 115/v 3 = 66.4

2

VL = 34500

VL = 115

2

VL = 13200

VL = 120

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE (CT) NUMERO

PRIMARIO

SECUNDARIO

ELEMENTOS

(AMPERIOS)

(AMPERIOS)

3

400

5

3

50

5

3

60

5

3

100

5

3

1200

1

2

60

5

2

75

5

50

5. TIPOS DE MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA Los tipos de medidores electrónicos de energía utilizados en el mercado nacional se clasifican como se muestra en la siguiente tabla:

Simétricos Medidores autoalimentados

Clase 0.5s Asimétricos

MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA CON CONEXIÓN EN TRES ELEMENTOS

Clase 0.2s

Clase 0.2s Clase 0.5s

Simétricos Medidores con fuente de alimentación externa

Clase 0.2s Clase 0.5s

Asimétricos

Clase 0.2s Clase 0.5s

Simétricos Medidores autoalimentados

Clase 0.5s Asimétricos

MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA CON CONEXIÓN EN DOS ELEMENTOS

Clase 0.2s

Clase 0.2s Clase 0.5s

Medidores con fuente de alimentación externa

Simétricos

Clase 0.2s Clase 0.5s

Asimétricos

Clase 0.2s Clase 0.5s

Tabla 12. Tipos de medidores electrónicos de energía La conexión en dos o tres elementos depende del grupo de medida (Transformadores de tensión y transformadores de corriente) que se tenga. 51

6. PROCEDIMIENTOS PARA LA INSTALACIÓN DE MEDIDORES ELECTRÓNICOS DE ENERGÍA A continuación se describirán los procedimientos para la instalación de los medidores electrónicos de energía utilizados en usuarios no regulados y en fronteras comerciales entre agentes del sector eléctrico del mercado de energía mayorista. ACTIVIDADES

RESPONSABLE

OBSERVACIONES

INICIO

Visita al cliente

Director de proyectos

Definir el tipo de medidor

Director de proyectos

Definir programa para la instalación del medidor

Director de proyectos

1

52

El director del proyecto define los datos característicos del cliente no regulado, como nivel de tensión, grupo de medida, relaciones de transformación de los transformadores de corriente y los transformadores de tensión. El director del proyecto define el tipo de medidor electrónico de energía que será instalado, teniendo en cuenta que para fronteras con tensiones mayores o iguales a 34.5KV el grupo de medida estará conformado por tres elementos y para fronteras con tensiones menores a 34.5KV el grupo de medida estará conformado por dos o tres elementos. Con el visto bueno del Gerente de Genelec Ltda. se procede a acordar una fecha de actividades con el cliente.

ACTIVIDADES

RESPONSABLE

OBSERVACIONES

Director de proyectos

Las personas que instalarán el medidor electrónico de energía identifican y analizan los diferentes diagramas de conexión partiendo de las características del medidor escogido.

Técnico electricista

Todas las herramientas y equipos de trabajo y de seguridad personal son suministrados por la empresa.

1

Predisponer a las personas que se encargaran de la instalación

Organizar equipos y herramientas

¿Herramienta y equipos en buen estado ?

Técnico electricista

No

Las herramientas y equipos para las labores de instalación del medidor deben estar en perfecto estado, recalcando sobre los equipos de seguridad personal como overol, cinturón, pretales, guantes, gafas y cascos.

Si Reemplazar herramientas defectuosas Enviar lista de personal y equipos a la empresa donde se instalará el medidor Inicio de la instalación en la fecha programada

Al reemplazar las herramientas, estas Asistente de proyectos deben cumplir con los requisitos de calidad

Secretaria

Director de proyectos

2 53

Vía fax, se informa a la empresa contratante sobre el personal y equipos involucrados para la instalación del medidor. Llegad o el día de la instalación del medidor, se presentan las personas encargadas en la empresa contratante.

ACTIVIDADES

RESPONSABLE

2

Programar el medidor

Comenzar con la instalación eléctrica del medidor

Abrir láminas del bloque de pruebas

Cerrar láminas del bloque de pruebas

Ingeniero electricista

Ingeniero y Técnico electricista

Ingeniero y Técnico electricista

Ingeniero y Técnico electricista

3

54

OBSERVACIONES Se programa el medidor con los siguientes datos: Vn del secundario del transformador de tensión, In del secundario del transformador de corriente, PT Ratio( relación de transformación del transformador de tensión Vnp/Vns), CT Ratio( relación de transformación del transformador de corriente Inp/Ins), Potencia Ratio (relación de potencia PTR x CTR), número de elementos de medida, fecha, hora, canales a utilizar, datos comerciales, identificación, password. La instalación parte del bloque de pruebas a la bornera de conexiones del medidor, teniendo en cuenta que los bornes secundarios de los transformadores de medida ya están conectados a la bornera de pruebas. Se abren las láminas del bloque de pruebas del circuito de tensión en el siguiente orden 3,2,1 y 5 ( figura 21) si el medidor es de tres elementos, o las láminas 3,2 y 7 del circuito de tensión ( figura 22) si el medidor es de dos elementos, para que los bornes del secundario en los transformadores de tensión queden en circuito abierto. Se cierran las láminas del bloque de pruebas 1,2,3 y 5 del circuito de corriente ( figura 21) si el medidor es de tres elementos, o las láminas 2,3 y 6 del circuito de corriente ( figura 22) si el medidor es de dos elementos, para que los bornes del secundario en los transformadores de corriente queden en corto circuito.

ACTIVIDADES

RESPONSABLE

OBSERVACIONES

Ingeniero y Técnico electricista

Con los bornes de tensión secundarios en circuito abierto en los transformadores de tensión y con los bornes de corriente secundarios en corto circuito en el transformador de corriente, se minimizan riesgos eléctricos y así se protegen a las personas que estas en contacto directo con el medidor. Con esto ya se puede desconectar el medidor antiguo (si lo hay) del bloque de pruebas.

Ingeniero y Técnico electricista

Se procede a cablear el medidor electrónico de energía al bloque de pruebas teniendo en cuenta los diagramas de conexión.

Cerrar láminas del bloque de pruebas (Circuito de tensión)

Ingeniero y Técnico electricista

Se cierran las láminas del bloque de pruebas del circuito de tensión 1,2,3 y 5 si el medidor es de tres elementos, o las láminas 2,3 y 7 del circuito de tensión si el medidor es de dos elementos y se verifica que los datos mostrados en el display del medidor hasta ese momento sean correctos y coherentes.

Abrir láminas del bloque de pruebas (Circuito de corriente)

Ingeniero y Técnico electricista

3

Desconectar medidor antiguo

Conectar el medidor electrónico de energía

Verificar el normal funcionamiento del medidor

Ingeniero y Técnico electricista

4 55

Se abren las láminas del bloque de pruebas 1,2,3 y 5 del circuito de corriente si el medidor es de tres elementos, o las láminas 2,3 y 6 del circuito de corriente si el medidor es de dos elementos y se verifica que los datos mostrados en el display sean correctos y coherentes. Se hace una aproximación de la energía eléctrica consumida por el circuito en ese momento comprobando los datos mostrados en el display del medidor con el fin de verificar su normal funcionamiento.

ACTIVIDADES

RESPONSABLE

OBSERVACIONES

Ingeniero y Técnico electricista

Al terminal RJ11 que tiene el medidor se le conecta la línea telefónica.

4 Conectar la línea telefónica al medidor Comunicarse con el medidor

Comprobar si se pueden obtener remotamente los datos almacenados en la memoria de medidor

Comprobar el normal funcionamiento del módulo de comunicaciones del medidor

Ingeniero y Técnico electricista

Ingeniero y Técnico electricista

Ingeniero y Técnico electricista

Una vez terminadas las labores, se recoge la herramienta

Técnico electricista

Análisis, revisión y entrega del informe

Ingeniero electricista y Director de proyectos

FIN

56

Se procede a llamar desde un celular a la línea telefónica del medidor para verificar el correcto funcionamiento de comunicación. Si el medidor esta funcionando normalmente se tiene que escuchar el mismo sonido que emite un fax. Se le comunica al comercializador o al distribuidor de energía que el medidor electrónico ya esta en funcionamiento, para que ellos verifiquen si se pueden supervisar los parámetros eléctricos de manera remota. Por ultimo se comprueba si el módulo de comunicaciones está funcionando normalmente (puerto RS-232 y el puerto óptico ), esto se verifica conectando la sonda óptica al computador portátil o un cable físico entre el puerto RS-232 y el computador portátil para verificar las diferentes variables eléctricas en sitio. La herramienta recogida es comparada con la lista que se dio a la empresa contratante antes de entrar a esta, de esta manera se evita que falte o sobre alguna pieza. Los resultados obtenidos son analizados y consignados en un informe, el cual es revisado por el director de proyectos y luego es entregado a la empresa contratante con las debidas sugerencias y demás anotaciones que ameriten

7. DIAGRAMAS DE CONEXIÓN 7.1 BORNERAS DE CONEXIÓN La figura 11 representa la bornera de conexión de un medidor de 3 elementos, simétrico y autoalimentado

Fig. 11. Bornera de conexión medidor de tres elementos autoalimentado La figura 12 representa la bornera de conexión de un medidor de 2 elementos simétrico y autoalimentado

Fig. 12. Bornera de conexión medidor de dos elementos autoalimentado

57

La figura 13 representa la bornera de conexión de un medidor de 3 elementos, simétrico y con fuente de alimentación externa.

Fig. 13. Bornera de conexión medidor de tres elementos La figura 14 representa la bornera de conexión de un medidor de 2 elementos, simétrico y con fuente de alimentación externa.

Fig. 14. Bornera de conexión medidor de dos elementos

58

La figura 15 representa la bornera de conexión de un medidor de 3 elementos, asimétrico y autoalimentado

Fig. 15. Bornera de conexión medidor de tres elementos La figura 16 representa la bornera de conexión de un medidor de 2 elementos, asimétrico y autoalimentado

Fig. 16. Bornera de conexión medidor de dos elementos

59

La figura 17 representa la bornera de conexión de un medidor de 3 elementos, asimétrico y con fuente de alimentación externa.

Fig. 17. Bornera de conexión medidor de tres elementos La figura 18 representa la bornera de conexión de un medidor de 2 elementos, asimétrico y con fuente de alimentación externa.

Fig. 13. Bornera de conexión medidor de dos elementos

60

7.2 CABLEADO DEL GRUPO DE MEDIDA La siguiente figura muestra la forma de cablear el grupo de medida en un medidor de tres elementos

MEDIDOR ELECTRÓNICO DE ENERGÍA

Fig. 19. Cableado grupo de medida medidor de tres elementos 61

La siguiente figura muestra la forma de cablear el grupo de medida en un medidor de 2 elementos.

MEDIDOR ELECTRÓNICO DE ENERGÍA

Fig. 20. Cableado grupo de medida medidor de dos elementos

62

7.3 BLOQUE DE PRUEBA La siguiente figura muestra la forma de cablear el grupo de medida y el bloque de pruebas en un medidor de 3 elementos, simétrico.

Fig. 21. Bloque de prueba medidor de tres elementos simétrico 63

La siguiente figura muestra la forma de cablear e l grupo de medida y el bloque de pruebas en un medidor de 3 elementos asimétrico.

Fig. 22 Bloque de prueba medidor de tres elementos asimétrico

64

La siguiente figura muestra la forma de cablear el grupo de medida y el bloque de prueb as en un medidor de 2 elementos asimétrico.

Fig. 23. Bloque de prueba medidor de dos elementos asimétrico 65

La siguiente figura muestra la forma de cablear el grupo de medida y el bloque de prueb as en un medidor de 2 elementos simétrico.

Fig. 22. Bloque de prueba medidor de dos elementos 66

8. SISTEMA DE TELEMEDICIÓN Es un sistema compuesto por un medidor electrónico, un módem de comunicación y un canal (línea telefónica, celular, satelital, CDPD, etc.), que permite la adquisición remota de datos almacenados en la memoria del medidor electrónico, el cual registra los consumos de energía. Este sistema surgió porque la apertura del sector eléctrico en Colombia, permite escoger libremente el comercializador de energía que atienda sus necesidades en cuanto a tarifa y servicios, lo que genera la división de diferentes agentes en el mercado: generadores, transportadores, distribuidores y comercializadores. Entre los beneficios más importantes que suministra el sistema de telemedición podemos destacar: QUIENES

PARA QUÉ

Cliente

Ø Auditorias y control de consumos aplicado a programas de uso racional de energía Ø Validar sus consumos facturados Ø Elaboración de proyecciones y presupuestos

Comercializadores

Distribuidores Superintendencia de Servicios Públicos

Ø Reporte de consumos al SIC para la liquidación de transacciones del mercado de energía eléctrica. Ø Sistema de registro de consumos facturables de los clientes. Ø Supervisión de parámetros eléctricos de manera remota Ø Mecanismo ágil para la captura de información diaria e instantánea

Ø Cobro de peajes y otros cargos inherentes al uso de las redes Ø Vigilancia y control del sector

67

Ø Ágil sistema de control y supervisión de consumos Ø Disminución de costos operativos en el desplazamiento de personal y otros inherentes a la adquisición de datos, que finalmente serían trasladados al cliente. Ø Confiabilidad de la información. La regulación vigente establece que todos los Comercializadores de energía eléctrica deben reportar diariamente los consumos de energía de sus fronteras comerciales (medidores electrónicos), al Sistema de Intercambios Comerciales SIC, lo que permite liquidar los costos de prestación del servicio a cada uno de los agentes del mercado. Los medidores electrónicos de energía son programables y leíbles por software lo que permite el seguimiento del comportamiento del consumo de energía eléctrica, verificando a diario que las curvas de energía activa y reactiva dadas por los clientes no regulados del sector estén dentro de los limites establecidos. La adquisición remota de datos almacenados en la memoria del medidor electrónico, se hace por intermedio de un software con el cual se pueden realizar consultas automáticas, esto es fijada una hora el programa comienza a registrar los datos de los medidores electrónicos uno por uno, tarea que normalmente se realiza en horas de la madrugada de forma de tener los datos actualizados al comenzar el día. La siguiente figura representa el proceso de telemedición de energía eléctrica

68

Fig. 23. Proceso de telemedición de energía eléctrica

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9. HERRAMIENTAS Y EQUIPOS Las herramientas, equipos y elementos de protección personal utilizados en el momento de instalar los medidores electrónicos de energía, contribuyen a un mayor desenvolvimiento y aprovechamiento de los recursos en los trabajos realizados. Todo el personal involucrado tiene la responsabilidad de promover el uso adecuado de los equipos y herramientas de trabajo. Cuando no se disponga del equipo de protección adecuado, no se debe realizar ninguna operación o tarea que ponga en peligro la integridad física del trabajador. • Casco de seguridad Elemento personal que protege la cabeza contra impactos, partículas volantes, riesgos eléctricos salpicaduras de sustancias químicas, materiales ígneos, calor radiante y efectos de las llamas. – CASQUETE: Parte exterior del casco que cubre la cabeza. – ARNÉS: Conjunto de elementos internos que se encuentran en contacto con la cabeza. – SUSPENSIÓN: Parte del arnés destinado a ajustar el casco en la cabeza del usuario. – BARBUQUEJO: Parte del arnés que sujeta por intermedio del mentón el casco a la cabeza. De acuerdo al tipo de trabajo y los riesgos inherentes se debe escoger el tipo y clase de casco apropiado. La clase de casco que más se acomoda a trabajos de tipo eléctrico según la Norma ANSI es la clase B. Los cuales dan protección contra: – Riesgos eléctricos de alta tensión ( hasta los 25000V) – Acción de impactos (resisten el impacto de un objeto de 4 kilos desde una altura de 2 mts.) – Penetración del agua – Penetración de fuego – Salpicaduras ígneas o químicamente agresivas. 70

• Protección del oído contra el ruido acústico Los ruidos acústicos son aquellos sonidos indeseables de alta intensidad (la intensidad se mide en decibeles). Los equipos de protección auditiva contra el ruido, atenúan satisfactoriamente la percepción de la mayoría de los peligros acústicos cuando son de buena calidad, se conservan en buen estado y se utilizan correctamente. Existen dos tipos de equipos protectores auditivos: – Tipo cápsula auricular o copa (oreja) – Tipo tapón ( de caucho, algodón, vidrio, espuma) • Protección de ojos Los riesgos faciales a que están expuestos los trabajadores se deben principalmente a chispas o por partículas de resistencia sólida, líquidas, gaseosas o combinaciones en suspensión como vapores, nieblas y roció y contaminantes físicos en forma de radiaciones. • Protección del cuerpo Los overoles de asbesto y lana se usan para riesgos contra metales calientes, calor radiante, polvos, vapores, humed ad y llamas, sin embargo, su protección es muy limitada contra fuerzas de impacto y radiaciones infrarrojas y ultravioletas. El overol debe estar sólidamente construidos con broches que prevengan aberturas y deben ser fáciles de poner y quitar con suficientes bolsillos y mangas largas. • Guantes La mano es la parte del cuerpo que por su actividad está más expuesta a los riesgos de accidentes. Los guantes deben seleccionarse de acuerdo con los tipos de trabajo y riesgos observados. Los guantes dieléctricos se utilizan en especial para las siguientes operaciones: apertura y cierre de 71

circuitos, colocación de puestas a tierra, verificación de ausencia de tensión, cuando se esta realizando un trabajo con o cerca de equipos o líneas energizadas, cuando se esta trabajando sobre cualquier línea cerca de circuitos paralelos de energía que pueden estar sujetos a voltajes inducidos o contactos accidentales con líneas energizadas y además cuando se trabaja con o cerca de circuitos energizados se deben abotonar las mangas en la muñeca y deben estar metidas dentro del puño del guante . • Calzado El calzado, como conjunto, debe proveer el máximo de seguridad y comodidad a los pies del usuario. En los procedimientos de tipo electrizo se usaran botas o zapatos aislantes de caucho sin partes metálicas, cosidas con hilo de nylon y suela vulcanizada antideslizante. La lengüeta debe ser del tipo fuelle con el fin de evitar la penetración de líquidos u objetos extraños dentro del calzado. • Portaherramientas Es un elemento en forma de banda, confeccionado en material resistente a la tensión mecánica y a la abrasión. Tiene en sus costados externos unos dispositivos portaherramientas en los cuales van generalmente alicates, pinzas, destornilladores, etc. • Las herramientas y equipos utilizadas para el proceso de comunicación en campo con el medidor son: -

Computador portátil

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Celular o celufijo

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Sonda óptica

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Cable telefónico

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Terminales RJ11 ( Que son terminales para conexión a líneas telefónicas )

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Adaptadores para terminales telefónicas

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CONCLUSIONES •

En la actualidad existen múltiples tipos de medidores electrónicos de energía basados en diversos principios de funcionamiento, donde el fabricante deja en manos de la empresa eléctrica el uso que se le dé y esta en ella el buscar el máximo aprovechamiento de todas sus capacidades y recursos adaptándolo a sus necesidades.

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Los medidores electrónicos de energía son programables y leíbles por software lo que permite el seguimiento del comportamiento de energía eléctrica con más precisión, además, tiene facilidades de transmitir sus datos de medida remotamente.

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Cabe destacar la gran cantidad de parámetros eléctricos que registran los medidores electrónicos de energía, como así también su capacidad de almacenamiento en su memoria interna.

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Los medidores de energía están normalizados según la norma IEC 687 la cual está homologada en Colombia por el ICONTEC con la norma NTC 2147 y que hacemos referencia en este documento.

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Se recopiló la información más importante relacionada con el grupo de medida el cual esta conformado por los transformadores de tensión y los transformadores de corriente, estos son utilizados para alimentar los aparatos de medición y los dispositivos de protección o control como es el caso del medidor electrónico de energía.

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Las herramientas, equipos y elementos de protección personal utilizados para la instalación de medidores electrónicos de energía, contribuyen a un mayor desenvolvimiento y aprovechamiento de los recursos en los trabajos realizados.

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Al estar en contacto directo con nuestro campo laboral se adquirió experiencia sobre problemas reales, donde se necesitaba dar una solución pronta y oportuna, saliendo de la ideología que se maneja como estudiante; el cual en algunos casos no tiene conocimiento de la aplicación practica de la teoría que es recibida a lo largo de la carrera.

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Cuando se interactuó con el personal de la empresa se tuvo la posibilidad de aprender y manipular algunos equipos y el vestuario que se utiliza para la realización de diferentes labores en el área eléctrica y posteriormente la utilización de las herramientas adecuadas

para que

no se llegara a presentar ninguna anomalía o accidente en el desarrollo del trabajo. •

Los mejores conocimientos adquiridos durante la realización de esta pasantía, se basaron principalmente en la indagación y programación de los medidores electrónicos de energía, los cuales eran conocimientos que no se adquirieron durante el transcurso de la carrera.

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Trabajando en la realización diaria de la telemedición a los clientes de la empresa se obtuvo conocimiento sobre el tipo de red a la cual estaban conectados los medidores, el tipo de medidor, la clase del medidor, los limites de consumo de energía activa establecidos por norma para los clientes no regulados, etc. De esta manera se intensificaron algunos conocimientos teóricos obtenidos durante la carrera y se lograron enfocar en su campo de aplicación.

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BIBLIOGRAFÍA •

Fundamentos de Metrología Eléctrica –Tomo I- Unidades, patrones e instrumentos. Ing. Andrés M. Karcz. Marcombo- Boixareu Editores.

•

Fundamentos de Metrología Eléctrica –Tomo II- Potencia y energía. Ing. Andrés M. Karcz. Ediciones Técnicas Marcombo SA.

•

Mediciones Eléctricas –2º Edición- Ing. Emilio M. Packmann. Editorial Hispano América SA.

•

Instrumentación Electrónica Moderna y Técnicas de Medición. Albert D. Helfrick, William D. Cooper. Prentice-Hall Hispanoamericana SA.

•

Enciclopedia CEAC de Electricidad. Medidas Eléctricas. D. José Ramírez Vázquez.

•

ICONTEC, Norma 2147. MEDIDORES DE ENERGÍA

•

ICONTEC, Norma 2050. CÓDIGO ELÉCTRICO COLOMBIANO

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Sitios Internet

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