Medidas elctricas en las instalaciones de baja tensin 5

Introduccin El buen funcionamiento de un organismo, una mquina, etc., depende en gran medida del funcionamiento combinado de los distintos elementos que lo constituyen; si uno de stos no realiza correctamente su funcin, desencadena el mal funcionamiento de todo el sistema. En principio, las anomalas se intuyen, pero para poder demostrarlas es necesaria la comprobacin de algunas magnitudes caractersticas para compararlas con las que se dan en el sistema cuando el funcionamiento es el adecuado. En las instalaciones elctricas, tambin es necesario evaluar o medir algunos parmetros o magnitudes del circuito elctrico, en especial las estudiadas en la Unidad 3, como son la intensidad de corriente, la tensin elctrica, la resistencia elctrica, la potencia elctrica o la energa elctrica. Estas magnitudes nos van a indicar el buen funcionamiento de la instalacin o posibles problemas. En lo que se refiere a la seguridad de los elementos que constituyen la instalacin y de las personas que la utilizan, han de conocerse otros parmetros importantes, como pueden ser: la resistencia de tierra, la resistencia de aislamiento, la sensibilidad de los aparatos de proteccin, los tiempos de disparo, etctera. En esta Unidad, vamos a hacer un recorrido por la realizacin de las distintas medidas, as como por los aspectos ms importantes a tener en cuenta para su valoracin. Se har de una forma exclusivamente prctica, obviando los aspectos correspondientes a la constitucin interna de los aparatos de medida, ya que stos se estudiarn en el mdulo de Electrotecnia. El estudio y realizacin de las medidas de otros parmetros importantes para la instalacin se abordar en la Unidad correspondiente, ya que se necesitan otros conocimientos previos para su correcta comprensin. 5.1 Concepto de medida Medir es comparar una medida determinada con otra que tomamos como unidad. De acuerdo con la anterior definicin, es necesario que las unidades de referencia sean aceptadas de forma general por la comunidad cientfica internacional. A principios del Magnitud Cantidad de electricidad Smbolo Q Unidad S. Giorgi Denomi-Smnacin bolo Culombio C Aparato para su medicin

Galvanmetro Corriente I Amperio A Ampermetro Resistencia R Ohmio O hmetro, puentes Tensin U Voltio V Voltmetro Potencia P Vatio W Vatmetro Energa E Julio J Contador de energa Capacidad C Faradio F Capacmetro Frecuencia f Hertzio Hz Frecuencmetro Factor de potencia cos . - - - - - - cos . Fasmetro Tabla 5.1. Magnitudes elctricas del Sistema Internacional. siglo XX se fueron unificando estos patrones de medidas por la Comisin Internacional de Pesas y Medidas, que estructuraron el Sistema Internacional de Medidas, ms conocido como Sistema GIORGI. En la Tabla 5.1, se recogen las magnitudes ms importantes que podemos encontrar en un circuito elctrico. En el campo de las medidas elctricas hay que distinguir dos tipos de medidas: medidas de tipo industrial y medidas de laboratorio. Medidas industriales: son aquellas que se realizan directamente sobre el montaje o instalacin elctrica. Para realizarlas se necesitan aparatos que sean prcticos, con la posibilidad de ser tanto fijos como porttiles. Medidas de laboratorio: son aquellas que se realizan en condiciones idneas y distintas de las ambientales. Se utilizan para verificar el funcionamiento de los aparatos de medida o para el diseo de aparatos y circuitos; estos aparatos suelen tener una mayor precisin que los utilizados en la industria, motivo por el cual son ms delicados y costosos. 105

106 5.2 Cualidades de los aparatos de medida Podemos decir que un aparato de medida ser mejor o peor, atendiendo a las siguientes cualidades: a) Sensibilidad: se define como el cociente entre la desviacin de la aguja indicadora medida en grados y la variacin de la magnitud que se est midiendo. Esta cualidad es especfica de los aparatos analgicos. b) Precisin: la precisin de un aparato de medida, est ntimamente relacionada con su calidad. Es ms preciso un aparato cuanto ms parecido sea el valor indicado a la medida real de dicha magnitud. c) Exactitud: es un concepto parecido al de precisin, pero no igual. Un aparato es ms exacto cuanto ms parecidos sean el valor medido y el valor real por extensin, un aparato exacto es, a su vez, preciso, pero un aparato preciso no tiene por qu ser exacto. d) Fidelidad: cuando al repetir varias veces la misma medida, el aparato da la misma indicacin. e) Rapidez: un aparato es rpido cuando se estabiliza en menos tiempo. 5.3 Errores en la medida Al realizar medidas, los resultados obtenidos pueden verse afectados. El resultado lleva implcito la posibilidad de errar en la lectura, por ello es necesario conocer con profundidad como se cometen los errores, para poderlos prever y minimizar, de manera que seamos nosotros los que valoremos la veracidad de la medida realizada. Los errores en medidas elctricas se pueden clasificar en sistemticos y accidentales: a) Error sistemtico es el originado por las caracters ticas del aparato o de la actitud del observador. Entre los ms frecuentes se pueden destacar los siguientes: Metodolgicos: por utilizar un mtodo inadecuado para realizar la medida, como por ejemplo la colocacin de los aparatos de medida cuando se utiliza el mtodo indirecto, ya que stos tienen consumo y pueden falsear el resultado obtenido. Ambientales: son el resultado de la influencia de las condiciones fsicas del entorno: temperatura, presin,

humedad, campos magnticos, etctera. Personales: los que dependen de la pericia o habilidad del operador al realizar la medida; por ejemplo, la colocacin de ste en la lectura. Instrumentales: son los causados por el desgaste de las piezas del aparato, o bien por el desgaste de la pila o batera que alimenta dicho aparato. b) Accidentales: se producen de una forma aleatoria. No se pueden clasificar dada su gran variedad; aun as, no son de gran importancia en las medidas elctricas. Cada vez que realicemos una medida, debemos evitar desconfiar del valor obtenido, pero tambin razonar si el resultado est en relacin con el valor que preveamos o no se corresponde con ste. En caso de que exista gran diferencia, hemos de pensar que algo raro ocurre y hacer las comprobaciones necesarias. Entre todos los errores que se pueden cometer al realizar una medida, se encuentran los causados por el operario que la realiza. Se suelen cometer con frecuencia, pero son fciles de eliminar siendo metdicos. Estos son: a) Errores de cero: Se dan cuando al iniciar la medida no hemos prestado la suficiente atencin a la posicin del ndice (aguja indicadora). Antes de medir, es conveniente calibrar con el tornillo de ajuste la aguja a cero. b) Error de paralaje: ocurre cuando el operario no encara de forma perpendicular la escala del aparato. Se corrige haciendo coincidir la aguja con su proyeccin sobre la escala. Algunos aparatos suelen incorporar un espejo sobre la escala para facilitar esta tarea. Estos errores no se suelen dar en los aparatos digitales. Por otro lado, es conveniente conocer la calidad y precisin de los aparatos de medida, de ah que estudiemos los siguientes conceptos: a) Error absoluto: es la diferencia entre el valor obtenido y el valor real. Como se ha dicho en prrafos anteriores, el valor real es difcil de conocer, por este motivo podemos tomar como valor real el obtenido con un aparato de precisin, o bien, tomar como valor real la media de varias medidas. ea = Valor ledo Valor real

Este error nos indica cunto nos hemos equivocado, pero no nos dice nada sobre la calidad de la medida y del aparato con la que se realiza. Se pueden obtener errores tanto positivos como negativos, en el primer caso se

entiende que el aparato mide por exceso y en el segundo se entiende que lo hace por defecto. b) Error relativo: es el resultado de multiplicar por 100 el cociente que resulta de dividir el error absoluto por el valor real. El error relativo se expresa en tanto por ciento. ea er = 100

Valo r real Este error nos da ms informacin sobre la medida, ya que se refiere al error cometido por unidad de medida. Un aparato se puede considerar bueno cuando da un error relativo por debajo del 2 %. Clase de precisin Cuando tomamos el error absoluto mximo, lo relacionamos con el valor de final de la escala de medida y lo expresamos en tanto por ciento, obtenemos un nmero que define la clase del aparato; esto es, su grado de precisin. ea mximo Clase = 100 Valo r final escala Su clasificacin y aplicacin es la siguiente: Clase 0,1 y 0,2. Instrumentos de gran precisin para investigacin. Clase 0,5. Instrumentos de precisin para laboratorio. Clase 1. Instrumentos de medidas porttiles de cc. Clase 1,5. Instrumentos de cuadros y porttiles de ca. Clase 2,5 y 5. Instrumentos de cuadros. Caso prctico 1 Se realiza la medida de intensidad de corriente de un circuito con un ampermetro a prueba y un ampermetro patrn. Se obtienen las siguientes lecturas: Ampermetro a prueba: 4,1 A. Ampermetro patrn: 4 A. Se pide: calcular los errores absoluto y relativo. Solucin:

ea = Valor ledo ea 0,1 er = 100 = Valo r real 4 Caso prctico 2

Valor real = 4,1

4 = 0,1

100 = 2,5%

Se realiza la medida de tensin de un circuito con un voltmetro a prueba y un voltmetro patrn. Se obtienen las siguientes lecturas: Voltmetro a prueba: 130 V. Voltmetro patrn: 135 V. Se pide: calcular los errores absoluto y relativo. Solucin: ea = Valor ledo ea 5 er = 100 = Valor real = 130 135 = 5

100 = 3,70 %

Valo r real 135 Caso prctico 3 Se realiza una serie de medidas con un ampermetro a prueba y un ampermetro patrn, obtenindose las siguientes lecturas: 1 2 3 4 Ampermetro a prueba 1,5 2,5 4 7 Ampermetro patrn 1,6 2 3,8 6,7 Tabla 5.2. Lecturas obtenidas en la medicin. El ampermetro a prueba tiene una escala de medidas que va desde 0 hasta 10 A. Se pide: calcular la clase (precisin) del ampermetro. Solucin: ea1 ea2 ea3 ea4 = = = = Valor Valor Valor Valor ledo ledo ledo ledo Valor Valor Valor Valor real real real real = = = = 1,5 1,6 2,5 2 = 4 3,8 = 7 6,7 = = 0,1 0,5 0,2 0,3

El error absoluto mximo es 0,5. ea mx 0,5 Clase = 100 = 100 = 5

Valor final escala 10

Por lo tanto, el aparato es de Clase 5. 107

480 480 5.4 Escalas, campos de medida, 150 V 240 120 campo de lecturas y constante de medida

80 300 600 Vamos a describir una serie de conceptos importantes para la toma de medidas elctricas. 1200 A. Escalas Es la zona graduada de la pantalla del aparato de medida. Sobre sta se desplaza el ndice para indicarnos el valor de la medida. Debido a la constitucin interna del aparato, obtenemos distintas distribuciones en las divisiones de la esca la, tal y como se puede ver en la Figura 5.1. Pueden ser: Uniformes: todas las divisiones son iguales a lo largo de la escala. Cuadrticas: las divisiones se ensanchan sobre el final de la escala. Ensanchadas: las divisiones son distintas al principio y al final de la escala. Logartmicas: las divisiones son menores al final de la escala. Tambin llamado capacidad o calibre del aparato, es la mxima medida que se puede realizar con un deter-108 0 0 0 60 0 0 V 150 V 300 V 600 V Como se puede apreciar en la Figura 5.2, existe una zona de la escala en la que no existen divisiones. Esto indica que ese aparato no realiza la medida con precisin en esa zona, con lo que el campo de medidas fiables es el correspondiente a la zona marcada con divisiones. Es el llamado campo de lectura.

B. Campo de medida D. Constante de medida Las escalas no suelen tener una divisin por cada unidad de la magnitud que se est midiendo; por este motivo, en la mayora de los casos, cada divisin representa varias unidades de medida, de manera que para obtener el valor real es necesario multiplicar el nmero de divisiones por la constante correspondiente. Dicha constante va a depender del Fig. 5.1. Tipos de escalas. tipo de escala, como vemos a continuacin: Fig. 5.2. Ejemplo de aparato de medida con diferentes campos de medidas. Voltmetro. Como se ve en la Figura 5.2, podemos ampliar el campo de medida de tensin cambiando tan slo las bornas de conexin del aparato, conectndolo entre 0 y 150 V o bien entre 0 y 300 V. C. Campo de lectura minado aparato. Los aparatos de medida pueden llevar Escalas uniformemente gradu adas: en el amperdiferentes campos para una misma magnitud, segn las metro de la Figura 5.3 tenemos tres cons tantes de medida, condiciones de conexin, tal y como se puede apreciar en ya que el aparato tiene t res alcances con las mismas divila Figura 5.2. siones, que se obtienen de la forma siguiente: 1 2 3 4 5 6 12 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 Uniforme Ensanchada Cuadrtica Logartmica

Donde: 0,5 0,4 2 A ,3 Kl = Constante de medida 2,5 5 VM = Valor mximo elegido Vm = Valor mnimo elegido n = Nmero de divisiones entre ambos Cuando hablamos de escalas, campos de lecturas o constantes de medidas, hemos de entender que slo es de aplicacin a los aparatos de medida analgicos, ya que los digitales presentan el valor directamente sobre la pantalla o display. ,53 4 0,2 1 0,1 0,5 0 0 0,5 A 2,5 A 5 A Fig. 5.3. Ampermetro con tres alcances de medidas. VM 0,5 A Kl (0,5) = = Nt 25 div VM 2,5 A Kl (2,5) = = Nt 25 div VM 5 A Kl (5) = Nt 25 div Donde: Kl =Constante de medida 5.5 Simbologa utilizada en los aparatos de medidas elctricas = = 0,2 A/div = 0,1 A/div = 0,02 A/div

Los aparatos de medida pueden ser analgicos o digitales; los primeros presentan la medida mediante un ndice o aguja que se desplaza sobre una escala graduada, y los segundos presentan el valor en una pantalla o display mediante nmeros. Para representar esquemticamente e interpretar las inscripciones de funcionamiento se recurre a la simbologa normalizada que se recoge en la Tabla 5.3. Smbolos utilizados en medidas elctricas Smbolo Significado VM =Valor mximo actual Nt =Nmero total de divisiones Escalas que precisan de acotacin: en aquellos aparatos en los que el campo de lectura no se corresponde con el campo de medidas se recurre a precisar el tramo de lectura del mismo. As, en el caso del voltmetro de la Figura 5.2, hemos de recurrir a acotar el nmero de divisiones entre un valor mximo y el valor mnimo, y contar el nmero de divisiones en ese tramo. Para una mejor comprensin, realizamos a continuacin un ejemplo con el voltmetro de la Figura 5.2 para la escala de 150 V. Lo primero sera elegir un tramo de la escala; para este caso elegimos como valor mayor 120 V y como valor menor 90 V. Se aprecia que en ese tramo hay seis divisiones. Aplicando la expresin: VM Vm120 v 90 vKl (150) = = = 5 V/div

n 6 div Instrumento para corriente continua Instrumento para corriente alterna Instrumento para corriente continua o alterna Instrumento de corriente trifsica con un solo circuito medidor Instrumento de corriente trifsica con dos circuitos medidores Tabla 5.3. Simbologa utilizada en medidas elctricas. (Contina). 109

Smbolos utilizados en medidas elctricas Smbolo Significado Instrumento de corriente trifsica con tres circuitos medidores Smbolos utilizados en medidas elctricas Smbolo Significado Instrumento medidor de cocientes de hierro mvil Instrumento electrodinmico sin hierro Instrumento medidor de cocientes electrodinmico Instrumento electroesttico Instrumento de imn mvil Instrumento de cuadro mvil con rectificador Instrumento electrodinmico con circuito magntico de hierro Instrumento medidor de cocientes electrodinmico con circuito magntico de hierro Instrumento de vibracin Tensin de prueba 500 voltios Tensin de prueba 1 000 voltios Tensin de prueba 2 000 voltios Tensin de prueba 3 000 voltios Tensin de prueba 5 000 voltios 5 3 2 1 Atencin: observar instrucciones de empleo Ajuste de cero del aparato (cero mecnico) Smbolo indicador de blindaje de hierro Posicin de trabajo vertical Posicin de trabajo horizontal Posicin de trabajo inclinada Instrumento de cuadro mvil con imn permanente Instrumento bimetlico n Instrumento trmico Instrumento medidor de cocientes de bobinas mviles Instrumento de induccin Instrumento medidor de cocientes de induccin

Instrumento electromagntico o de hierro mvil 110 Tabla 5.3. Simbologa utilizada en medidas elctricas. (Continuacin). Tabla 5.3. Simb ologa utilizada en medidas elctricas. (Continuacin).

Smbolos utilizados en medidas elctricas Smbolo Significado A V W VAr O MO f . kWh kVArh Ampermetro Voltmetro Vatmetro Varmetro hmetro Medidor de resistencia de aislamientos (Megger) Frecuencmetro Fasmetro Sincronoscopio Contador de energa activa Contador de energa reactiva Interpretacin de las indicaciones inscritas en los aparatos de medidas Los aparatos de medida llevan, en la parte inferior de la escala, unos smbolos que indican las caractersticas tanto constructivas como de funcionamiento de dicho aparato. En la Figura 5.4 se han resaltado estas indicaciones de las que se aclaran su significado a continuacin. Las inscripciones superiores de la zona resaltada (VDE), corresponden a las normas y certificaciones que cumple dicho aparato. Fig. 5.4. Detalle de las indicaciones inscritas en los aparatos de medidas. Significado de las inscripciones del aparato de la Figura 5.4: 1,5 Instrumento electromagntico o de hierro mvil Categora de empleo (instrumento de cuadro para c. a.) Aparato de corriente alterna Posicin de trabajo vertical 3 Tensin de pruebas 3 000 V

Tabla 5.3. Simbologa utilizada en medidas elctricas. (Continuacin). Categora de empleo: Tipo de instrumento Clase De laboratorio 0,1 0,2 0,5 De servicio 1 1,5 2,5 5 5.6 Real izacin de medidas elctricas fundamentales Generalidades: en las instalaciones elctricas podemos realizar medidas de una forma permanente mediante aparatos de Tabla 5.4. Categora de empleo de los aparatos de medida. cuadro, (vase la Figura 5 .5) o bien, de una forma aleatoria, 111

112 mediante aparatos porttiles (vase la figura 5.6). En ambos casos estos aparatos pueden ser analgicos o digitales. Aparato digital Aparato analgico Fig. 5.5. Aparatos de medida para cuadros. Aparatos digitales Aparato analgico Fig. 5.6. Aparatos de medida porttiles. A la hora de realizar las medidas, son de aplicacin todos los apartados anteriores referidos a la obtencin de resultados y correccin de errores. Para realizar una medida podemos utilizar un aparato especfico de la magnitud que pretendemos conocer, como por ejemplo medir la potencia elctrica utilizando un vatmetro (mtodo directo), o bien medir las magnitudes necesarias para deducir la que pretendemos conocer (mtodo indirecto). Por ejemplo, si queremos obtener la potencia elctrica, medimos la tensin y la intensidad del circuito para obtener el valor de la potencia mediante la expresin: P = UI . Como precaucin inicial antes de realizar cualquier medida, es importante seleccionar el aparato idneo, tanto en el tipo de corriente (continua o alterna) como en la eleccin del calibre adecuado, con un alcance suficiente para el valor de la magnitud que pretendemos medir. En el caso de aparatos de corriente continua, es necesario observar la polaridad de conexin, ya que si se conecta con la polaridad invertida, el ndice va a intentar girar en sentido contrario en los aparatos analgicos y nos va a aparecer un signo ( ) delante de la medida en los digitales. En los cuadros elctricos, con el fin de ahorrar costes y espacio, se suelen utilizar conmutadores rotativos tanto de tensin como de intensidad, para poder emplear un solo aparato de medida y no varios, lo que permite obtener el valor de las tensiones e intensidades de un sistema trifsico utilizando un solo voltmetro y un ampermetro. Cuando la tensin o la intensidad son de valor elevado se suelen conectar los aparatos mediante transformadores de medida, que adaptan el valor de la magnitud a medir al campo de medidas del aparato. ste nos indica el valor real de la medida sobre la escala. 5.7 Med ida de tensiones o de la diferencia de potencial Para medir tensin utilizamos el voltmetro (vase la Figura 5.7). Este aparato est formado internamente por una bobina de muchas espiras y muy poca seccin, por lo que presenta una gran resistencia interna, necesaria para poder conectarlo en paralelo a los puntos donde se pretende

realizar la medida como se ve en la Figura 5.8, medida de tensin en corriente continua, y en la Figura 5.9, medida de tensin en corriente alterna. Cuanto mayor sea la resistencia interna del aparato, menos interferencias provocar en el funcionamiento del circuito correspondiente, ya que el aparato consume cierta intensidad. Fig. 5.7. Voltmetro de cuadro.

II + R V Fig. 5.8. Medida de tensin en corriente continua. U V R L1 II N Fig. 5.9. Medida de tensin en corriente alterna. Cuando queremos realizar la medida de tensiones en un sistema trifsico, sobre todo en cuadros, podemos recurrir a colocar 3 o 6 voltmetros con el consiguiente aumento de costes y espacio. Para evitar esto, se recurre a la utilizacin de conmutadores voltimtricos que permiten realizar la medida entre los tres hilos activos o entre los tres hilos activos y el neutro, utilizando un slo aparato de medida. Caso prctico 4 Se pide: realiza el conexionado de voltmetros para medir tensiones en un sistema trifsico con neutro. Solucin: dicho conexionado se realizar como se indica en la Figura 5.10. VVVVVV L1 L2 L3 N 10 1 11 V V1 V2 84 12 L 1 L 2 L 3N Fig. 5.10. Medida de tensiones en un sistema trifsico. Casoprctico 4 (continuac in)

En la Figura 5.10 podemos ver cmo se conecta un conmutador voltimtrico para utilizar un solo voltmetro en un sistema trifsico. En el mercado existen voltmetros y ampermetros que incorporan dicho conmutador sobre el mismo aparato, como se ve en la Figura 5.11. Fig. 5.11. Voltmetro con conmutador incorporado al aparato. En caso de que la tensin sea elevada, recurrimos a adaptar dicha tensin al campo de medidas del voltmetro mediante un transformador de tensin (vase la Figura 5.12). El aparato nos indicar el valor real de la medida, pues su escala est graduada respecto al valor de entrada del transformador, mientras que el valor de salida es el que se aplica al voltmetro. Caso prctico 5 Se pide: realiza el conexionado de voltmetro mediante un transformador de tensin. Solucin: dicha medida se realiza para un circuito monofsico de corriente alterna y se atender al montaje de la Figura 5.12. L1 N U U V V V Fig. 5.12. Medida de tensin en corriente alterna mediante un transformador de tensin. 113

L1 K1 11 K2 L3 K3 L2 L1 K1 11 K2 L3 K3 L2 1 619 16712 2 114 Como ejemplo de lo anteriormente expuesto, podemos considerar una red de 1 000 V de tensin, se utilizar un transformador de relacin 10 a 1. Esto quiere decir que por cada 10 V de entrada, el transformador da 1 V de salida, que es la tensin que se aplica al voltmetro; en la escala, el valor que se marca es el correspondiente a la tensin que le llega al voltmetro multiplicado por 10. Dicho al revs, si el voltmetro nos indica 700 V, al aparato le estn llegando 70 V. Este mtodo es solo vlido para corriente alterna, ya que en corriente continua habra que recurrir a los convertidores. 5.8 Med ida de intensidad de corriente elctrica La intensidad de corriente se mide con el ampermetro (vase la Figura 5.13). Bsicamente est constituido por una bobina con muy pocas espiras y una gran seccin. Se conecta en serie con el receptor al que queremos medir la intensidad que consume como se aprecia en la Figura 5.14, en un circuito de corriente continua, y en la Figura 5.15, en un circuito para corriente alterna. Para que la conexin de este aparato no modifique las magnitudes en un circuito, se hace necesario que el aparato presente una resistencia interna prcticamente nula, ya que de no ser as, su conexin al circuito provocara modificaciones del valor de la resistencia total y por ende todas las dems magnitudes derivadas de sta. I + R A Fig. 5.14. Medida de intensidad en corriente continua.

L1 A U R I N Fig. 5.15. Medida de intensidad en corriente alterna. En un sistema trifsico, al igual que las tensiones, se pueden utilizar conmutadores para usar solo un ampermetro en vez de varios. Tambin, como en medida de tensiones, para intensidades elevadas se suelen utilizar transformadores de intensidad que adaptan el valor de sta al campo de medidas del ampermetro, aunque la indicacin sobre la escala se corresponde con el valor real. Tanto el ampermetro como el transformador han de construirse para este fin. Caso prctico 6 Se pide: realizar el conexionado de ampermetro para tomar la medida de intensidad en un sistema trifsico. Solucin: para realizar dicha medida se puede recurrir a montar tres ampermetros (uno por fase), o bien realizarlo mediante conmutador amperimtrico, como se muestra en la Figura 5.16. A A A L1 L2 L3 AA1 A2 Fig. 5.16. Medida de intensidades en sistemas trifsicos. Fig. 5.13. Ampermetro de cuadrado. L 1 L 2 L 3 N

115 Caso prctico 7 Se pide: realizar el conexionado de ampermetro mediante un transformador de intensidad para realizar la medida en un circuito monofsico de corriente alterna. Solucin: su montaje se muestra en la Figura 5.17. N AK L L1 kl Fig. 5.17. Medida de intensidades en c.a. mediante transformadores de intensidad. 5.9 Medida de resistencia elctrica Otra magnitud fundamental de la que nos interesa conocer su valor es la resistencia elctrica. Dicha magnitud se mide mediante puentes de medida en laboratorios, y mediante el hmetro en las medidas cotidianas (vase la Figura 5.18). El hmetro, bsicamente, est constituido por un galvanmetro (aparato medidor con escala graduada en ohmios) y una fuente de alimentacin (pila) en serie. La pila es la que permite que circule una pequea intensidad por el aparato medidor y por el circuito a medir, ya que ste ha de estar desconectado de la red de alimentacin. En funcin de la intensidad que circule, el galvanmetro nos indicar el valor de la resistencia sobre la escala. Fig. 5.18. hmetro En los aparatos analgicos, la escala para medir resistencia se grada de forma inversa a como se gradan las dems magnitudes, es decir, el cero se coloca a la derecha de la escala, debido a que cuando la resistencia a medir es nula, el galvanmetro estar recorrido por la mxima intensidad que puede dar la pila, con lo que la desviacin del ndice (aguja) del aparato ser mxima (fondo de escala). Ser en ese punto donde habr que colocar el valor 0 O de la escala. Al contrario, si la resistencia es de valor prcticamente infinito (circuito abierto), el galvanmetro no estar recorrido por ninguna intensidad, con lo que el ndice no sufrir desviacin y permanecer a la izquierda de la escala. En este punto se colocar el valor 8. Esta distribucin de la escala se puede apreciar en la Figura 5.18. Los valores intermedios variar en funcin de que la intensidad que circule por el galvanmetro sea mayor o menor. Pila Bobina mvil

Ajuste de cero Fig. 5.19. Constitucin interna del hmetro. En los aparatos analgicos, antes de realizar ninguna medida hay que poner a cero el aparato. Esto es debido a que la pila no suele tener siempre la misma carga y por ello se incorpora al aparato una resistencia variable (potencimetro) en serie, como se ve en la Figura 5.19, con la pila y el galvanmetro, de manera que al puentear las pinzas del aparato, ste debe indicar el valor cero de la escala; si no es as, manipularemos el potencimetro hasta llevar el ndice al valor cero. Con este procedimiento se compensa tambin el valor de la resistencia de los conductores de prueba del aparato, de manera que el valor indicado por el aparato se corresponder con el valor real de la resistencia a medir. Este proceso no es necesario en los aparatos digitales, ya que stos hacen la compensacin de forma interna. Para realizar la medida de resistencia, es necesario observar algunas precauciones previamente, como que el circuito a medir est desconectado de la red. Si es un elemento

116 que forma parte de un montaje (acoplamiento de receptores, circuito impreso, etc.), hemos de aislarlo del resto antes de realizar la medida, ya que el acoplamiento puede influir para que el valor obtenido no sea el correcto. Para realizar la medida (vase la Figura 5.20), se colocan las puntas de las pinzas en los extremos de la resistencia a medir, y el valor ledo en la escala se toma directamente. R O Fig. 5.20. Medida de resistencia con hmetro. Como se dijo anteriormente, la forma de realizar las medidas expuestas hasta ahora se corresponde con el mtodo directo, y se aplica el aparato especfico directamente. Tambin se puede realizar la medida de la resistencia de la lmpara de la Figura 5.21 mediante el mtodo indirecto. Como se puede ver en el siguiente caso prctico, es necesario medir la tensin, la intensidad y aplicar la Ley de Ohm (R = V/I). Cabe resaltar que la conexin del voltmetro se hace por delante del ampermetro para que ste mida slo la intensidad consumida por la lmpara, sin la influencia de la intensidad consumida por el voltmetro. Caso prctico 8 Se pide: realizar el esquema de montaje para determinar la resistencia de una lmpara de incandescencia por el mtodo indirecto. Comprueba que dicha resistencia depende de su temperatura. Solucin: S L1 EAVPIA U = 0 230 V N Fig. 5.21. Medida de la resistencia de una lmpara por el mtodo indirecto. Caso prctico 8 (cont inuacin) En el montaje de la Figura 5.21, podemos comprobar la influencia de la temperatura en el valor de su resistencia; por este motivo se propone que la tensin aplicada sea variable entre 0 y 230 V. Se puede comprobar que el valor de la resistencia ser distinta con los diferentes valores de tensin aplicados al circuito.

Para cada valor de tensin se tomar el valor de intensidad y se aplicar la Ley de Ohm. 5.10 Med idas con polmetros y pinzas amperimtricas La medicin de las magnitudes expuestas hasta ahora; tensin, intensidad y resistencia elctrica, se puede realizar con el polmetro (multmetro) y con la pinza o tenaza amperimtrica: Polmetro: como ya se indic en la Unidad 1, es un aparato de medidas porttil que se considera una herramienta ms del profesional de la electricidad (vase la Figura 5.22). Los podemos encontrar tanto analgicos como digitales, y para su utilizacin es necesario tener presentes algunas consideraciones. Fig. 5.22. Distintos modelos de polmetros. Bsicamente, podemos decir que es un aparato mltiple que, dependiendo de donde coloquemos las pinzas en el mismo, o en qu posicin coloquemos el conmutador (vase la Figura 5.23), se comportar como voltmetro, ampermetro u hmetro, entre otros.

Fig. 5.23. Detalle de cmo se ha de cambiar la conexin del polmetro para realizar distintas medidas. En las Figuras de la 5.24 a la 5.28, se ilustra la forma de conexin del polmetro para realizar las medidas de tensin e intensidad, tanto en continua como alterna, as como de resistencia. El aparato utilizado es el de la Figura 5.24, analgico y con conversin de la medida mediante clavijas. Obsrvese que en las distintas medidas se mantiene una de las pinzas en la toma comn, la otra pinza se colocar en la toma correspondiente al campo de medidas necesario, ya que este aparato posee distintos calibres de medida. O O = = = Fig. 5.26. Medida de una tensin en c. a. con polmetro. + Resistencia de carga = = =5A O O Fig. 5.27. Medida de una intensidad en c. c. con polmetro. Fig. 5.24. Polmetro analgico. O O = = + = -O O O = = = RX 117 Fig. 5.25. Medida de una tensin en c. c. con polmetro. Fig. 5.28. Medida de una resistencia con polmetro.

118 Pinza o tenaza amperimtrica: al igual que el polmetro, este aparato se fabrica para poder realizar, entre otras, medidas de tensin, intensidad y resistencia, con lo que se convierte tambin en una herramienta imprescindible para el profesional de la electricidad. Como la mayora de los aparatos de medida, las podemos encontrar analgicas y digitales. La diferencia entre este aparato y el polmetro es la facilidad con que se pueden realizar las medidas de intensidades, ya que aprovecha el campo magntico que genera un conductor al ser recorrido por una corriente elctrica para convertirlo en un valor de intensidad. Aunque este fenmeno se estudiar en profundidad en la Unidad 6, hemos de hacer una introduccin para poder entender el funcionamiento de la pinza. Todo conductor recorrido por una corriente elctrica genera a su alrededor un campo magntico circular cuyo centro es el propio conductor. Dicho campo ser ms intenso (ms fuerte) cuanto mayor sea la intensidad que lo recorre. La pinza (vase la Figura 5.29) est formada por una carcasa que agrupa todo el elemento medidor, y adosada a ste se coloca una pinza abatible (de aqu su nombre). Esta pinza est formada por un ncleo magntico en forma de anillo (toro magntico) sobre el que va arrollada una bobina que se conecta al aparato medidor. Esta bobina genera una fuerza electromotriz cuando se somete a la accin de un campo magntico variable y hace que circule una intensidad por el aparato medidor. Dicha intensidad ser mayor cuanto mayor sea la intensidad que queremos medir. Fig. 5.29. Pinza amperimtrica. Una corriente alterna genera un campo magntico alterno (variable), mientras que una corriente continua genera un campo magntico constante (fijo), por lo que originariamente la pinza se disea para medir intensidades en corriente alterna ya que el campo magntico variable se esBornes para la conexin como voltmetro Fig. 5.30. Medida de intensidad mediante pinza amperimtrica. tablece en el anillo de la pinza cuando introducimos el conductor en el interior de sta, tal y como se ve en la Figura 5.30. A consecuencia de lo expuesto anteriormente, obtenemos el valor en la pantalla. Actualmente se comercializan pinzas que son capaces de medir intensidades en corriente continua que basan su funcionamiento en circuitos electrnicos y que requieren unas condiciones especiales a la hora de realizar la medida.

La gran ventaja que tienen las pinzas respecto de los ampermetros es que podemos medir intensidades en cualquier circuito sin tener que tocar sus conexiones, como se ve en la Figura 5.30. Tambin se pueden utilizar para comprobar si existe desequilibrio en sistemas trifsicos. Para ello, basta con introducir los tres hilos activos dentro de la pinza: si el circuito est equilibrado, la indicacin de intensidad debe ser cero; en caso contrario el circuito est desequilibrado. En el caso de una instalacin monofsica, se introducirn los dos hilos que alimentan la instalacin en la pinza: si la indicacin no es cero, podemos intuir que en algn punto de la instalacin hay una fuga a tierra.

5.11 Medida de potencia, factor de potencia y frecuencias En corriente continua, los receptores se comportan como resistencias hmicas puras, mientras que en corriente alterna es necesario tener en cuenta otras propiedades adems de la resistencia, como son inductancias y capacitancias. La potencia dada por un receptor en corriente continua se determina fcilmente aplicando la expresin P = UI, con lo que se obtiene su valor en vatios. En los circuitos de corriente alterna, los receptores estn formados por resistencias, bobinas y condensadores. Cada tipo de receptor provoca que la resolucin de los circuitos se haga de forma vectorial y no aritmtica, ya que las bobinas y los condensadores provocan un desfase entre la tensin y la intensidad del circuito. Esto no ocurre en corriente continua. A. Potencias En los circuitos de corriente alterna, se nos presentan generalmente tres tipos de potencia, su representacin grfica se muestra en la Figura 5.31. Sus caractersticas ms relevantes son: Potencia activa: se representa por P y es aquella que produce un trabajo til en el circuito. Su unidad es el vatio (W) y se mide con el vatmetro. Potencia reactiva: se representa por Q y aparece en los circuitos de corriente alterna cuando existen bobinas y condensadores. No realiza trabajo til, razn por la que interesa reducirla al mximo. Su unidad es el voltio-amperio reactivo (VAR) y se mide con el varmetro. Potencia aparente: se representa por S y es la suma vectorial de las potencias activa y reactiva. sta es la que determina el valor de la intensidad que va a circular por la lnea de alimentacin del circuito. Su unidad es el voltioamperio (VA) y se obtiene realizando el producto UI. Medida de potencias activas: para la realizacin de medidas de potencia, hay que distinguir si se hace en corriente continua o alterna, ya que en continua se puede decir que toda la potencia es activa, por lo que la mediremos con el vatmetro (vase la Figura 5.32), al igual que la potencia activa en corriente alterna. Bsicamente, un vatmeLa forma de conexin del vatmetro es exactamente igual tanto para corriente continua como para corriente alterna; eso s, el aparato debe ser para ese tipo de corriente. Como ejemplo de conexin se muestran las Figuras 5.33, sistema monofsico, y 5.34, sistema trifsico. En uno y otro caso se realiza conexin directa al circuito. Al igual que los ampermetros y voltmetros, estos aparatos se pueden conectar de forma indirecta mediante transformadores de medida. 119 Fig. 5.32. Vatmetro. L1 N S = UI . Q = Ul sen . P = UI cos .

Fig. 5.31. Tringulo de potencias en un circuito de corriente alterna. tro est formado por dos bobinas, una amperimtrica y otra voltimtrica; con esta ltima se conecta en serie una resistencia hmica que se encarga de corregir el desfase de ten sin e intensidad en el caso de corriente alterna. Fig. 5.33. Medida de potencias en sistemas monofsicos.

L1 L2 L3 N Fig. 5.34. Medida de potencias en sistemas trifsicos. En circuitos trifsicos, la Figura 5.34 muestra la forma de medir la potencia en un sistema desequilibrado. Aunque en sistemas equilibrados tambin es vlido, se puede utilizar un solo vatmetro conectado obteniendo el valor de la potencia del circuito al multiplicar el valor de ste por tres (Pt = 3 P1). sadores con la resistencia hmica del vatmetro, con lo que se obtiene as la medida de la potencia reactiva del circuito. Ni que decir tiene que este aparato es exclusivo para corrientes alternas. La forma de conexin de este aparato es idntica a la del vatmetro. Fig. 5.36. Varmetro. Medida de potencias reactivas: para la medida de potencia reactiva se utiliza el varmetro (vase la Figura120 Se pide: realizar el esquema de conexionado de un vatmetro monofsico para obtener la potencia activa en un sistema trifsico equilibrado con neutro. Solucin: el esquema de montaje sera el de la Figura 5.35. La potencia total se obtendr multiplicando por 3 la lectura tomada del vatmetro. Caso prctico 9 L1 L2 L3 N W A V V U W N Fig. 5.35. Medida de potencias en sistemas trifsicos equilibrados. B. Factor de potencia Del tringulo de potencias de la Figura 5.31 se deduce que en corriente alterna es conveniente conocer el ngulo de desfase entre la tensin y la intensidad del circuito, ya que la intensidad que recorre el circuito va a depender de ste. La potencia reactiva, como ya se dijo, no realiza ningn trabajo til, adems de que las compaas suministradoras suelen penalizar el consumo de este tipo de energa. Es por ello que, en muchos casos, es necesario conocer no ya el ngulo, sino el factor de potencia cos para corregirlo cuando ste sea de un valor bajo, pues provocar un excesivo consumo de energa reactiva. Este factor de potencia se mide de forma directa con el fasmetro (vase la Figura 5.37).

5.36). Bsicamente, es similar al vatmetro, pero con la diferencia de que hay que incorporar al aparato un desfase El fasmetro puede ser inductivo o capacitivo, dependiendo de 90 entre la tensin y la intensidad en la bobina volti-del tipo de receptor, se gn predominen las bobinas o los mtrica. Para ello se recurre a conectar bobinas y conden-condensadores. Fig. 5.37. Fasmetro.

Al igual que el varmetro, slo se utiliza en corriente alterna y puede ser tanto monofsico como trifsico. Como ejemplo de conexin, se muestra la Figura 5.38, conexin de un fasmetro monofsico. L1 N cos . Fig. 5.38. Conexin de un fasmetro monofsico. Hasta ahora hemos tratado la medida de potencias y factor de potencia de una forma directa, utilizando aparatos que nos dan la medida sobre su escala. Estos aparatos pueden ser monofsicos o trifsicos, tanto analgicos como digitales. Para que la medida no sea errnea es conveniente prestar atencin a las bornas de entrada del aparato, tanto en las bobinas de intensidad como en las de tensin, que vienen indicadas con un asterisco (*). Otra forma de obtener algunas medidas, como ya se ha expuesto anteriormente, es utilizar una forma indirecta. Podemos obtener la potencia reactiva midiendo la potencia activa, la tensin y la intensidad. El vatmetro nos dar la potencia activa P; la potencia aparente S la obtendremos del producto UI, y para obtener el valor de la potencia reactiva aplicaremos la expresin siguiente: Caso prctico 10 Se pide: realizar el conexionado de vatmetro, voltmetro y ampermetro en un circuito monofsico de corriente alterna para determinar las potencias activa, reactiva y aparente, as como el factor de potencia. Solucin: L1 PIA V L1 W A E1 E2 E3 U = 230 V S N Fig. 5.39. Medida de la potencia reactiva y factor de potencia. Mtodo indirecto. C. Frecuencia En la generacin de corriente alterna, en distintos pases la frecuencia se fija en 50 Hz aunque en Estados Unidos se adoptan 60 Hz. Para poder acoplar generadores o lneas de alimentacin, es necesario que las frecuencias sean coincidentes, por lo que necesitamos medirla antes de realizar los acoplamientos. La medida de frecuencia se realiza mediante el frecuencmetro (vase la Figura 5.40). Los frecuencmetros analgicos pueden ser de aguja o de lminas vibrantes. Dicho aparato se 121

Frecuencia de una corriente alterna es el nmero de veces que se repite el ciclo en un segundo. Su unidad es el hertzio (Hz) o tambin ciclos por segundo. La corriente alterna tiene una forma sinuosidda por lo que se repite peridicamente. 2 Q = S 2 P

En el circuito de la Figura 5.39, tambin podemos determinar el factor de potencia mediante el mtodo indirecto. Para ello tomamos la lectura del vatmetro que se corresponde con el valor de la potencia activa P; la potencia aparente S la obtenemos del producto UI. Aplicando la expresin que relaciona la potencia activa con la potencia aparente y despejando el factor de potencia, obtendremos: P P = S cos ..cos .= S conecta al circuito de la misma forma que el voltmetro; el valor de la frecuencia se obtiene directamente de la escala. La frecuencia es, al igual que el factor de potencia, es una magnitud exclusiva de la corriente alterna.

122 Fig. 5.40. Frecuencmetros analgicos. L1 U f R II N Fig. 5.41. Medida de frecuencias. 5.12 Medida de energa elctrica En toda instalacin elctrica existe un consumo de energa; esto se traduce en costes, por lo que resulta necesario conocerlo y evaluarlo. Son las empresas suministradoras de energa las ms interesadas en estas medidas, aunque en algunos casos es conveniente saber el consumo de alguna parte de la instalacin de manera aislada. La energa elctrica es, por definicin, la potencia utilizada multiplicada por el tiempo de utilizacin. Si esta potencia fuese constante, podramos obtener la energa midiendo la potencia con un vatmetro y multiplicndola por el tiempo. En realidad, la potencia de utilizacin no suele ser constante, por ello habr que recurrir a algn aparato de medida para obtener la energa. Dicho aparato es el contador de energa. El contador de energa (vase la Figura 5.42) es un aparato que hace la integracin de potencia y tiempo. Pueden ser analgicos o digitales, aunque stos ltimos se estn imponiendo debido a su fiabilidad, sus prestaciones y su reducido tamao. En lo que se refiere a su conexin, es vlido todo lo expuesto anteriormente para medidas de potencia, en cuanto a activa, reactiva y sus conexiones. Como ejemplo de conexin de estos aparatos, tenemos los representados en las Figuras 5.43 y 5.44, conexin de contador monofsico, y en las Figuras 5.45 y 5.46, conexin de contadores trifsicos. Fig. 5.42. Contadores de energa elctrica. RED L1 N Abonado Fig. 5.43. Conexin directa de contador monofsico. RED

L1 N Abonado Fig. 5.44. Conexin de contador monofsico mediante transformadores de intensidad y de tensin.

N L3 L2 L1 RED Abonado Fig. 5.45. Conexin directa de contador trifsico. RED L1 L2 L3 N Abonado Fig. 5.46. Conexin de contador trifsico mediante transformadores de intensidad.

5.13 Medida de resistencia de aislamiento y rigidez dielctrica Como sabemos, no existen aislantes perfectos. Al someterlos a una diferencia de potencial pueden aparecer corrientes de fuga, ya sea por insuficiencia o deterioro de stos. Para asegurar el buen funcionamiento de las instalaciones, es necesaria la comprobacin de sus aislamientos. A. Medida de resistencias de aislamiento Resistencia de aislamiento: es la resistencia elctrica medida en ohmios que presentan dos partes activas de una instalacin separadas por un aislante. Como esta resistencia suele ser de un valor elevado, se utiliza como unidad un mltiplo: el megaohmio (106 O). Su medida se realiza con el medidor de resistencia de aislamientos o megger (vase la Figura 5.47). Bsicamente, es un aparato que aplica entre los extremos de sus pinzas de prueba una tensin conmutable en corriente continua con valores de 250, 500 y 1 000 V. En funcin de dicha tensin, realiza la medida de resistencia, que se visualiza sobre la escala del aparato. Pueden ser analgicos o digitales. Entre los analgicos podemos encontrarlos de magneto (generador de corriente a manivela), que es el que se encarga de generar la energa necesaria para realizar la medida. Para realizar la medida, hay que aislar la instalacin o parte de la instalacin que se pretende comprobar, desconectando los interruptores generales de alimentacin. Una vez aislada, se proceder a medir su resistencia de aislamiento con respecto a tierra, as como entre conductores, siguiendo el proceso indicado en el Apartado 2.9 de la ITCBT-19 del Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin, que se recoge bsicamente en el Caso prctico 11, expuesto a continuacin.

123 Fig. 5.47. Distintos modelos de megger. Se pide: Caso prctico 11 El Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin (RBT) en su Realizar el conexionado para obtener la medida de la instruccin ITC-BT-19, Apartado 2.9, regula los mnimos de resistencia de los aislamientos de una instalacin. resistencia de aislamiento y rigidez dielctrica que han de presentar dichos aislamientos.

124 Caso prctico 11 (continuacin) Solucin: 1. Medida de la resistencia de aislamiento de la instalacin respecto a tierra (vase la Figura 5.48): Instalacin desconectada de la red. Todos los receptores conectados. Interruptores cerrados. Se conecta el positivo del megger al conductor de proteccin (tierra), y el negativo del megger al conductor activo de la instalacin, y se realiza la medida. 2. Medida de la resistencia de aislamiento de cada uno de los conductores respecto a tierra (vase la Figura 5.49): Instalacin desconectada de la red. Todos los receptores desconectados. Interruptores cerrados. L1 N PE F1 F2 F3 F4 F5 M 1 MO S + Alumbrado Cocina Motor elctrica monofsico Fig. 5.48. Medida de resistencia de aislamiento entre la instalacin y tierra. Caso prctico 11 (continuacin) Se conecta el positivo del megger al conductor de proteccin (tierra), y el negativo del megger a todos los conductores (activos y neutro) de la instalacin unidos entre s, y se realiza la medida. 3. Medida de la resistencia de aislamiento entre conductores (vase la Figura 5.50):

Instalacin desconectada de la red. Todos los receptores desconectados. Interruptores cerrados. L1 N PE F2 F3 F1 F4 F5 MO S + Fig. 5.49. Medida de resistencia de aislamiento entre los conductores de la instalacin y tierra. Se conecta el positivo del megger a un conductor de la instalacin, y el negativo del megger a otro de los conductores de la instalacin. La medida se realizar sucesivamente entre los conductores tomados dos a dos, incluido el neutro. Realizadas las medidas, la instalacin debe presentar unos valores de resistencia de aislamiento mayores o iguales a los recogidos en la Tabla 5.5, correspondientes al Apartado 2.9 de la ITC-BT-19 del RBT. En caso de que se quiera medir la resistencia de aislamiento de una mquina elctrica o un receptor cualquiera, la medida la realizaremos como se indica en la Figura 5.51.

Caso prctico 11 (continuacin) L1 N PE F1 F2 F3 F4 F5 MO S + Fig. 5.50. Medida de resistencia de aislamiento entre los conductores de la instalacin. L1 N PE F1 F2 F3 F4 F5 MO S + Fig. 5.50. Medida de resistencia de aislamiento entre los conductores de la instalacin. Tensin Resistencia Tensin nominal de ensayo de aislade la instalacin en corriente miento continua (V) (M) Muy baja tensin 250 = 0,25 de seguridad (MBTS) Muy baja tensin de proteccin (MBTP) Inferior o igual 500 = 0,5 a 500 V, excepto caso anterior Superior a 500 V 1000 = 1,0 Tabla 5.5. Valores mnimos de resistencias de aislamiento en las instalaciones de Baja Tensin. U Motor monofsico V PE + MO M 1 Fig. 5.51. Medida de resistencias de aislamiento en una mquina elctrica o electrodomstico. B. Medida de la rigidez dielctrica Dielctrico y aislamiento se pueden considerar como sinnimos. Como se ha dicho anteriormente, no existe un aislante perfecto, ya que en determinadas condiciones, aunque sean extremas, todo aislante se vuelve conductor. Rigidez dielctrica: es la diferencia de potencial capaz de perforar un aislante. El Apartado 2.9 de la ITC-BT-19 del RBT determina que los aislamientos de toda instalacin han de soportar durante

un minuto una prueba de 2U + 1000 V a frecuencia industrial ser U la tensin mxima de servicio de la instalacin, y con un mnimo de 1500 V. Durante los ensayos, los receptores estarn desconectados y los interruptores cerrados. Este ensayo se realizar entre todos los conductores de la instalacin incluido el neutro, con relacin a tierra y entre conductores. El ensayo se realiza mediante el medidor de rigidez dielctrica de slidos (vase la Figura 5.52). Obsrvese que las pinzas de prueba incorporan medidas de seguridad importantes, ya que aplican altas tensiones. El aparato de la Figura lleva un autotransformador regulable para seleccionar la tensin de prueba, que se visualiza en el voltmetro incorporado al aparato. Es recomendable no realizar este ensayo ms de una o dos veces, ya que los materiales se exponen a condiciones extremas y podran deteriorarse los aislamientos. 125 220 V 127 V fusible varivolt pulsador kV transformador disyuntor Fig. 5.52. Medidor de rigidez dielctrica de slidos.

126 5.14 Med ida de resistencia de tierra Aunque las tomas de tierra sern estudiadas en la Unidad 7, correspondiente a Instalacin Interior, en esta Unidad veremos la forma de realizar su medicin. Se denomina puesta a tierra, toma de tierra o simplemente tierra a un conductor metlico enterrado en el suelo. La puesta a tierra de las instalaciones se hace uniendo las partes metlicas de la instalacin mediante un conductor de seccin adecuada, sin fusible ni proteccin alguna, hasta la toma de tierra, lo que permite as el paso de las corrientes de defecto a tierra y asegura el correcto funcionamiento de los aparatos de proteccin. De lo dicho anteriormente se desprende que es necesario conseguir una resistencia a tierra de valor mnimo, ya que as estaremos dando mayor facilidad al paso de las corrientes de defecto. Una buena toma de tierra es aquella que posee un valor de resistencia de contacto mnimo entre el electrodo y el terreno. El Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin, en su instruccin ITC-BT-18, establece las condiciones que deben reunir las tomas de tierra en las instalaciones elctricas. Medidas de resistencias de tierra Para realizar la medida de resistencias de tierra, se utilizaremos el telurmetro o medidor de resistencia de tierra (vse la Figura 5.53). Este aparato realiza la medida utilizando picas de referencia situadas a unas distancias determinadas de la toma de tierra a medir, y nos da el valor de la resistencia directamente sobre la escala. Fig. 5.53. Distintos modelos de telurmetros. Medidores de resistencia de tierra Como se ha dicho anteriormente, para medir una toma de tierra se han de montar picas de referencia para realizar la medida a travs de ellas. Cada fabricante acompaa el aparato de medida de las picas y los cables de conexin, e indica las distancias a las que hay que colocar las picas de referencia. En la Figura 5.54 se ilustra esquemticamente la conexin y situacin de las picas para realizar la medida de resistencia de tierra. 5-10 m 5-10 m E P C RE Rp Rc C P C P C Fig. 5.54. Esquema de conexionado de telurmetro para medir la resistencia

a tierra. 5.15 Aparatos de medidas especiales El Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin, en su instruccin tcnica ITC-BT-05, regula las condiciones para la verificacin e inspeccin de las instalaciones de baja tensin, y recoge entre otras las verificaciones que han de llevarse a cabo antes de la puesta en servicio de las instalaciones, siguiendo la metodologa expuesta en la norma UNE-20.460/6-61. Para realizar dichas verificaciones se dan, en la instruccin ITC-BT-03 del RBT, los medios tcnicos con que han de contar las empresas instaladoras. El Apartado 2 del Apndice clasifica a las empresas instaladoras en dos tipos: Categora bsica y Categora especialista. En las dos se recogen los medios mnimos necesarios, tanto humanos como tcnicos, con los que han de contar las dos categoras. En la categora bsica, entre otros, se recogen los aparatos de medidas siguientes: Telurmetro Medidor de aislamiento

Multmetro para las siguientes medidas: Tensin en continua y alterna hasta 500 V Intensidad en continua y alterna hasta 20 A Resistencias Medidor de corrientes de fuga Detector de tensin Analizador registrador de potencia y energa para corriente alterna trifsica Equipo verificador de la sensibilidad de disparo de los interruptores diferenciales Equipo verificador de continuidad de conductores. Medidor de impedancia de bucle Luxmetro con rango de medida adecuado para el alumbrado de emergencia Las empresas fabricantes de aparatos de medidas tienen en el mercado los aparatos especficos exigidos por el RBT. Como ejemplo, de aquellos de los que no se ha hablado en esta Unidad, se ilustran los de la casa Koban del grupo Temper: equipo verificador de la sensibilidad de disparo de interruptores diferenciales, pinza detectora de fugas, luxmetro (vanse las Figuras 5.55, 5.56 y 5.57). Fig. 5.55. Comprobador de diferenciales. Fig. 5.57. Luxmetro. Para realizar comprobaciones de diferenciales tanto estndar como selectivos: Corrientes de disparo Tiempo de disparo Tensin de contacto Medicin de tensin Medicin de la resistencia de tierra por bucle Actualmente, los fabricantes de aparatos de medida estn integrando la mayora de las medidas obligatorias del Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin en un solo aparato, con el fin de hacerlo ms manejable y que a la vez sea capaz de almacenar los datos obtenidos de las distintas medidas, as como procesarlas mediante PC. Es el caso del analizador de redes de la casa Koban de la Figura 5.58, del que adems se ilustran algunos ejemplos de medida. Fig. 5.58. Comprobador EUROTEST 61557 de KOBAN. Este aparato, adems de realizar la mayora de las verificaciones de seguridad obligatorias en las instalaciones elc

127 tricas, permite la intercomunicacin con PC para recogida Fig. 5.56. Pinza detectora de fugas. y procesamiento de datos.

Las medidas que se pueden realizar con l son: Resistencia de aislamiento Continuidad de conductores de proteccin Continuidad Resistencia de bucle e impedancia de bucle Impedancia de lnea Posible corriente de cortocircuito Tensin / frecuencia Resistencia de tierra Resistividad del terreno Secuencia de fases Tensin general del sistema desconectada Interruptores cerrados Cargas desconectadas Fig. 5.59. Esquema de conexionado para la medida de la resistencia de aislamiento mediante el Eurotest 61557. Comprobacin de diferenciales Intensidades, intensidades de pico y corrientes de fuga Medicin de potencia y energa en monofsica Factor de potencia Anlisis de armnicos A continuacin se ilustran los esquemas de conexin de dicho aparato para realizar algunas de las medidas que se pueden obtener con l. RCD R0 RE L1 L2 L3 N PE I. Fig. 5.61. Esquema de conexionado para la comprobacin de interruptores diferenciales mediante el Eurotest 61557. C2 P2 C1 RC RP RE d > 5d P1 CEP L1 N Z L N Fig. 5.60. Esquema de conexionado para la medida de la resistencia de Fig. 5.62. Esquema de conexionado para medida de potencia y energa tierra mediante el Eurotest 61557. mediante el Eurotest 61557. 128

Ampermetro. Aparato destinado a medir intensidades. Se conecta en serie con la carga que se pretende medir. Campo de lectura. Es el correspondiente a la zona graduada de la escala. Campo de medida. Mxima medida que se puede realizar con un aparato. Clase de precisin. Al realizar una medida sta puede tener mayor o menor precisin. Ser ms preciso aquel que tenga un valor menor en su clase. Clase = Valo ea r M fin a x l im es o cala 100 Contador de energa elctrica. Aparato destinado a medir el consumo de energa elctrica tanto activa como reactiva. Su conexin es similar al vatmetro. Constante de medida. Valor por el que hay que multiplicar el valor ledo para obtener el valor real. Cualidades de los aparatos de medidas elctricas. Sensibilidad, precisin, exactitud, fidelidad y rapidez. Errores. Son las diferencias entre las medidas obtenidas y las medidas reales. Pueden ser sistemticos o accidentales. Sistemticos: Metodolgicos: mtodo inadecuado. Ambientales: influencia del entorno en la medida. Personales: falta de habilidad de quien realiza la medida. Instrumentales: los achacables a los aparatos. Accidentales: Error de cero: aparato mal calibrado. Error de paralaje: mala colocacin al medir. Error absoluto. Pertenece a los instrumentales, lo definimos como la diferencia entre el valor ledo y el valor real. ea = Valor ledo Valor real Error relativo. Es el referido al porcentaje de error que se comete en la medida por ese aparato. er = Valo e r a real 100 Fasmetro. Aparato destinado a medir el factor de potencia del circuito, solo para corriente alterna. Su conexin es similar al vatmetro.

Frecuencmetro. Aparato destinado a medir la frecuencia del circuito, slo para corriente alterna. Se conecta en paralelo. Medir. Es comparar una medida dada con otra que tomamos como unidad. Megger. Aparato destinado a medir la resistencia de los aislamientos de las instalaciones elctricas. Mtodo directo de medida. El que se realiza con un aparato especfico para la magnitud que se mide. Mtodo indirecto de medida. El que se realiza con aparatos distintos de la magnitud que se mide, pero que miden otras magnitudes que permiten deducir la magnitud que queremos medir. hmetro. Aparato destinado a medir resistencia elctrica. Se conecta directamente a la resistencia a medir. sta ha de estar desconectada y aislada del circuito del que forma parte. Pinza amperimtrica. Aparato capaz de medir intensidades sin necesidad de manipular las conexiones del circuito. Polmetro. Aparato conmutable que puede realizar medidas de distintas magnitudes elctricas. Telurmetro. Aparato destinado a medir la resistencia de tierra de las instalaciones elctricas. Varmetro. Aparato destinado a medir potencia reactiva slo en corriente alterna. Se conecta igual que el vatmetro. Vatmetro. Aparato destinado a medir potencia elctrica, tanto en continua como alterna (potencia activa en corriente alterna). Est formado por dos bobinas (amperimtrica y voltimtrica) que se conectan en serie y paralelo, respectivamente, al circuito a medir. Voltmetro. Aparato destinado a medir tensiones o diferencias de potencial. Se conecta en paralelo con el circuito que se pretende medir. Conceptos bsicos 129

Actividades 130 Ejercicios 7. Utilizando dos voltmetros de clase distinta y tomando el ms preciso como patrn y el menos preciso como apa 1. Identifica los aparatos de medidas con los que cuenta el rato a evaluar, realiza varias medidas de tensin, ano taller. ta los valores de ambos y calcula el error absoluto, el 2. Identifica los smbolos de la Tabla siguiente: error relativo y la clase del aparato a analizar. Smbolo Significado 1 W n Tabla 5.6. Significado de los smbolos. 3. Sobre un aparato especfico, interpreta las inscripciones del aparato, el campo de lectura y el alcance de medida. 4. Mediante voltmetro, realiza medidas de tensin en las distintas fuentes que tenemos en el taller, en corriente continua y en corriente alterna tales como pilas, fuentes de alimentacin porttiles, cuadro de pruebas, etctera). 5. Mediante ampermetro, realiza medidas de consumo de distintas lmparas del taller, tanto en corriente continua como en corriente alterna (se puede utilizar la lmpara porttil realizada en la Prctica 1.3-g de la Unidad 1). 6. Mediante polmetro y pinza amperimtrica, realiza las medidas de tensin e intensidad anteriores. Tambin realiza medidas de resistencias cermicas, de resistencias de las lmparas y de continuidad en las instalaciones de prcticas. L1 N I I VP RU = 0 230 V VX Clase 1,5Clase 1 Fig. 5.63. Esquema de conexiones. Lectura Voltmetro patrn Vp Voltmetro analizado Vx 1. 2. 3. 4. 5. Tabla 5.7. Tabla para recogida de datos. 8. Realiza la medida de potencia consumida por una lmpara mediante vatmetro.

9. Con el montaje de la Figura 5.39 conectado a una red de corriente alterna, realiza la medida de tensin, intensidad y potencia activa, y deduce los valores de potencia reactiva, potencia aparente y factor de potencia. La reactancia L1 ser una reactancia de las utilizadas en los tubos fluorescentes. El ejercicio se podr realizar para distintos valores de potencias de las lmparas. Para comprobar los resultados, conecta en la instalacin un fasmetro y se mide el factor de potencia.

L1 PIA V L1 A E1 E2 E3 U = 230 V S N W. L1 PIA V L1 A E1 E2 E3 U = 230 V S N W. Fig. 5.64. Esquema de conexionado que incluye un fasmetro para medir el factor de potencia. Prcticas Para esta Unidad se propone realizar el montaje de la instalacin compuesta por la conexin de dos lmparas en serie en paralelo con otra lmpara, y todas accionadas desde un interruptor. Tambin se incluir en la instalacin una toma de corriente bipolar de 16 A, toda la instalacin con proteccin comn. El montaje de la instalacin se realizar incluyendo fichas de conexin para poder conectar los aparatos de medida sin necesidad de manipular las conexiones. Sobre el mismo montaje, se pretende realizar tres prcticas: la primera para medir tensiones, la segunda para medir intensidades y la tercera para medir potencias. En todas se recogern los resultados de la medida en la Tabla que se acompaa a cada prctica. Habr que colocar los puentes necesarios para que la instalacin quede totalmente conectada. Estas prcticas deben servir de aplicacin tanto de la Unidad 3 como de la 5; por ello se propone que se realice el clculo del circuito que luego se va a medir. Para ello se considerarn los datos siguientes: Tensin de conexin de la instalacin 230 V. Lmpara E1; 130 V, 60 W. Lmpara E2; 130 V, 40 W. Lmpara E3; 230 V, 60 W.

Prctica 1 Medida de tensiones L1 N PE 1 N F1 F2 2 1 1 2 X2 E1 X4 X3 1 2 1 2 1 2 X6 E3V E2 1 2 X5 2 1 2 X1 X9 N 2 1 N N Esquema 5.1. Esquema de montaje para medida de tensiones. Tensin calculada Tensin medida Red Tensin de E1 Tensin de E2 Tensin de E3 Tensin en la de corriente Tensin entre Tensin entre de proteccin Tensin entre de proteccin Tensin entre

toma X1 X1 X9 X5 X9 X1 y X5 y conductor y conductor y X2

Tabla 5.8. Medidas de tensiones. Actividades

131

Actividades 132 Prctica 2 Prctica 3 Medida de intensidades Medida de potencias Esquema 5.2. Esquema de montaje para medida de intensidades. Esquema 5.3. Esquema de montaje para medida de potencias. Potencia Potencia calculada medida Potencia total Potencia de E1 Potencia de E2 Potencia de E3 Potencia de E1 + E2 Potencia en la toma de corriente Tabla 5.10. Medida de potencias. L1 N PE 1 N F1 F2 2 1 1 2 X2 E1 X4 X3 1 2 1 2 1 2 X6 E3 A E2 1 2 X5 2 1 2 X1 X9 N 2

1 N N L1 N PE 1 N F1 F2 2 1 1 2 X2 E1 X4 X3 1 2 1 2 1 2 X6 E3 W E2 1 2 X5 2 1 2 X1 X9 N 2 1 N N Intensidad Intensidad calculada medida Intensidad total Intensidad de E1 Intensidad de E2 Intensidad de E3 Intensidad en E1 + E2 Intensidad en la toma de corriente Intensidad en el conductor de proteccin Intensidad en X1 Intensidad en X6 Tabla 5.9. Medidas de intensidades.

133 Medidas magnitudes elctricas Aparatos de medida Tensin Intensidad Cualidades Potencia Energa Errores de medidas Aislamiento Rigidez dielctrica Frecuencia Factor de potencia Simbologa Resistencia Resistencia Tierra Caractersticas (escala, campo, etctera) MEDIDAS ELCTRICAS EN INSTALACIONES ELCTRICAS Mapa conceptual