Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida 1

Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida: Práctica 1 y 2
Práctica 1 y 2: Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores
de medida
1. Conceptos generales
La corriente eléctrica que circula por un instrumento de medida está siempre limitada por la posibilidad de consumo de dicho
aparato y por las exigencias mecánicas y constructivas. Aunque algunos de estos instrumentos pueden soportar y medir
elevadas corrientes, la mayoría de ellos, solamente soportan corrientes muy pequeñas lo que, de no existir dispositivos
especiales limitarán extraordinariamente su campo de medida. Por otro lado, muchos aparatos de medida se fabrican con
varios campos de medición que, en cada caso, se eligen de forma que puedan conseguirse las condiciones más favorables,
en lo que a precisión y sensibilidad se refiere.
Es decir, que se presentan estos dos problemas:
1. Posibilidad de ampliar el campo de medida.
2. Posibilidad de disponer de varios campos de medida.
Para ello, se dispone de un conjunto de elementos, llamados en general convertidores de medida, que permiten resolver los
dos citados problemas. Para ampliar y diversificar el campo de medida se conecta al instrumento propiamente dicho, el
convertidor de medida correspondiente. De éstos, unos solamente se emplean en corriente alterna y otros pueden utilizarse
en corriente continua y alterna indistintamente. A continuación se expresan los convertidores de medida más utilizados en la
práctica.
1. Resistencias en derivación (shunts). Se emplean casi siempre en corriente continua, aunque también podrían
emplearse en corriente alterna.
2. Resistencias en serie (resistencias adicionales). Se emplean casi siempre en corriente continua aunque también
podrían emplearse en corriente alterna.
3. Transformadores de medida. Se emplean solamente en corriente alterna; pueden ser:
a) transformadores de intensidad
b) transformadores de tensión
2. Resistencias en derivación (Shunts)
El aparato de medida utilizado para medir la intensidad de corriente eléctrica es el amperímetro, el cual debe ser insertado en
la línea por donde circula la intensidad a medir, de modo que toda ella ha de pasar por el interior del aparato y por tanto por
la bobina del mecanismo de medida con el que esté dotado.
La intensidad de corriente que podrá medir el amperímetro estará limitada por el valor máximo admisible por la bobina de su
mecanismo de medida. Este valor suele ser muy reducido del orden de miliamperios y constituye el alcance del mecanismo de
medida o valor a fondo de escala.
Otro dato de interés en todo amperímetro, tanto si este es analógico como digital, es la caída de tensión en extremos del
aparato cuando por él circula la máxima intensidad.
A partir de estos dos datos se puede calcular la resistencia que presenta el amperímetro
cuando es conectado en un circuito, sin mas que aplicar la ley de ohm.
Por ejemplo, el amperímetro de la figura mide una intensidad máxima de 5A con una caída de
tensión de 300 mV, según sus especificaciones. La resistencia que presenta en el circuito al
que está conectado es de:
RA ?
Electrotecnia
V A 300 ?10 ? 3
?
? 0.06 ?
IA
5
I
A
I A =5 A
VA =300 mV
1
Práctica 1 y 2: Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida
Por tanto un amperímetro queda determinado por la intensidad máxima que puede medir (campo de medida o alcance) y la
caída de tensión en sus extremos.
Para ampliar el campo de medida de un amperímetro y por tanto poder medir
intensidades más elevadas, se conecta en paralelo con el amperímetro una resistencia,
cuyo objetivo es canalizar el exceso de corriente que el amperímetro no admite. Esta
resistencia recibe el nombre de resistencia “shunt”, que llamaremos RS.
I
IA
A
IS
Por ejemplo, si contamos con el mismo amperímetro del ejemplo anterior, IA=5 A y
deseamos medir una intensidad máxima de I=25 A, la intensidad excedente que ha de
derivarse por el shunt será de
RS
I S ? I ? I A ? 25 ? 5 ? 20 A
En estas condiciones la aguja del amperímetro indicará el final de la escala y por tanto, la caída de tensión en extremos del
aparato será de VA=300 mV (según sus especificaciones). Siendo la misma que en extremo s del shunt por ser una conexión
en paralelo. El valor de resistencia del shunt ha de ser como máximo de:
RS ?
V S 300 ?10 ? 3
?
? 0.015 ?
IS
20
y su potencia como mínimo de:
PS ? V S I S ? 300 ?10 ? 3 ?20 ? 6 W
En una resistencia shunt el fabricante no suele indicar su valor óhmico sino la máxima intensidad que soporta y la
caída de tensión a dicha intensidad, como si se tratara de un amperímetro.
Según las especificaciones de intensidad y tensión en amperímetros y shunts se pueden dar tres casos distintos al combinar
un amperímetro y un shunt.
a) Igual caída de tensión en el amperímetro y en el shunt. V A max ? V Smax . Cuando
ambos tienen igual caída de tensión para sus valores máximos de intensidad, la
corriente máxima que se podrá medir será aquella que de lugar en extremos del
conjunto a dicha caída de tensión. En tal caso dicha intensidad será la suma de los
valores máximos admitidos tanto por el amperímetro como por el shunt.
I ? I A max ? I Smax
I
IA
A
IS
RS
y el conjunto será un nuevo amperímetro cuya constante de escala es:
K?
I A max ? I S max
Escala
Por ejemplo, suponemos un amperímetro de 300 divisiones en su escala, con un valor a fondo de escala de 5 A y 300 mV
de caída de tensión, unido a una resistencia shunt de 20 A con la misma caída de tensión. La constante de escala del
conjunto será:
K?
5 ? 20
25
?
? 0.0833 A Div ? 83.3 mA Div
300
300
y se podrá medir hasta un máximo de 25 A a fondo de escala, habiendo incrementado la capacidad de medida del
amperímetro en 20 A.
b) Caída de tensión en el amperímetro inferior a la del shunt. V A max ? VS max . En este caso la máxima intensidad a medir será
aquella que de lugar en extremos del conjunto a la caída de tensión del amperímetro (la menor de los dos). Al alcanzar
dicha tensión la intensidad en el amperímetro será su máxima y la aguja indicará el final de la escala, mientras que en el
shunt la intensidad será inferior a su máximo por estar sometido a una tensión inferior y se calcula como:
IS ?
2
V Amax
RS
?
V Amax
V S max
I Smax
?
V Amax
?I
V Smax Smax
Electrotecnia
Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida: Práctica 1 y 2
En este caso la intensidad máxima que se podrá medir será:
I ? I A max ? I S
y la constante de escala del conjunto:
K?
I A max ? I S
Escala
Por ejemplo, suponemos un amperímetro de 300 divisiones en su escala con un valor a fondo de escala de 5 A y 200 mV
de caída de tensión unido a una resistencia shunt de 20 A con 300 mV de caída de tensión. La intensidad en el shunt a la
tensión de 200 mV será:
IS ?
0.2
0. 3
? 13.3 A
20
siendo la constante de escala del conjunto:
K?
5 ? 13.3 18.3
?
? 0.061 A Div ? 61 mA Div
300
300
y se podrá medir hasta un máximo de 18.3 A a fondo de escala, habiendo incrementado la capacidad de medida del
amperímetro en 13.3 A.
c) Caída de tensión en el amperímetro mayor que en el shunt. V A max ? VS max . En este caso la máxima intensidad a medir será
aquella que de lugar en extremos del conjunto a la caída de tensión del shunt (la menor de los dos). Al alcanzar dicha
tensión la intensidad en el shunt será su máxima, mientras que en el amperímetro la intensidad será inferior a su máxima,
por estar sometido a una tensión inferior y se calcula como:
IA ?
VS max
RA
?
V S max
V A max
I A max
?
V Smax
?I
V Amax Amax
En estas condiciones la intensidad máxima que se podrá medir será:
I ? I A ? I S max
En este caso la aguja del amperímetro nunca podrá llegar al final de la escala, quedando esta reducida al número de
divisiones que le corresponde a la intensidad IA, siendo este el final de escala del nuevo amperímetro.
nº divisiones ?
IA
?Escala
I A max
y la constante de escala del conjunto será:
K?
I A ? I Smax
nº divisiones
Por ejemplo, suponemos un amperímetro de 300 divisiones en su escala con un valor a fondo de escala de 5 A y 400 mV,
unido a una resistencia shunt de 20 A y 300 mV. La intensidad en el amperímetro a la tensión de 300 mV será:
IA ?
0.3
0. 4
? 3.75 A
5
que es la máxima que debe de indicar el amperímetro con un número de divisiones de
nº divisiones ?
375
.
?300 ? 225
5
y la constante de escala del conjunto será:
K?
375
. ? 20 23.75
A
mA
?
? 0105
.
Div ? 105
Div
225
225
y se podrá medir hasta un máximo de 23.75 A al fondo de escala de 225 divisiones, habiéndose incrementado la
capacidad de medida del amperímetro en 18.75 A.
Electrotecnia
3
Práctica 1 y 2: Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida
Un ejemplo de resistencia shunt es la mostrada en la figura:
3. Resistencias en serie (Resistencias adicionales)
Para la medida de tensiones el aparato utilizado es el voltímetro y a excepción de aquellos cuyo mecanismo de medida es
electrostático el resto de voltímetros o aparatos que tienen bobinas voltimétricas (vatímetros, contadores de energía, etc.),
las mediciones no se basan directamente en los efectos de la tensión eléctrica sino en los efectos producidos por la
intensidad de corriente. Lo que sucede es que, de acuerdo con la ley de ohm, la tensión eléctrica y la intensidad de corriente
son proporcionales y, por lo tanto, las escalas de los aparatos de medida pueden graduarse en voltios y medir de esta forma
tensiones eléctricas.
Ahora bien, con objeto de mantener lo más baja posible la potencia consumida, el mecanismo de medida ha de recibir
intensidades de corriente muy pequeñas, del orden de 0.1 a 50 mA aproximadamente. Como el mecanismo de medida de un
voltímetro tiene una resistencia muy pequeña solamente es posible medir directamente tensiones muy débiles. Si se quieren
medir tensiones relativamente elevadas, se conecta una resistencia en serie con el mecanismo de medida que recibe el
nombre de resistencia “adicional” y llamaremos Ra .
De esta forma, al conectar el voltímetro a una diferencia de potencial la intensidad consumida por el aparato será muy
reducida, al ser su resistencia interna elevada.
La resistencia interna de un voltímetro ha de ser un dato facilitado por el fabricante y engloba tanto a la resistencia del
mecanismo de medida como a la resistencia adicional que pueda tener incorporada. Está relacionado con el alcance máximo
del voltímetro de tal forma que no se indica con su valor en ohmios sino en la relación
? , que nos dice cuantos ? de resistencia presenta el aparato de medida por cada
V
voltio que puede medir.
Un voltímetro queda determinado por su alcance máximo y su relación
?
V
.
V
Ra
Su resistencia interna se calcula como:
Ri ? Alcance ?? V
Si quisiéramos saber la intensidad consumida por el voltímetro bastaría con dividir la tensión medida por su resistencia
interna. Esta será máxima para la tensión a fondo de escala que corresponde al alcance:
I V max ?
Alcance
Alcance
1
?
?
?
?
Ri
Alcance ? V
V
Por lo tanto la máxima intensidad consumida por un voltímetro corresponde a la inversa de la relación
?
V
y es la máxima
intensidad admitida por el mecanismo de medida del aparato, que da lugar a la máxima desviación de la aguja.
Por ejemplo, supongamos un voltímetro de 3 V de alcance y 10 K ? V . Su resistencia interna será de:
Ri ? 3 ?10000 ? 30000? ? 30K?
y es la misma para todo el campo de medida. La intensidad máxima que consumirá el voltímetro será cuando mida el máximo
valor de 3 V y vale:
I V max ?
4
3
1
?
? 01
. mA
30000 10000
Electrotecnia
Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida: Práctica 1 y 2
En ocasiones es necesario ampliar el alcance a un voltímetro y para ello es necesario conectar una resistencia adicional en
serie con el aparato externamente, de modo que la tensión máxima que se podrá medir con el conjunto V será la
correspondiente al alcance del voltímetro más la caída de tensión en la resistencia adicional, ? V.
V ? Alcance ? ? V
V
El máximo incremento de tensión debido a Ra corresponde a la máxima intensidad
admitida por el voltímetro:
? V ? I V max ?Ra ?
Ra
?
IV
V
Por lo tanto la constante de escala del nuevo voltímetro será:
Alcance ? ? V
Escala
K?
V
Ra
Por ejemplo, en el voltímetro del ejemplo anterior de alcance 3 V y 10 K ? V , conectamos una resistencia adicional de 970 K? .
La máxima tensión que se podrá medir y por tanto el nuevo alcance es de:
V ? 3?
970000
? 3 ? 97 ? 100 V
10000
habiéndose experimentado un incremento en la medida de 97 V. Si el aparato posee una escala de 300 divisiones, la nueva
constante de escala es:
K?
100
? 0.33 V Div
300
4. Transformadores de medida
Por lo general, los aparatos de medida utilizados en las mediciones de corriente alterna, no están construidos para soportar
altas tensiones ni elevadas intensidades de corriente. Además, en los casos de medidas a alta tensión, estos aparatos de
medida deben estar aislados de las altas tensiones para protección del personal encargado de las mediciones.
Por estas razones, los aparatos de medida se conectan muchas veces a los circuitos cuyas magnitudes deben medir, a través
de los denominados transformadores de medida. Puede decirse que un transformador de medida es un transformador cuyo
devanado primario está bajo la acción de la magnitud que se mide y cuyo devanado secundario está conectado al aparato de
medida correspondiente. Al medir la magnitud en el devanado secundario, se determina la del devanado primario, por la
relación de transformación. Existen dos grandes grupos de transformadores de medida.
1. Transformadores de intensidad (transformadores de corriente). Su aplicación está basada en la relación entre la
intensidad de corriente del devanado primario y la intensidad de corriente en el devanado secundario.
2. Transformadores de tensión. Su aplicación está basada en la relación entre la tensión en bornes del devanado
primario y la tensión en bornes del devanado secundario.
Los transformadores de medida tienen los siguientes campos de aplicación:
a) Permiten ampliar los campos de medida de los aparatos de medida de corriente alterna.
b) Separan eléctricamente los aparatos de medida del circuito cuyas magnitudes se han de medir, con lo que resulta
posible realizar, sin peligro, mediciones en circuitos de alta tensión, con aparatos de medida de baja tensión.
c) Hacen posible la instalación de aparatos de medida, a distancia del circuito controlado. De esta forma se evita la
influencia de los campos magnéticos exteriores en el funcionamiento de los aparatos de medida, se aumenta la
seguridad del personal y es posible la colocación de los aparatos de medida en los lugares más convenientes (por
ejemplo, en cuadros de distribución).
A continuación, se estudiarán con más detalle los fundamentos y características técnicas de los transformadores de medida.
Electrotecnia
5
Práctica 1 y 2: Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida
4.1 Transformadores de intensidad
Se denominan también transformadores de corriente. Tal como se ve en la figura el
transformador de intensidad TRI tiene conectado el devanado primario en serie
con el circuito de medida y el devanado secundario a los bornes del aparato de
medida.
El devanado secundario de todos los TRI, está cerrado siempre por medio de una
resistencia muy pequeña, que corresponde a la bobina amperimétrica o de
intensidad del aparato de medida. Despreciando esta pequeña resistencia, se
puede considerar que el secundario de los TRI está cerrado en cortocircuito.
A
El principio de funcionamiento está basado, como en todos los transformadores, en la acción del flujo magnético alterno
producido por la corriente primaria que se cierra a través del núcleo y que acopla a la bobina secundaria; en ésta, el flujo
magnético induce una fuerza electromotriz. En el TRI, la corriente que circula por las espiras del devanado primario varía con
la carga; de la misma forma varía también el valor del flujo magnético producido, que acopla al devanado secundario,
induciendo en él una fuerza electromotriz variable.
En cada instante, los amperiovueltas primarios son iguales y opuestos a los amperiovueltas secundarios, o sea:
N1 I1 ? N 2 I 2
de donde resulta que:
N1 I2
?
N2 I1
Ahora bien, como los amperiovueltas primarios y secundarios son
aproximadamente iguales y opuestos, los flujos magnéticos ? 1 y ? 2 ,
producidos por ellos, también serán aproximadamente iguales y
opuestos. Estos flujos actúan entre sí, rechazándose y desplazándose
del camino común que para ellos representa el núcleo magnético. Es
decir, que en los transformadores de intensidad existe un porcentaje muy elevado de flujos de dispersión de forma que, para
cubrir la pequeña caída de tensión en los devanados, solamente una pequeña parte del flujo total pasa por el núcleo
magnético. En resumen que, debido a que:
? 1 ? ?? 2
estos flujos casi se compensan y el flujo total:
?t ? ?1 ??
2
es muy pequeño, ya que ? 1 y ? 2 son casi iguales en valor y de sentido opuesto.
Teniendo en cuenta el razonamiento expuesto en el párrafo anterior, se comprenderá que los bornes secundarios de un TRI
no deben dejarse nunca abiertos. Efectivamente, si se abren estos bornes, no circula ya la corriente I 2 y, por lo tanto, no se
produce el flujo ? 2 que, prácticamente compensa la acción del flujo primario ? 1 ; por lo tanto, en este caso, el flujo vale:
? t ? ?1
y el flujo ? 1 produce entonces los siguientes efectos:
1. Induce en el devanado secundario tensiones muy elevadas que pueden resultar peligrosas, especialmente en los
transformadores para pequeñas intensidades secundarias, es decir, con elevado número de espiras.
2. Provoca fuerte calentamiento en el hierro por histéresis y por formación de corrientes parásitas que pueden llegar
hasta la destrucción del transformador.
3. Queda una magnetización remanente en el hierro que, cuando el transformador vuelve a trabajar en condiciones
normales, provocará inadmisibles errores de medida.
Es por esta razón que no deben instalarse fusibles en el circuito secundario de un transformador de intensidad, ya que si un
fusible actúa, deja abierto el circuito secundario del transformador, con las consecuencias expuestas anteriormente.
6
Electrotecnia
Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida: Práctica 1 y 2
La relación de transformación está expresada por:
mI ?
I1
I2
la cual no es estrictamente constante. Depende, esencialmente:
a) de la intensidad de corriente primaria I 1 ;
b) de la carga del secundario, es decir, de la impedancia resultante de los instrumentos y dispositivos conectados en
serie, incluyendo las conexiones;
c) de la frecuencia.
Sin embargo, al realizar mediciones se toma el valor mI como constante, denominándose valor nominal de la relación de
transformación siendo I 1 e I 2 los valores nominales de intensidad en el primario y en el secundario respectivamente.
Cuando se mide intensidad con un amperímetro combinado con un transformador de intensidad, la intensidad que circula
por la línea donde se encuentra el primario se determina como:
I ? I A ?mI
siendo I A la intensidad medida por el amperímetro, por tanto:
I ? lectura ?K A ?mI ? lectura ?K ?A
de modo que el conjunto amperímetro y TRI equivale a un nuevo amperímetro
cuya constante de escala es:
K A? ?
alcance
?mI
escala
A
4.1.1 Transformador de intensidad toroidal
Un tipo de transformador de uso muy común es el transformador de intensidad toroidal o de núcleo anular, utilizado en
aparatos de medida portátiles y de laboratorio. El secundario de este TRI está constituido por una bobina toroidal y el
primario por un conductor que atraviesa el centro del anillo del secundario, como puede verse en la figura.
El campo de medición puede modificarse haciendo pasar una o más veces el conductor primario a través del núcleo anular.
La máxima intensidad que se podrá medir (y por tanto hacer pasar por el conductor primario) se obtiene dividiendo el valor
nominal de intensidad en el primario por el número de veces que pasa el conductor primario por el centro del toroide. La
relación de transformación para este transformador es la siguiente:
I1
mI ?
n
I2
Por ejemplo si el TRI toroidal de la figura tiene de valores nominales I 1 ? 200 A e I 2 ? 5 A , las relaciones de transformación
correspondientes a los tres casos de la figura son:
para n ? 1
mI ?
para n ? 2
mI ?
para n ? 4
mI ?
200
? 40
5
200
5
200
5
2 ? 100 ? 20
5
4 ? 50 ? 10
5
Como aplicación particular, citar un modelo de
amperímetro que recibe el nombre de amperímetro de pinza o pinza amperimétrica. Es tá constituido por un amperímetro y el
secundario de un TRI toroidal en forma de pinza, constituyendo una unidad constructiva compacta. El amperímetro,
generalmente, posee un mecanismo de tipo magnetoeléctrico con rectificador y, en muchas ocasiones, dispone de varios
alcances de medida seleccionables mediante un conmutador, que cambia el número de espiras del secundario del
transformador.
Electrotecnia
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Práctica 1 y 2: Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida
El núcleo toroidal del secundario del transformador tiene forma de pinza de modo que se puede abrir
para abrazar un conductor por el cual circula la intensidad a medir constituyendo ese conductor el
primario del TRI. La mayor ventaja de este tipo de amperímetros está en que hacen posible la medida
de intensidades de corriente, sin necesidad de deshacer las conexiones de una instalación. Se
obtiene de esta forma un dispositivo de medida sencillo, rápido y extraordinariamente flexible. El
mayor inconveniente es la precisión, ya que solamente se fabrican en las clases 1.5, 2.5 y 5.
4.2 Transformadores de tensión
Tal como se ve en la figura el transformador de tensión TRT tiene
conectado el devanado primario en paralelo con el circuito de medida y el
devanado secundario a los bornes del aparato de medida V, que puede ser
un voltímetro o la bobina voltimétrica de un vatímetro, de un contador de
energía, etc.
Al conectar el devanado primario en paralelo con la red, se toma de ésta una
pequeña corriente de excitación que produce el flujo magnético común, el
cual acopla magnéticamente el devanado secundario. Como esta corriente
de excitación es muy pequeña, para obtener los amperiovueltas necesarios
que puedan mantener el flujo magnético suficientemente grande como para
soportar la carga de los aparatos de medida, a tensión constante es
necesario que el devanado primario esté constituido por gran número de
espiras, de pequeña sección: el número de espiras es proporcional a la
tensión primaria.
V
Los bornes secundarios de un transformador de tensión deben estar siempre cerrados, por medio de una resistencia elevada,
como es la resistencia interior de un voltímetro, por ejemplo. Si no se conecta ningún aparato de medida al transformador, los
bornes secundarios deben permanecer abiertos, pues si se cierran en cortocircuito o con una resistencia pequeña, por los
circuitos primario y secundario circula una corriente muy elevada que destruye su aislamiento, quemando el transformador.
Para obtener una tensión secundaria, la mayor parte del flujo magnético producido en el devanado primario debe cerrarse
por el núcleo de hierro, ya que la fuerza electromotriz inducida en el secundario es, como se sabe, proporcional al flujo
magnético inductor; desde este punto de vista, el funcionamiento de un transformador de tensión es completamente
opuesto al de un transformador de intensidad. Por consiguiente, la tensión secundaria del transformador de tensión
depende, esencialmente, del flujo magnético común, que es algo menor que el flujo magnético primario ? 1 , debido a las
pérdidas de flujo por dispersión y la reacción del devanado secundario cuando por sus espiras circula la pequeña corriente
de carga procedente de los aparatos de medida.
En el proyecto de los transformadores de tensión no se presentan
dificultades semejantes a las que existen para los transformadores de
intensidad ya que en caso de cortocircuito, no actúa ningún incremento de
tensión sobre los transformadores de tensión. Además, cabe recordar que,
aunque en un sistema eléctrico, la corriente está sometida a grandes
variaciones, que dependen de la carga conectada, por lo general, la tensión
permanece aproximadamente constante; de lo cual se deduce que un
transformador de intensidad ha de trabajar con la mayor precisión posible en
todo el campo de medida, que es muy amplio, mientras que un transformador
de tensión casi siempre trabaja sobre un reducido campo de medida. Por lo
general, los transformadores de tensión se construyen admitiendo una
tensión máxima de servicio de 1.2 veces la tensión nominal del
transformador.
V
Si se considera que los devanados primario y secundario están magnéticamente acoplados por un flujo común, que se
mantiene aproximadamente constante en cualquier estado de carga del transformador, la relación entre los números de
espiras y las tensiones primarias y secundarias, es
N1 U 1
?
N2 U 2
La relación de transformación de un transformador de tensión, está definida por:
8
mU ?
U1
U2
Electrotecnia
Medidas de tensión e intensidad. Adaptadores de medida: Práctica 1 y 2
Cuando se mide tensión con un voltímetro combinado con un transformador de tensión, la tensión entre los dos puntos de
conexión del TRT se determina como:
V ? VV ?mU
V ? lectura ?KV ?mU ? lectura ?KV?
siendo VV la tensión medida por el voltímetro, por tanto:
de modo que el conjunto voltímetro y TRT equivale a un nuevo voltímetro cuya constante de escala es:
K V? ?
alcance
?mU
escala
Los valores de las tensiones nominales son los que sirven para fijar la precisión del transformador de tensión. Las tensiones
nominales primarias de los TRT están normalizadas entre 1 V y 400 KV; corresponden a todas las tensiones nominales
normalizadas en las redes de distribución de energía eléctrica. La tensión nominal secundaria está normalizada a 100 V.
Capacidad de sobrecarga. Los TRT pueden sobrecargarse por encima de la tensión nominal en un 10% de ésta, de forma
permanente, y en un 20% durante corto tiempo. Para proteger los circuitos de medida contra cortocircuitos se intercalan
fusibles en la parte de alta tensión; otros fusibles en la parte de baja tensión, protegen contra la falsa conexión y la falsa
puesta a tierra.
4.2.1 Transformadores de tensión capacitivos
Además de los transformadores de tensión inductivos, también se construyen
transformadores de tensión capacitivos, que resultan económicos para tensiones
de servicio a partir de 100 KV.
En la figura se representa el principio de funcionamiento de uno de estos
transformadores de tensión. Un divisor de tensión capacitivo reduce la alta tensión
de servicio (por ejemplo, 220 KV) a 10 KV o a 30 KV; la bobina de reactancia (1)
compensa la reactancia capacitiva del divisor. Un transformador inductivo de
tensión (2) se conecta a este divisor, a través de la reactancia anterior; a partir de
aquí, se toma la tensión de medida correspondiente.
Los transformadores de tensión capacitivos son resistentes a las sobretensiones
de choque y pueden construirse hasta de clase de precisión 0.2.
C1
C2
1
2
V
Sin embargo, la relación del divisor capacitivo de tensión no es constante, por lo
que las medidas solamente resultan válidas hasta una cierta frecuencia. Además en
el circuito resonante constituido por la bobina (1) y los condensadores C1 y C2, los
cambios de temperatura provocan otros errores de medida.
Las ventajas de los transformadores capacitivos de tensión son, sobre todo, de
tipo económico: los condensadores pueden utilizarse, al mismo tiempo, para el
acoplamiento de líneas de frecuencia portadoras de telecomunicación en los
sistemas eléctricos. La figura representa un corte esquemático de un transformador
de tensión capacitivo, con indicación de sus elementos constructivos:
MA.RD.SB.ZW.DHF
KB.A.K.1.2.3.4.5.-
Derivación de medida
Reactancia de compensación
Limitador de tensión
Transformador intermedio
Reactancia de puesta a tierra
Detector de cortocircuito a tierra
Descargador
Caja terminal de cables
Conexión para telefonía de frecuencia portadora
Caja de bornes para telefonía de frecuencia portadora
Batería de condensadores
Recipiente de medida
Caja de bornes de medida
Electrotecnia
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Electrotecnia