Medición de potencia en sistemas eléctricos

PRÁCTICA Medición de potencia en sistemas eléctricos

Objetivo: Habilitar al alumno en la medición de la potencia activa y la potencia reactiva de sistemas eléctricos. Llevar a cabo el cálculo de la potencia activa trifásica de una carga balanceada con un solo wattmetro. Aprender el método de los dos wattmetros para medir la potencia activa en un circuito trifásico. Determinar el factor depotencia en forma gráfica.

Teoría básica Desde el punto de vista de la Ingeniería Eléctrica es importante conoc er la cantidad de energía suministrada por unidad de tiempo (Potencia) a una carga, la cual puede ser un equipo individual, una instalación industrial, comercial, de una casa habitación, etc., a los cuales generalmente se les alimenta con voltaje de corriente alterna de una frecuencia de5O Hz. Existen métodos para la medición de potencia de cargas monofásicas, trifásicas equilibradas o desequilibradas, con alimentación de voltajes de corriente directa o corriente alterna. Estos métodos pueden ser directos o indirectos. Sistema monofásico. En un sistema monofásico, con una carga inductiva y resistiva, los fasores de tensión y de corriente están dados respectivamente por V = V∠θ+ φ I = I∠θ y la potencia compleja, potencia activa más potencia reactiva, del sistema es S = VI* = VI∠φ S = VIcos φ + j VIsen φ S=P+jQ (3) (1) (2)

S Q
φ

P

Figura 1. Triángulo de potencias de un circuito RL. 1

Conocidos S, P y Q, es posible construir el triángulo de potencias que aparece en la Fig. 1. Sistema trifásico. Debido a sus características el sistema trifásicoes el más difundido para el suministro de energía eléctrica; en el que la energía por unidad de tiempo total cedida, potencia total, es igual a la suma de las potencias en cada una de las cargas de cada fase, por lo que S3φ = SφA + SφB + SφC + A + W (4)

A

IL

IA ZA

V B

IB ZB N

IC C ZC

Figura 2. Medición de la potencia de un sistema trifásico equilibrado conectado en estrella.Para el circuito de la Fig. 2. S3φ = VANIA* + VBNIB* + VCNIC* Si Z A = Z B = Z C entonces y IA=IB=IC=IL φA = φB = φC = φ (5)

y la potencia compleja total es, sustituyendo las ecuaciones anteriores en la Ec. (5) S3φ = VANIA∠φ + VBNIB∠φ + VCNIC∠φ y dado que VAN = VBN = VCN = VF = se tiene S 3φ = 3 VF I L ∠φ = 3 VL I L ∠φ [VA] (6) VL 3

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de la Ec. (6), la potencia activay reactiva son respectivamente P3φ = 3 VL I L cosφ Q 3φ = 3 VL I L senφ [W] [VAR] (7) (8)

De lo anterior puede concluirse que para medir la potencia total de un sistema trifásico balanceado conectado en estrella puede utilizarse el esquema de la Fig. 2, o sea P3φ = 3 veces la lectura del wattmetro Donde la lectura del wattmetro es proporcional al producto de la corriente que fluye en su bobinade corriente por el voltaje de su bobina de tensión y por el coseno del defasaje entre el voltaje y la corriente. El método de un wattmetro tiene la desventaja de que es necesario tener acceso al punto neutro, N, lo que no es siempre posible, por ejemplo en una carga en delta. De aquí que para hacer mediciones de potencia trifásica, se emplee otro método; el cual se describe a continuación. Métodode los dos wattmetros. Este método es el que se utiliza comúnmente para medir la potencia en sistemas trifásicos. Un posible esquema de conexiones se muestra en la Fig. 3. + A + W1

A

IA ZA

V B + W2

+ -

IB ZB

C

IC ZC

Figura 3. Método de los dos wattmetros para medir potencia en un sistema trifásico. La restricción del método es que la suma de corrientes debe ser cero; locual se logra cuand o el neutro de la carga se encuentra desconectado del neutro del sistema de suministro, para una conexión en estrella, o que las cargas estén balanceadas, para una conexión delta y/o estrella, lo que generalmente ocurre en plantas y fábricas. Por lo tanto, si IA + IB + IC = 0 IC = - IA - IB (9)

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sustituyendo la Ec. (9) en la Ec. (5) S3φ = VANIA* + VBNIB* + VCN(- IA* -...