Mediciones del sistema eléctrico

Por Ing. Hernán Hernández

Medir se entiende como la acción de registrar numéricamente magnitudes cuyo conocimiento es importante; por ejemplo, las que se requieren en la construcción, las instalaciones, la producción, la distribución de bienes o energía, etc. Como parte integral e implícita de la medición se tiene a la comparación, simple y sencillamente porque no se puede lograr una medida sin haberla comparado contra una unidad.

La magnitud de medida entonces es aquella magnitud física, química o de cualquier otro tipo, que se pretende medir; por otro lado, el valor de la medida es la magnitud de medida determinada con ayuda de un dispositivo adecuado. Se expresa como el producto del valor numérico por la unidad correspondiente.

Debido al incremento de la demanda de los sistemas eléctricos, la calidad de la energía eléctrica es un asunto fundamental que debe ser medido y analizado con el fin de evitar daños en la instalación eléctrica y en los equipos.

El dispositivo de medida es el conjunto de componentes con los que se realiza un método de medición; si el dispositivo consta de un solo componente se denomina instrumento de medida, por ejemplo el multímetro o el amperímetro.

Como instrumento de medida se designan también a aquellas partes de un dispositivo que son determinantes para las propiedades de medición, como amplificadores de medición, transformador de corriente, etcétera. Los componentes restantes de un dispositivo de medida, que no son decisivos para las propiedades de medición, tales como fuentes de energía, elementos de ajuste o conductores de unión, se denominan aparatos auxiliares o accesorios. Las partes de un dispositivo de medida que se pueden distinguir según su función, como detectores, elementos de transformación y elaboración, emisores, etcétera; no siempre forman componentes propios de aparatos.

Instrumentos de medición de parámetros eléctricos

Los amperímetros se conectan a la línea cuya intensidad de corriente se desea medir. Para el caso del amperímetro que se conecta en serie, internamente sólo debe producir una pequeña caída de tensión para realizar la medición, por lo tanto, su resistencia interna debe ser baja. Es de entenderse que un amperímetro de gancho opera de forma diferente; propiamente dicho, mide el campo eléctrico que se genera cuando circula una corriente alterna por un conductor. Si la corriente que pasa por el conductor es de una fuente directa, es decir, no alterna, la medición de la corriente hecha por un amperímetro de gancho será cero.

Los voltímetros se aplican a los puntos cuya diferencia de potencial se pretende determinar. Un voltímetro debe consumir una corriente de baja intensidad, por lo que su resistencia interna debe ser muy alta, ésta es la razón por la cual, al conectarse en paralelo con la carga, no se produce un cortocircuito.

Los óhmetros se utilizan para realizar la medición de la resistencia. Un óhmetro hace circular una corriente, que es provista por la batería propia del instrumento de medición. Se entiende entonces que la medición de la resistencia en un circuito se realiza sin la fuente de alimentación. Como ejemplo, si se requiere medir la resistencia del lado de alta de un balastro magnético de un conjunto de lámparas, se debe desconectar la alimentación y medir entre las terminales; en caso de existir alimentación externa a la proporcionada por la batería se puede generar un cortocircuito y dañar principalmente el instrumento. Estos son los instrumentos básicos y de uso común en el área de instalaciones eléctricas.

Instrumentos especializados

Existen instrumentos especializados que se utilizan para realizar análisis más detallados, como los requeridos para el análisis de calidad de la energía, diseñar sistemas de puesta a tierra, obtener la mejor orientación de paneles fotovoltaicos en un generador solar, la medición de temperatura, elongación, capacitancia, entre otros.

Ejemplo de un instrumento de medición especializado es un analizador de redes, el cual está diseñado para ser colocado en un tablero o para ser resguardado en un cuarto eléctrico. Cuenta con una memoria interna en la que se archivan los parámetros de medición. Un analizador de redes puede disponer de distintos softwares, con diferentes aplicaciones para cada tipo de análisis.

Dado que en el mercado existe una amplia variedad de analizadores, algunos permiten exportar o mostrar los parámetros eléctricos, y lo hacen de forma directa o indirecta a través de un display.

Algunos otros cuentan con comunicación inalámbrica o por red, lo que hace posible monitorear todas las magnitudes eléctricas, medidas y/o calculadas, desde cualquier sitio dentro o fuera del inmueble.

La conexión del analizador es simple y dependerá de lo especializado del instrumento, o bien, la finalidad de éste. Por ejemplo, un analizador que se dejará fijo en un tablero eléctrico de distribución principal se debe colocar en la parte delantera de los tableros eléctricos, de forma que se tenga una visibilidad directa. Si el tablero es secundario, puede optarse por uno para riel DIN. Para ambos casos, se entiende que el analizador no se moverá a otra ubicación, por lo que los accesorios que permiten la medición serán transformadores de corriente conocidos como TC´s y pueden ser de núcleo cerrado.

Por otro lado, si el analizador es portátil, utilizar TC´s de núcleo cerrado dificultará las maniobras de conexión y desconexión, ya que deberá desconectarse la alimentación para hacer pasar los conductores a través de ellos. Por tanto, los ideales son TC´s de núcleo abierto similares a los que tiene un amperímetro de gancho y que sólo es necesario abrir y cerrar para colocarlo.

Algunos analizadores de redes pueden ser expandibles o modulares, también pueden disponer de funciones adicionales asociables a un parámetro eléctrico medido o calculado.

-Variaciones rápidas de tensión que se presentan de forma repetitiva y permanente conocidos como flickers.

– Armónicos, que son distorsiones en la forma de onda senoidal de la corriente eléctrica provocados por aparatos que consumen energía de forma no lineal.

– El valor eficaz de una corriente alterna, que es el valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia al aplicarla sobre la misma resistencia.

– La potencia y el factor de potencia, en el cual la potencia es la cantidad de energía eléctrica que transporta el circuito por unidad de tiempo, y el factor de potencia permite comparar la energía extraída de la red con la energía útil que se obtiene tras su paso por la red.

Cabe mencionar que los instrumentos de medición que se utilicen para estudios de calidad de la energía deben estar calibrados. Los intervalos entre cada calibración se establece de acuerdo a lo recomendado por la norma de medición correspondiente. Los intervalos pueden acortarse para asegurar una exactitud permanente con base en los resultados de las calibraciones previas o para cumplir con requerimientos de clientes, autoridades o de la industria en general. Por otro lado, los equipos de calibración (patrones) deben estar certificados y su certificación debe ser trazable, directa o indirectamente, hasta el National Institute for Standards and Technology (NIST) de Estados Unidos, o del organismo metrológico oficial a nivel local. El concepto de “trazabilidad” implica la capacidad para relacionar resultados de mediciones individuales a través de una cadena de calibraciones hasta una fuente común, usualmente el organismo normalizador.

Beneficios de la medición

La medición de los parámetros eléctricos permite determinar los excesos de consumo de energía, analizar curvas de carga para localizar los puntos de máxima demanda energética, determinar la capacidad de un banco de capacitores para corregir el factor de potencia, detectar fallas en instrumentos de medición, etcétera. Al medir las curvas de arranque en motores, es posible solucionar problemas de disparos ocasionales de las protecciones, calentamiento de conductores, corregir el desequilibrio en las fases, entre otros.

Para concluir, ten presente que la prevención de riesgos en la red eléctrica es uno de los grandes aportes de la medición, ya que con la información recabada pueden programarse los mantenimientos periódicos de la red eléctrica en baja y media tensión.