Clase 8
Instrumentos de Imán Permanente y Bobina Móvil (IPBM)
- Aplicaciones –
2
MEDICIONES ELÉCTRICAS IDepartamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica
Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata
Aplicación como Óhmetro
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IPBM óhmetro serie
mA
IxE
R Xo
ia RRRRR 210
X=0oR
ExII (max)0
Ix
Si:
La escala del óhmetro serie está invertida respecto a un amperímetro
Supongamos que Ri es despreciable o integrante de R2:
4
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IPBM óhmetro serie
11
1
1
oR
XF
0
0
(max)
R
E
XR
E
I
I
x
xF
F
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
PUNTO MEDIO DE DISEÑO DE ESCALA
• La escala está invertida.• La escala es no lineal.• El punto medio de diseño de la escala
es R0
• Se usa para medir resistencias medias - altas (entorno al punto medio de diseño)
Se puede analizar la forma de la escala con el factor “F”:
E
R
X
ri
Ra
5
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IPBM óhmetro paralelo
X=∞aRR
Eaa II
(max)
Ia
Si:
La escala del óhmetro paralelo NO está invertida respecto a un amperímetro
aa
a
a
a
aRXR
XR
XR
XRR
EI
aa
aRRRRX
EXI
a
b
a
ab
aR
UI
XR
XRIU
a
a
TabperoIT
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IPBM óhmetro paralelo
(max)a
a
I
IF • La escala NO está invertida.
• La escala es no lineal.• El punto medio de diseño de la escala es Rp
• Se usa para medir resistencias medias - bajas (entorno al punto medio de diseño)
11
1
1
1
X
pRF
a
aa
RR
E
RRRRX
EX
F
RR
RRR
a
a
p
F
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Se puede analizar la forma de la escala con el factor “F”:
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IPBM óhmetros
X
mA R2
R1
E
R
X
ri
Ra
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IPBM óhmetros
Potenciómetro de ajuste
Llave de encendido
Escala no invertidaÓhmetro paralelo
Óhmetro serie
Potenciómetro de ajuste
Escala invertida
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Instrumentos de ImánPermanente y Bobinas Móviles Cruzadas
LOGOMETRO de IPBM(COCIENTIMETRO de IPBM)
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IPBM: Logómetros
SB
Sean dos bobinas móviles solidarias y ubicadas a 90° entre ellas dentro de un campo uniforme:
N
11
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IPBM: Logómetros
F F
f2
f1
2 1
I2
I1
f1
f2
B
F F
f2
f1
2 1
I2
I1
f1
f2
B
1
2
21I
I = tg cosI = sen I
º90
Sean dos bobinas móviles solidarias y ubicadas a 90° entre ellas dentro de un campo uniforme:
senIBlNFf 11111 = sen
cos = cos 22222 IBlNFf
senIGafCm 1111 =
cos = 2222 IGafCm
21 mm CC
En el equilibrio:
21 GG
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IPBM: Logómetros
I1 I2
tgRR
R
UR
U
I
Ix
x
1
2 = tg
U
R Rx
N S
0 20 40 60 800
2
4
6
Rx
• La escala es no lineal.• Se usa para medir resistencias muy altas• La tensión U se genera con un generador
de CC accionado manualmente.
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INSTRUMENTOS DE IMAN
PERMANENTE
Y BOBINA MOVIL
Aplicaciones con efecto Hall
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IPBM efecto Hall
d
iBKK
abHALLheV
...1
APLICACIONES:
MEDICION DE CORRIENTES
MEDICION DE TENSIONES
MEDICION DE POTENCIA
Material conductor o semiconductor
i
a
b
B
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IPBM efecto Hall: Medición de corriente
A
.ab xe K I
d
iBKK
abHALLheV
...1
XIB
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IPBM efecto Hall: Medición de Tensión
XUB d
iBKK
abHALLheV
...1
XU
Xab UKe .
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IPBM efecto Hall: Medición de Potencia
eab
K K B i
dh 1 . . .
U I
Xh Ui
XIB
R2
1R
B
XXab IUKe ..
XU
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INSTRUMENTOS DE IMAN
PERMANENTE
Y BOBINA MOVIL
Aplicaciones con lupa de tensión
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IPBM Lupa de Tensión
Diodo Zener
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IPBM Lupa de Tensión
-Uz
-Iz
Expande al final Expande al principio
1
2
U12 U12
1
2
+
-
+
-
Curva de un Zener en inversa
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Errores SistemáticosInstrumentos de IPBM
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IPBM: Errores Sistemáticos
• Efecto de la temperaturaModificación de la constante motora
-0,02%/ºC
Modificación de la constante elástica
+0,04%/ºC
Variación de la resistencia de la bobina
-0.4%/ºC
C
%
C
%
C
%
C
% 38,04,004,002,0 oooo
CºG
rK
aR
•Estabilidad del imán
•Influencia de los campos magnéticos externos
•Aparición de efectos termoeléctricos
mC
dC
mC
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IPBM: Errores Sistemáticos
34.10Cu C
CMn 610.6
I I s
R s
Ra aICu
Mn
Influencia de la temperatura en la R de la bobina en un amperímetro
'
a a CuR R (1 t)
'
s s MnR R (1 t)
tRRRR Cuaaaa '
tRRRR MnSSSS '
La temperatura influye en Ra y muy poco en Rs si es de manganina
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IPBM: Errores Sistemáticos
R R ra
CCu 310.4
CMn 610.6I I
I a
s I
r
R
Ra
s
aRr 9
tt CuCuRR
R
RR
aa
a
1,09
Si se coloca una “r” adicional de manganina se tiene:
)1()1(' trtRR MnCua
tRRRR Cua '
La variación de resistencia sigue siendo igualPero, si se cumple que:
Algo que era 0.4%/°C
pasa a ser 0.04%/°C
Técnica para minimizar la influencia de la temperatura en la R de la bobina
en un amperímetro
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IPBM: Errores Sistemáticos
(Pero esto produce un aumento del error de inserción)
C
%
C
%
C
%
C
% 38,04,002,004,0 oooo
Kr G Ra
0.04 -0,02
26
Norma IRAM 2325:
“Aislación Eléctrica
Guía para la Evaluación de
su Estado por Mediciones
de su Resistencia”
Aplicaciones de los Óhmetros serie y logómetros de
IPBM en la medición de resistencia de aislación
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Medición de Resistencia de Aislación: Norma IRAM 2325
Definiciones Básicas
Resistencia de Aislación (RA):
Según la norma IRAM 2325 se entiende por Resistencia de Aislación ( RA ) a la
resistencia óhmica que presenta la aislación eléctrica de un equipo o instalación,
al aplicarle una tensión continua de ensayo “E”. El valor de esta resistencia puede variar
apreciablemente desde el instante en el que se aplica la tensión continua “E”, hasta el
instante en que tiende a estabilizarse su valor.
Resistencia de Aislación Instantánea ( RA(t) ):
También se define la Resistencia de Aislación Instantánea ( RA(t) ) como la
resistencia de aislación en un instante “t” posterior a la aplicación de la tensión
continua de ensayo “E”. El valor de (RA(t)) se obtiene de la relación entre la
tensión continua “E” y la corriente total instantánea que toma la aislación.
)(
)(
tT
tAI
ER
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Definiciones Básicas
Corriente Total que toma una Aislación (IT):
Según la norma IRAM 2325 es el valor de la intensidad de corriente eléctrica que se
establece en una aislación al aplicarle una tensión continua de valor “E”.
En el más general de los casos, IT es la suma de cuatro componentes:
Corriente de carga de la capacitancia geométrica: Corriente que toma una
aislación debido a la carga electrostática de la capacitancia geométrica.
qcagT iiiiI
Medición de Resistencia de Aislación: Norma IRAM 2325
gi
Corriente de absorción: Corriente que toma una aislación debido a la polarización
de las cadenas moleculares dentro del material aislante.ai
Corriente de conducción o de fuga: Corriente que toma una aislación debido a la
conducción electrónica e iónica a través de la masa aislante.ci
Corriente de descargas parciales: Componente de la corriente total que toma una
aislación, y que se manifiesta solamente cuando “E” es mayor que la tensión de
aparición de descargas parciales.
qi
TI
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Definiciones Básicas
Corriente de carga de la capacitancia
geométrica
qcagT iiiiI
Medición de Resistencia de Aislación: Norma IRAM 2325
gi
Corriente de absorciónai
Corriente de conducción o de fugaci
Corriente de descargas parcialesqi
)(
)(
tT
tAI
ER
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Tabla I
Por esta razón no pueden usarse óhmetros convencionales para medir resistencias de aislación!
Medición de Resistencia de Aislación: Norma IRAM 2325
)(
)(
tT
tAI
ER
31
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Medidores de resistencia de aislación basados
en Logómetros IPBM
R Rx
N S
Poseen generadores de manivela de 500V o 1000V
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Medidores de resistencia
de aislación basados
en óhmetros serie IPBM
Poseen fuentes de alta tensión 250V, 500V, 1000V, etc.
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Probadores Multifunción de Instalaciones Eléctricas
Kyoritsu 6015
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Norma IRAM 2325
(establece 3 métodos
de ensayo para
evaluar el estado
de una aislación)
Ensayo de medición única:
Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” y
se mide RA a los 60 segundos.
El valor de RA se corrige por temperatura para
calcular la RA a 20°C.
El valor de RA corregido a 20°C se compara
con un valor mínimo establecido por norma.
Ensayo de absorción dieléctrica:
Ensayo de saltos de tensión:
Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” y
se mide RA a distintos intervalos de tiempo.
Se calculan ciertos índices y se los compara con
una tabla.
Se aplican tensiones de ensayo “E” crecientes y
se mide RA . Se evalúa la tendencia.
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Norma IRAM 2325: Ensayo de medición única:
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Norma IRAM 2325: Ensayo de medición única:
•Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” (ver Tabla I) y se mide RA a los 60
segundos.
•El valor de RA se corrige por temperatura para calcular la RA a 20°C.
•El valor de RA corregido a 20°C se compara con un valor mínimo establecido
por norma.
RA (20°C, 60s) > RA Mínimo (20°C)
RA (20°C, 60s) < RA Mínimo (20°C)
SI
La aislación es segura
La aislación es deficiente
En la práctica las aislaciones en buen estado tienen valores de RA (20°C, 60s) entre 10 y 100 veces mayores que RA Mínimo (20°C)
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Valores mínimos de Resistencia de Aislación según Norma
Mx
CRMINIMAA 334
1000
132008.0)º20(kVASkVU NN 10002.13
N
N
MINIMAAS
UCCR )º20(
)1(4)20( nMINIMAA UCR][kVUn
Resistencia aislación mínima para máquinas rotantes y máquinas en general:
][ MRA
RA MINIMA (20°C): Resistencia aislación mínima obtenida referida a 20ºC
Ejemplo: Un=380V RA MINIMA(20°C)=4(0.38+1) =
Para transformadores de potencia nominal ≥ 100kVA, se recomienda la siguiente ecuación:
5.5[M ]
Ejemplo:
Ec (1)
La Ec (1) apunta más a garantizar la seguridad que a calificar el estado de la aislación
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Ejemplo:
Medición de resistencia de aislación de una máquina eléctrica
de 380 V por el método de medición única:
RA medida (65ºC)=6M
Supongamos que es un motor trifásico y se encuentra a 65°C.Se lo desconecta y se mide con un medidor de resistencia de aislación de 500 o 1000 V entre una bobina y carcasa, dando por ejemplo 6MΩ.
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Ejemplo:
Medición de resistencia de
aislación de una máquina
eléctrica de 380V por el
método de medición única:
Corrección por temperatura-
IRAM 2325
)º65()º65()º20( CACCA RKR
MxRCA 623
)º20(
MRCA 138
)º20(
Corregimos la medida a 20°C con la siguiente ecuación:
40
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RA (20°C) =130M>5.5MΩ
Ejemplo:
Medición de resistencia de aislación de una máquina eléctrica
de 380V por el método de medición única:
)1(4)20()( nmínimaa UCR
MCR mínimaa 5.5)138.0(4)20()(
Conclusión: La aislación de esa bobina es más de 20 veces superior al
mínimo que establece la norma, por lo que está en buen estado y es
seguro el uso del motor
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RA
tºC de Ref.
tºC .
RA (20°C)≈130M
RA(65ºC)=6M
RA
Corrección por temperatura-
Literatura
Ejemplo:
Medición de resistencia de
aislación de una máquina
eléctrica de 380V por el
método de medición única:
También existen ábacos en la literatura que se pueden usar para hacer la misma corrección:
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Norma IRAM 2325: Ensayo de Absorción dieléctrica
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Ensayo de Absorción Dieléctrica
Se realiza aplicando la tensión de ensayo “E” y midiendo a partir del instante
inicial, la RA cada 10s hasta completar el primer minuto.
Los valores obtenidos se grafican en función del tiempo, calculando el valor
de RAD.
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Ensayo de Absorción Dieléctrica
Cumplido el primer minuto se continúa registrando lecturas, ahora cada
minuto hasta completar los 10’.
Con estos valores se traza la gráfica resistencia-tiempo, calculando el valor
de IP.
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Curvas de resistencias-tiempo para un ensayo de absorción dieléctrica con una duración de 60 s
NOTA: La parte de la curva que se indica con líneas de puntos corresponde a valores de RA que no son confiables,
por las dificultades de su medición, ni relevantes para determinar RAD.
Aislación
buena
Aislación
que puede
ser
defectuosa
RAD<1.2
RAD>1.6
35001.17
3000
90002.25
4000
Se evalúa la aislación de acuerdo a la forma de la curva obtenida y a la siguiente
tabla:
Ensayo de Absorción dieléctrica
Valores que se deben
cumplir según Norma
para decidor acerca del
estado de la aislación
Evaluación
con RAD
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Evaluación
con IP
Aislación
Buena
IP>4
Aislación que
puede ser
defectuosa
IP<1.5
Curvas de resistencias-tiempo para un ensayo de absorción dieléctrica con una duración de 10 minutos
9006
150
1101.1
100
Se evalúa la aislación de acuerdo a la forma de la curva obtenida y a la siguiente
tabla:
Ensayo de Absorción dieléctrica
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Norma IRAM 2325: Ensayo de saltos de tensión:
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Ensayo de Saltos de Tensión
Se realiza aplicando tensiones de ensayo “E” crecientes y midiendo a partir de
los 30 segundos la RA cada 10s hasta completar el primer minuto.
Los valores obtenidos se grafican.
48
1000V
1000V
2500V
5000V
2500V
5000V
Curvas resistencia-tiempo para el ensayo
con saltos de tensión
49
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Aislación buena
Aislación pobre
Curvas obtenidas con los valores de RA (60 s)
• 1 kV• 2.5kV• 5kV
Ensayo de Saltos de Tensión
50
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Norma IRAM 2325:
Comparación de mediciones en distintas épocas
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Seguimiento de la RA: Medición de RA en un MOTOR
20,00
26,67
20,00
27,78
20,00
27,22
20,00
27,22
20,56
26,67
20,00
25,56
18,89
26,67
20,00
26,67
19,44
ºC
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Seguimiento de la RA: Medición de RA en un MOTOR
Ejemplo de la variación de RA de un motor en un período de varios años.
En A se pone de manifiesto el efecto de envejecimiento y de la contaminación al observarse
valores decrecientes de RA. En B la caída pronunciada evidencia una falla de la aislación. En
C, se indica el valor de resistencia de aislación después que el motor ha sido rebobinado.
A
B
C
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Seguimiento de la RA: Medición de RA en un MOTOR
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Norma IRAM 2325:
Resistencia de aislación en instalaciones
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Medición de la RA en instalaciones
1
2
3
56
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Medidores de resistencia de aislación
con borne de guarda
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Cómo y cuándo utilizar el borne GUARD?
EARTH
GUARD
LINE
Muchos medidores de resistencia de aislación poseen un borne “GUARD”
58
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Cómo y cuándo utilizar el borne GUARD?Ejemplo: Queremos medir RA de un transformador
A B
RAB
RAT RBT
RAB: Resistencia de aislación entre primario y secundario (supongamos que valiera 3000MΩ)
RAT: Resistencia de aislación entre primario y carcasa (supongamos que valiera 100MΩ)
RBT: Resistencia de aislación entre secundario y carcasa ((supongamos que valiera 100MΩ)
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Medición de RA en un Transformador (SIN borne de Guarda)
IT
Earth
Line
Im
A B
RAB = 3000 MΩ
RAT
100 MΩRBT
0 ∞
MΩ
187,5
100 MΩ
60
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Medición de RA en un transformador (SIN borne de Guarda)
0 ∞
MΩ
187,5
61
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Medición de RA en un transformador
( )
( )
(G)CUARDA
LINE
EARTH
62
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Cómo y cuándo utilizar el borne GUARD?
Earth
Line
GuardIG
Im
ITEARTH
GUARD
LINE
63
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Medición de RA en un transformador (CON borne de Guarda)
Earth
Line
Guard
IG
Im
64
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Medición de RA en un Transformador (CON borne de Guarda)
IT
Earth
Line
GuardIG
Im0 ∞
MΩ
3000
RAT no influye porque queda en paralelo con la
fuente de 500V
RBT no influye porque queda en paralelo con la
con Ra que es << RBT
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