Instrumentos de Imán Permanente y Bobina Móvil (IPBM) - Aplicaciones … · 2021. 5. 18. ·...

Instrumentos de Imán Permanente y Bobina Móvil (IPBM)

- Aplicaciones (Parte 2) -

Carrera de Ingeniería Eléctrica – Ingeniería Electromecánica

Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata

Mediciones Eléctricas I (3D1) - 2021 - Departamento de Ingeniería Eléctrica – FI UNMDP - Clase 7Prohibida la reproducción total o parcial de esta presentación en cualquier formato o medio sin la correspondiente autorización del autor

2

Aplicación del IPBM como Óhmetro


3

IPBM – Óhmetro serie:

mA

IxE

R Xo

ia RRRRR 210

X=0

oRE

xII (max)0

Ix

Si:

La escala del óhmetro serie está invertida respecto a un amperímetro

Supongamos que Ri es despreciable o integrante de R2:

Circuito básico de un óhmetro serie:


4

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”:


5

IPBM – Óhmetro paralelo:

Circuito básico de un óhmetro paralelo:

E

R

X

ri

RaIa

a

b

IT

X=∞

aRRE

aa II

(max)

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

ab

aR

UI

XR

XRIU

a

a

Tabpero


6

IPBM – Óhmetro paralelo:

(max)a

a

I

IF

• La escala NO está invertida.


• 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

Se puede analizar la forma de la escala con el factor “F”:

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


7

Comparativa óhmetro serie vs óhmetro paralelo:

X

mAR2

R1

E

R

X

ri

Ra


8

Comparativa óhmetro serie vs óhmetro paralelo:

Potenciómetro de ajuste

Llave de encendido

Escala no invertidaÓhmetro paralelo

Óhmetro serie

Potenciómetro de ajuste

Escala invertida


9

Instrumentos de Imán

Permanente y Bobinas Móviles Cruzadas

LOGOMETRO de IPBM(COCIENTIMETRO de IPBM)


10

Sean dos bobinas móviles solidarias y ubicadas a 90° entre ellas dentro de un campo uniforme:

Logómetro o cocientímetro de IPBM:

Principio básico del Logómetro IPBM:

SBN


1111

F F

f2

f 1

2 1

I2

I

f 1f2

B

F F

f2

f 1

2 1

I2 1

f 1f2

B

1

2

21I

I = tg cosI = sen I

º90

senIBlNFf 11111 = sen

cos = cos 22222 IBlNFf

senIGafCm 1111 =

cos = 2222 IGafCm

21 mm CC

En el equilibrio:

21 GG



12

I1 I2

U

R Rx

N S


tgRR

R

UR

U

I

Ix

x

1

2 = tg

0 20 40 60 800

2

4

6

Rx


• Se usa para medir resistencias muy altas

• La tensión U se genera con un generador

de CC accionado manualmente.


1313

I1 I2

U

R Rx

N S

tgRR

R

UR

U

I

Ix

x

1

2 = tg



14

INSTRUMENTOS DE IMAN

PERMANENTE

Y BOBINA MOVIL

Aplicaciones con efecto Hall


1515

d

iBKK

abHALLheV

...1

APLICACIONES:

MEDICION DE CORRIENTES

MEDICION DE TENSIONES

MEDICION DE POTENCIA

Material conductor o

semiconductor

i

a

b

B

Aplicaciones del IPBM con efecto Hall:


1616


A

.ab xe K I

d

iBKK

abHALLheV

...1

XIB

Medición de corriente con efecto Hall:


1717


Medición de tensión con efecto Hall:

XUB

d

iBKK

abHALLheV

...1

XU

Xab UKe .


1818


Medición de potencia con efecto Hall:

eab

K K B i

dh 1 . . .

UxIx

XUi

XIB

R 2

1R

B

XXab IUKe ..

XU


19

INSTRUMENTOS DE IMAN

PERMANENTE

Y BOBINA MOVIL

Aplicaciones con lupa de tensión


2020

Aplicaciones del IPBM con diodo Zenner (lupa de tensión):

Diodo Zener


2121

Aplicaciones del IPBM con diodo Zenner (lupa de tensión):

-Uz

-Iz

Expande al final Expande al principio

1

2

U12 U12

1

2

+

-

+

-

Curva de un

Zener en inversa


2222

Errores Sistemáticos

Instrumentos de IPBM


2323

Errores sistemáticos del IPBM:

• Efecto de la temperatura

Modificación 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

Cº

G

rK

aR

• Influencia de los campos magnéticos externos

• Aparición de efectos termoeléctricos

mC

dC

mC


2424


34.10Cu C

CMn 610.6

I I s

R s

Ra

aI

Cu

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


2525


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


2626


(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


2727

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


2828

Medición de Resistencia de Aislación – Norma IRAM 2325:

Ejemplos de materiales aislantes eléctricos

Barnices

aislantes

Cintas plásticas

Gomas, telas, papeles impregnados, etc.


2929


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


3030


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

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



3131


Corriente de carga de la capacitancia

geométrica

qcagT iiiiI

gi

Corriente de absorciónai

Corriente de conducción o de fugaci

Corriente de descargas parcialesqi


)(

)(

tT

tAI

ER


3232


Tabla I

¡Por esta razón no pueden usarse óhmetros convencionales para

medir resistencias de aislación!

)(

)(

tT

tAI

ER


3333


Medidores de resistencias de aislación

(generan la tensión de ensayo E que

especifica la norma)

Óhmetros comunes

Sirven para medir resistencia pero no

resistencia de aislación

(NO generan la tensión de ensayo E

que especifica la norma)


3434


Medidores de resistencia de aislación basados en Logómetros IPBM

R Rx

N S

Poseen generadores de manivela de 500V o 1000V


35


Medidores de resistencia de aislación

basados en óhmetros serie de IPBM

Poseen fuentes de alta

tensión

250V, 500V, 1000V, etc.


3636


Probadores Multifunción de Instalaciones Eléctricas

Kyoritsu 6015

Medidores de Aislación Digitales


37


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.


38


Norma IRAM 2325: Ensayo de medición única:


39


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)


4040


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) = 5.5 MΩ

Para transformadores de potencia nominal ≥ 100kVA, se recomienda la siguiente ecuación:

Ejemplo:

Ec (1)

La Ec (1) apunta más a garantizar la seguridad que a calificar el estado de la aislación


4141


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.


4242


Ejemplo:

Medición de resistencia de aislación de una

máquina eléctrica de 380 V 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:

)()()º20( ACA RKR


4343


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


4444


RAtºC 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:


4545


Norma IRAM 2325: Ensayo de Absorción dieléctrica


4646


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.


4747



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.


48


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:


Valores que se deben

cumplir según Norma para

decidor acerca del estado de

la aislación

Evaluación

con RAD


49


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:



50


Norma IRAM 2325: Ensayo de Saltos de Tensión:


51


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.

51

1000V

1000V

2500V

5000V

2500

V5000V

Curvas resistencia-tiempo para el ensayo con saltos de tensión


52


Aislación buena

Aislación pobre

Curvas obtenidas con los valores de RA (60 s)

• 1 kV

• 2.5kV

• 5kV

Ensayo de Saltos de Tensión


53


Norma IRAM 2325:

Comparación de mediciones en distintas épocas


54


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


55




56



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


57


Norma IRAM 2325:

Resistencia de aislación en instalaciones


58


Medición de la RA en instalaciones

1

2

3


59


Medidores de resistencia de aislación

con borne de guarda


60


Cómo y cuándo utilizar el borne GUARD?

EARTH

GUARD

LINE

Muchos medidores de resistencia de aislación poseen un borne “GUARD”


61



Ejemplo: Queremos medir RA de un transformador

A

B

RAB

RATRBT

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)


62


Medición de RA en un Transformador (SIN borne de Guarda)

IT

Earth

Line

Im

A

B

RAB = 3000 MΩ

RAT

100 MΩRBT

100 MΩ0 ∞MΩ

187,5


63


Medición de RA en un transformador (SIN borne de Guarda)

0 ∞MΩ

187,5

RAB = 3000 MΩ

RAT

100 MΩ

RBT

100 MΩ


64


Earth

Line

GuardIG

Im

ITEARTH

GUARD

LINE



Earth

Line

Guard

65


Medición de RA en un transformador (CON borne de Guarda)


66


Medición de RA en un transformador (CON borne de Guarda)

IT

Earth

Line

GuardIG

Im

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

0 ∞MΩ 3000


( )

( )

(G)

67


CUARDA

LINEEARTH

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