Contadores de energia electrica

INTRODUCCIÓN

La medición eléctrica ha adquirido tanta importancia en la vida del hombre, así como en la industria, en el comercio, en la ciencia, en la economía, que no es posible pensar hoy en día en alguna instalación, ensayo o técnica, sin que se tenga en cuenta algún instrumento para medir la energía en sus diversas formas de utilización.

Uno de los más empleados e importantes de estos instrumentos son los contadores de energía eléctrica, que en la actualidad han adquirido un alto grado de perfeccionamiento y precisión dada la función que desempeñan, y dado que es a través de ellos como las diferentes Empresas de Energía y Electrificadoras pueden controlar, medir y vender la energía eléctrica a todos los usuarios de este indispensable servicio.

En la presente unidad se estudiarán los contadores monofásicos y trifásicos de energía activa, en cuanto se refiere a sus partes componentes y sus esquemas de conexión de acuerdo con el sistema de acometida utilizado. Igualmente se explicarán algunas normas generales a tener en cuenta para la instalación, conexión y puesta en servicio de los medidores de energía eléctrica antes mencionados.

OBJETIVOS

Al finalizar el estudio de la presente unidad, usted estará en capacidad de instalar y conectar contadores monofásicos y trifásicos de energía activa.

Para lograr plenamente este objetivo general, usted deberá cumplir los siguientes objetivos:

· Identificar las partes de los contadores.

· Interpretar los esquemas de conexión.

· Conocer las normas generales para la instalación.

· Efectuar correctamente la instalación del contador eléctrico en una residencia.

1. CONTADORES ELÉCTRICOS

DEFINICIÓN

El contador o medidor eléctrico es el instrumento destinado a medir la energía eléctrica suministrada a un circuito. La unidad práctica de medición de la energía eléctrica es el kilovatio – hora (Kw – h).

CLASIFICACIÓN

Los contadores se pueden clasificar en los siguientes grupos:

Según el sistema de distribución:

· Contador monofásico
· Contador monofásico trifiliar
· Contador trifásico

Según el tipo de carga por medir:

· Contador de energía activa
· Contador de energía reactiva
· Contador de energía aparente

Según el horario de utilización:

· Contador de tarifa múltiple
· Contador de demanda máxima

A. CONTADOR MONOFÁSICO

Cuando la acometida es monofásica de dos hilos, fase y neutro, se utiliza el contador monofásico cuyo aspecto exterior es el que ilustra la figura No. 1. Se aprecia la etapa principal fijada con dos tornillos, cuya ventanilla es generalmente de vidrio para permitir la lectura del contador y la placa de características. Otros tipos de contadores monofásicos traen esta tapa totalmente de vidrio. También se aprecia en la parte inferior la tapa de la bornera, asegurada generalmente con solo un tornillo.

La siguiente figura es una representación esquemática de las principales partes del contador.


a. PARTES DEL CONTADOR

Las principales partes de un contador monofásico son:

1. Elemento Móvil:

Conjunto formado por un disco de aluminio, el eje y las partes solidarias, que gira con velocidad proporcional a la potencia eléctrica del circuito cuya energía se desea medir. El eje lleva un acoplamiento sin fin que engrana con el integrador, transmitiéndole el movimiento y permitiendo así el registro de energía. El eje va montado sobre cojinetes especiales. 2. Bobinas de Tensión y de Corriente:

Son las que producen los campos magnéticos que obran sobre el disco originando así el movimiento o par motor del elemento móvil. La bobina de corriente se caracteriza por ser de alambre grueso y pocas espiras, mientras que la bobina de tensión posee muchas espiras pero de alambre muy delgado. La figura 4 ilustra la forma como van montadas las bobinas del contador en sus respectivos núcleos. Los terminales de cada bobina se llevan hasta la bornera para realizar allí su respectiva conexión con el circuito.

3. Núcleos:

Conjunto de láminas de material magnético que forman los respectivos circuitos magnéticos de las bobinas de tensión y de corriente, según el tipo y modelo del contador estos dos núcleos están construidos por separado o forman una sola pieza. La figura 5 muestra los núcleos de una sola pieza.


4. Elemento de Freno:

Parte del contador, que comprende uno o más imanes; destinada a producir un par de freno sobre el elemento móvil (figura 6). Su ajuste se logra fácilmente a través de un tornillo graduable. Es uno de los principales elementos de ajuste y de la estabilidad de su flujo magnético depende el error principal del contador.
Se fabrica de alnico (aleación de aluminio, níquel y cobalto).

5. Dispositivo de Ajuste:

Son aquellos con los cuales se ajusta el contador para que indique dentro de los errores admisibles, la energía que se desea medir. Entre los más usuales se pueden mencionar: regulador de fase, regulador de carga débil, espolón de frenado, imán de freno, shunt magnético, espiras en corto circuito, etc.; dependiendo del tipo y modelo del contador tienen diferentes formas y tamaños.

6. Integrador:

Conjunto formado por la placa indicadora de los números, los engranajes, piñones y sistema de relojería. Es el dispositivo capaz de sumar las vueltas efectuadas por el disco e indicar en Kw/h la energía consumida por el usuario. Existen dos tipos (figura 7), de tambor, que es el más utilizado ya que el numerador da directamente la lectura, y el de esferas, cuya lectura es más complicada pues hay que tener en cuenta las posiciones de todas las agujas, característica que se presta para cometer errores.

7. Bornera:

Sitio donde están colocados los bornes de conexión del contador y donde internamente se encuentran conectadas las dos bobinas (figura 8). Está ubicada en la parte inferior del contador y está construida generalmente de baquelita prensada de alto coeficiente dieléctrico. En la parte inferior de la bornera (ver figura) se observan los cuatro agujeros por donde deben pasar los conductores, dos de alimentación y dos de utilización.

8. Tapas:

Todos los contadores tienen don tapas: la tapa de la caja de bornes encargada de proteger la bornera y las conexiones del contador y la tapa principal encargada de cubrir y proteger las piezas que forman el contador. Se fijan por medio de tornillos y deben llevar empaques especiales para evitar la entrada de humedad y polvo. Las dos tapas se aseguran con sellos o prencitas de plomo.

b. ESQUEMAS DE CONEXIÓN

Generalmente cada contador trae su respectivo esquema de conexión en el interior de la tapa de la bornera. Se utilizan códigos, símbolos y numeración de bornes según el Sistema de Normas empleado. Estos sistemas son:

· Normas Internacionales IEC (Comisión Electrotécnica Internacional).

· Normas Británicas BSS (British Standard System) utilizadas en Inglaterra, Estados Unidos, Canadá y Japón.

La bobina de tensión siempre se conecta en paralelo con los conductores de entrada y la bobina de corriente o intensidad siempre se conecta en serie con el conductor de fase. Las figuras siguientes representan las bobinas en los dos sistemas.

1. Conexión de un Contador Monofásico (IEC):

Los contadores monofásicos traen en la parte inferior de la bornera cuatro orificios que corresponden a los bornes de conexión con los números 1,3,4,6. En el sistema internacional, el conductor de fase entra por el borne No. 1 y sale por el borne Nº 3; estos dos bornes están conectados internamente a la bobina de intensidad.

El conductor neutro entra por el borne Nº 4 y sale por el borne Nº 6. Un puente metálico une las terminales 1 y 2 para permitir simultáneamente la conexión de la bobina de tensión al conductor de fase; igualmente al contador trae otro puente interno entre los bornes 4 y 6 para facilitar la conexión del conductor neutro, tanto a la bobina de tensión como al circuito de utilización o de carga.

La figura 9 representa el símbolo y la conexión interna de un contador monofásico según las formas IEC.

2. Esquema de Conexión según normas BSS:

Se diferencia del anterior, además de la simbología, en que el conductor de fase entra por el borne Nº 1 y sale por el borne Nº 6 (estos bornes corresponden internamente a la bobina de intensidad), y el conductor neutro entra al contador por el borne Nº 3 y sale por el borne Nº 4. La figura 11 representa este tipo de esquema.

En los contadores que emplean las normas BSS, también se utiliza el puente metálico entre los bornes 1 y 2 y un puente interno entre los bornes 3 y 4 con el fin de facilitar la conexión de la bobina de tensión.

Observe que en ambos sistemas la bobina de intensidad está en serie con el conductor de fase.


3. Esquema de Conexión Bipolar según IEC:

Esta conexión, aunque no es frecuente, se utiliza cuando el abonado está alimentado por dos conductores de fase sin neutro. La bobina de intensidad está dividida en dos mitades; una mitad se intercala en la fase R a través de los bornes 1 y 3, y la otra mitad se intercala en la fase S o T a través de los bornes 4 y 6. Dos puentes metálicos entre los terminales 1 y 2, 4 y 5 permiten la conexión de la bobina de tensión a los conductores de alimentación, que en este caso estará sometida a una tensión entre dos fases (tensión compuesta, ver figura 13).

B. CONTADOR TRIFASICO

a. GENERALIDADES

Según el sistema de distribución trifásica, de tres o de cuatro hilos, se utilizan los medidores trifásicos de dos o tres elementos, es decir, dos o tres contadores monofásicos montados en una misma base y cuyos discos de aluminio están solidarios a un eje común que acciona un integrado registro así la energía total del circuito trifásico.

Las cajas de los contadores se fabrican especialmente de material aislante a base de materias sintéticas que presentan un gran aislamiento y ofrecen una protección completa de puesta o tierra.

También se pueden fabricar en metal de fundición liviano inyectado a base de una aleación de aluminio resistente a la corrosión y ofreciendo una gran resistencia mecánica; un resistente esmalte protege adicionalmente la superficie. La tapa principal está equipada con una amplia ventana de vidrio para observare fácilmente el mecanismo numerador y la placa de características (figura 16) se fija a la caja generalmente con tres tornillos mientras la tapa de la bornera solo con dos.

El contador trifásico más empleado es el de tres elementos que se utiliza para registrar consumos de todo tipo de cargas, tanto entre fases como entre fase y neutro y naturalmente cargas trifásicas. Generalmente tienen dos discos solidarios a un mismo eje; sobre el disco inferior actúan dos elementos electromagnéticos colocados diametralmente opuestos y sobre el disco superior actúan el otro elemento y el imán de freno. Si el contador tiene tres discos entonces cada elemento actuará sobre un disco y el imán o los imanes de freno pueden ser aplicados sobre cualquiera de los discos.

Los contadores trifásicos de dos elementos se emplean para registrar cargas trifásicas y cargas entre dos fases. También tienen, generalmente, dos discos montados sobre un eje común, actuando sobre cada disco un elemento electromagnético o sistema motor.

El imán de freno actúa sobre uno de los discos y en caso de dos imanes de freno, uno sobre cada disco. En otros tipos, los dos elementos suelen estar aplicados diametralmente opuestos sobre el disco anterior, utilizando el disco superior para el imán o los imanes de frenado.

También se fabrican, aunque no son muy utilizados, contadores trifásicos de dos elementos con un solo disco y sobre el cual actúan los dos sistemas motor y el imán de freno como se ilustra en la figura 17.

CONTADOR TRIFÁSICO DE DOS ELEMENTOS
(a)Imán de freno –(b y c) Elementos electromagnéticos, (d) Disco de aluminio.


Todos los contadores trifásicos se fabrican para ser conectados en baja tensión. Para baja tensión, menor de 600 V., se conectan directamente a la red sus bobinas de tensión y cuando se traban de intensidad grandes, las bobinas de corriente de los medidores se conectas por medio de transformadores de intensidad. Su conexión, tanto la bobina de tensión como la de intensidad, no se hace directa; en estos casos los medidores no se conectan indirectamente a la red por medio de transformadores de medición (transformadores de tensión y de corriente) cuyos esquemas veremos más adelante.

En la placa de características del contador se indican su tensión y su corriente nominal, es decir, la tensión y la corriente normal de funcionamiento que pueden soportar las bobinas de tensión e intensidad del medidor.

b. PARTES DEL CONTADOR

Las principales partes de un contador trifásico son:

1. Elemento Móvil o Rotor:

Generalmente está compuesto por dos o tres discos de aluminio para solidarios a un solo eje por medio de bujes de fundición inyectado. El casquillo del cojinete superior forma una sola pieza con el tornillo sin fin, que engrana con el integrador para permitir así el registro de energía. El cojinete superior suele ser en forma de cuello de aguja facilitando la suspensión magnética por medio de un imán anular que se encuentra en la parte superior del eje. La suspensión magnética reduce a 1/3 aproximadamente, el rozamiento total de los cojinetes del rotor. Ver la parte superior de la figura 18.

El cojinete inferior es de doble zafiro que sobresale a través de un hueco abierto en la parte inferior del soporte y sostenido por medio de una lámina elástica. Su altura se puede variar por medio de una boquilla roscada que se encuentra en la parte inferior del eje.

ELEMENTO MOVIL O ROTOR DE UN CONTADOR TRIFÁSICO

FIGURA 19. 2. Elemento Electromagnético o Sistema Motor:

Está compuesto por una bobina de tensión y una bobina de intensidad, generalmente dividida en dos mitades, montadas sobre sus respectivos núcleos de hierro laminado. La figura 20 ilustra el sistema electromagnético y su respectivo núcleo.

La bobina de tensión (fig. 21) está revestida totalmente por una capa de materia sintética de gran resistencia aislante que la protege herméticamente contra la humedad y los gases o vapores químicamente fuertes. Está embobinada con conductor muy delgado de cobre bornizado.

Las bobinas de intensidad están arrolladas con hilo esmaltado de cobre o son de hilo de cobre perfilado, barnizado, embobinado en una sola pieza y acoplado en forma elástica sobre dos cuerpos de bobina interconectados, como se ilustra en la figura 21. Los extremos de la bobina están conducidos directamente a los bornes de conexión. Los cortocircuitos en el devanado son impedidos por el aislamiento esmaltado del hilo de cobre. Las bobinas, tanto de tensión como de intensidad, pueden cambiarse independientemente con facilidad.

Bobinos de Tensión y de Intensidad.

ELEMENTO ELECTROMAGNÉTICO DE UN CONTADOR TRIFÁSICO

FIGURA 21.

3. Imán de freno:

Es un imán en forma de U, fabricado en aleación de cobalto, niquel, aluminio con un campo magnético de gran fuerza coercitiva, resistente al envejecimiento y a los campos de cortocircuito diseminantes. (Fig. 22).
El ajuste de precisión de la fuerza de frenado se logra mediante un tornillo regulador de hierro macizo de fácil manipulación.

4. Integrador:

En los medidores eléctricos, el rozamiento debido al movimiento del integrador es una de las principales causas para que haya errores en la lectura. En los contadores trifásicos el mecanismo del integrador ha sido construido para que marche con escaso rozamiento y reducido desgaste; todos los ejes rotativos son de acero inoxidable y se encuentran alojadas en casquillos de plástico y prensados en el soporte de aluminio, como lo ilustra la figura 23.
FIGURA 23

INTEGRADOR DE UN CONTADOR TRIFÁSICO

Las ruedas de transmisión pueden ser de material plástico o metal muy liviano y resistente al desgaste; estas ruedas no requieren de lubricación. El mecanismo numerador generalmente tiene 6 cifras, aunque hay contadores equipados con siete rodillos de cifras.

El integrador se puede montar y desmontar con facilidad y rapidez cuantas veces se desee sin necesidad de ajustes complicados. La placa de características está sujeta por dos brazos al bastidor del integrador.

5. Bornera:

El bloque de bornes y la base de la caja de material aislante forman una sola pieza prensada, en la que se disponen por separado los bornes niquelados de latón. Si la caja es de metal, la pieza aislante del bloque de bornes se fija a la placa de base mediante tornillos (Figura 24).

FIGURA 24
BLOQUE DE BORNES DE UN CONTADOR TRIFÁSICO

Los bornes deteriorados pueden ser reemplazados también por separado muy fácilmente. Dependiendo del tipo de contador, el bloque de bornes trae su respectiva numeración para facilitar su conexión al circuito.

Las perforaciones en los bornes de conexión son de diámetro suficientemente grandes que se amplía en forma cónica a la entrada del borne para facilitar la introducción de conductores trenzados de mayor sección. Cada borne de conexión dispone generalmente de dos tornillos de apriete que permiten una conexión rígida y de ajuste perfecto, los cuales pueden ser manipulados a voluntad mediante destornillador.

6. Dispositivo de Ajuste:

Igual que los medidores monofásicos los contadores trifásicos poseen dispositivos llamados de ajuste, que permiten mantener el contador dentro del error admisible de acuerdo a las normas establecidas. Todos los contadores trifásicos pueden ajustarse con facilidad y seguridad ya que los dispositivos de ajuste tienen buen acceso y no ejercen influencia entre sí. Su sentido de acción está claramente establecido por medio de una ficha indicadora bastando para el ajuste destornillador.

FIGURA 25. DISPOSITIVO DE AJUSTE DE UN CONTADOR TRIFÁSICO

1.Regulador de fase 2. Tornillo regulador del imán frenado
3. Imán de freno 4. Regulador de carga débil
5.Angulo de marcha en vacío 6. Lengüeta fija para impedir la marcha en vacío
7.Gancho solidario al eje para 8.Ajuste fino del elemento motor.
impedir la marcha en vacío

Los principales dispositivos de ajuste de un contador trifásico son: el tornillo de ajuste de precisión del imán de freno, regulador de fase por medio de un cursor de resistencia variable en cada elemento electromagnético, ajuste de carga débil en cada sistema motor, regulador de marcha en vacío, ajuste fino en cada elemento motor (figura 25).

Todos los contadores son calibrados en laboratorios especiales que generalmente tienen las respectivas empresas de Energía y Electrificadoras; una vez efectuada la calibración, los contadores se tapan y se sellan con presintas de plomo. Igualmente, efectuada la conexión respectiva del contador la bornera es cubierta con su tapa y asegurada también con sellos de plomo. Estos sellos únicamente los pueden quitar y poner la Empresa de Energía de la localidad.

c. ESQUEMAS DE CONEXIÓN

Para la medición de la energía activa en cualquier sistema trifásico de alta o de baja tensión y corriente se emplean los dos tipos de medidor trifásico:

§ Medidores con dos elementos de medición
§ Medidores con tres elementos de medición

Para las redes trifásicas de alta y baja tensión triángulo, o conexión estrella con neutro aislado se aplican los contadores con dos elementos de medición. En redes trifásicas de conexión estrella con neutro puesto a tierra hay que aplicar contadores de tres elementos de medición. En todos los casos, tanto para la medición en redes de alta y baja tensión, los dos tipos de contadores trifásicos se construyen para trabajar en baja tensión. Por lo tanto, en alta tensión, los contadores se conectan por medio de transformadores de medición.

1. Conexión de Medidores de Dos Elementos

Normalmente se intercala en la fase R la bobina de corriente del primer elemento y en la fase T la bobina de corriente del segundo elemento; la bobina de tensión del primer elemento se conecta a tensión compuesta entre las fases R y S y la bobina de tensión del segundo elemento se conecta entre las fases T y S.

Esta medida registra correctamente cargas conectadas entre dos fases y cargas trifásicas. Las siguientes figuras muestran cuatro conexiones típicas del contador trifásico de dos elementos. . La figura 26 presenta el esquema de un contador de energía activa según las normas IEC, con la correspondiente numeración de los bornes de entrada y salida, la figura 27 muestra el esquema, de un contador según las normas BSS mencionadas anteriormente. Ambos medidores están conectados directamente a la red.
La figura 28 representa el esquema de un contador trifásico de dos elementos de medición de conexión indirecta en cuanto a los circuitos de intensidad mediante dos transformadores de intensidad.

FIGURA 28


La figura 29 representa esquemáticamente dos maneras de conexión del contador de dos elementos a la red de alta tensión. En ambas variantes, las bobinas de corriente de los dos elementos, están conectadas a través de dos transformadores de intensidad. La variante a representa la conexión del circuito de tensión por medio de tres transformadores monofásicos conectados en estrella cuyo punto común está conectado a tierra y la variable b representa la conexión del circuito de tensión por medio de dos transformadores monofásicos con acoplamiento en V o estrella abierta.
2. Conexión de Medidores de Tres elementos

Este medidor se utiliza casi exclusivamente en redes trifásicas con neutro conectado a tierra, conexión estrella, para registrar energía de cargas trifásicas entre fases, y monofásicas entre fases neutro registrando correctamente en cualquier caso sean cargas equilibradas o desequilibradas.

Generalmente se intercala la bobina de intensidad de cada elemento en cada una de las fases R, S y T y la bobina de tensión de cada elemento se conecta entre la respectiva fase y el neutro. Las figuras 30 a 33 ilustran cuatro conexiones básicas de medidores trifásicos de tres elementos.

La figura 30 muestra el esquema de un contador trifásico de conexión directa a la red, según las normas IEC, con la correspondiente numeración de los bornes de entrada y de salida.

En la figura 31 se observa esquemáticamente la conexión del contador según las normas británicas BSS.

La figura 32 representa el contador trifásico en conexión indirecta en cuanto a los circuitos de corriente mediante tres transformadores de intensidad.

La figura 33 representa tres variantes de conexión del contador a la red de energía de alta tensión. Se puede observar que la conexión interna es igual a la del esquema anterior, con la diferencia de que las bobinas de tensión están conectadas a la tensión que entrega el secundario de los transformadores de tensión. En la variante a se emplean tres transformadores monofásicos de tensión conectados en estrella; en la b se utilizan dos transformadores de tensión monofásica con acoplamiento en V, y la variante c representa la conexión por medio de un transformador trifásico de tensión.

CONTADOR TRIFÁSICO DE TRES ELEMENTOS EN CONEXIÓN INDIRECTA EMPLEANDO TRES TRANSFORMADORES DE INTENSIDAD Y TRES TRANSFORMADORES DE TENSIÓN.