RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA POR: JAIME JARAMILLO LLANOS FECHA: 30/01/2003 PROF. GUA: Sr. RODRIGO PALMA BEHNKE

PROPUESTA PARA UTILIZACIN DE SISTEMAS DE MEDICIN DE ENERGA ELCTRICA EN CHILE

Los Sistemas de Medicin de Energa Elctrica (SMEE) son un componente fundamental de todo Sistema Elctrico, tanto en niveles de generacin, transmisin como distribucin; donde se aplican en facturacin elctrica y como valor agregado, a la calidad del suministro elctrico. Con el advenimiento de nuevas tecnologas y el desarrollo acelerado que ha tenido la informtica, los SMEE han presentado un notable cambio en esta ltima dcada, transformndose en sistemas completamente electrnicos, basados en arquitectura computacional, lo que ha permitido el desarrollo de aplicaciones que proveen importantes funciones. El objetivo general de este tema de memoria es contribuir al conocimiento en torno al potencial de aplicacin de SMEE en Chile, a travs de una propuesta de implementacin en el sector elctrico nacional, bajo un criterio tcnico-comercial. Como objetivos especficos se definen:

Conocer el estado del arte de esta tecnologa, Distinguir aspectos relevantes de la normativa vigente de SMEE en Chile y del marco regulatorio para el

sector elctrico nacional, que tienen influencia directa en los SMEE, Proponer y validar un esquema general de implementacin de SMEE y Disponer de un anlisis y recomendaciones sobre el uso de estas tecnologas en Chile.

El alcance de este trabajo se relaciona con elaborar y validar de manera cualitativa propuestas para utilizacin de SMEE en Chile, junto con entregar anlisis, recomendaciones y tendencias futuras de uso de SMEE en el pas. Los SMEE son clasificados en: SMEE para Grandes Clientes, Clientes Comerciales Industriales y Clientes Residenciales. Se indican los errores en la medida, esperados para cada segmento, adems de los principios de funcionamiento que los rigen. Adems, se describen los dispositivos que tengan relacin directa en el correcto funcionamiento de los SMEE, como es el caso de los transformadores de medida, los patrones de verificacin de clase y las mesas de calibracin.

Se distinguen los aspectos relevantes de la normativa internacional de SMEE, ANSI e IEC. En cuanto a la norma nacional de equipos de medida, se describen aquellas de mayor trascendencia, como la NCh 2024/1 para medidores de energa elctrica electromecnicos y las normas chilenas NCh 2534 y NCh 2542 para medidores de energa elctrica electrnicos. Tambin se describen los organismos reguladores nacionales que tienen directa relacin con los SMEE. La certificacin de un SMEE es un requisito para que ste pueda operar en el pas. Para ello, la Superintendencia de Electricidad y Combustibles nombra a los organismos de certificacin oficial en Chile, los cuales se encargan, entre otras funciones, de otorgar o rechazar la aprobacin de un SMEE de acuerdo a una norma en particular. En este trabajo, se describe el proceso de certificacin de SMEE, indicndose los distintos sistemas vigentes para ello. A su vez, se detallan los diversos pliegos tarifarios y la calidad de suministro elctrico vigentes en Chile. Entre los principales fundamentos de la propuesta, cabe sealar los siguientes: escaso conocimiento de los SMEE en el medio nacional, importancia de la informacin almacenada y la seguridad y confidencialidad del dato de facturacin. Estos fundamentos se relacionan con aspectos tcnicos, comerciales y regulatorios. La existencia de tecnologas de medicin sofisticadas y compatibilidad con tecnologas de procesamiento de la informacin y comunicacin, grafican los fundamentos de tipo tcnico. El fundamento comercial principal de la propuesta, es la factibilidad de incorporar al cliente al punto de medida, hacindose ste incluso participe en el financiamiento de la inversin requerida en un SMEE. En cuanto a los fundamentos regulatorios, stos se enfocan desde el punto de vista de la actual ley elctrica y de la propuesta de ley elctrica para Chile.

La propuesta de un esquema de SMEE para Chile se divide en dos grandes tpicos: gestin en el punto de medida y auditora de medida. En lo referente a la propuesta de gestin en el punto de medida, se considera comunicacin remota, facturacin y tratamiento del dato, esquemas tarifarios, perfil de carga, medicin de variables elctricas, sincronizacin horaria, Internet, seguridad de la informacin y redes de medidores. La propuesta de auditora de medida abarca principalmente la verificacin de la clase y la revisin completa en terreno de un SMEE. Para analizar el esquema propuesto de uso de SMEE en Chile, desde el punto de vista de su factibilidad tcnica y comercial, se validan los siguientes puntos, dando ejemplos de ellos: equipos de medicin, software de configuracin y tratamiento de la informacin, comunicaciones, aplicaciones, estrategia comercial, demandantes y oferentes de SMEE. Los resultados de este trabajo sirven de base para la formulacin de estudios detallados en temticas relacionadas con el diseo de mercados minoristas, implementacin de plataformas de informacin y anlisis financiero comercial de nuevos negocios en el mbito.

1

1. INTRODUCCIN

1.1 Motivacin y Alcance

Los Sistemas de Medicin de Energa Elctrica (SMEE) son un componente

fundamental de todo Sistema Elctrico, tanto en niveles de generacin, transmisin

como distribucin, donde se aplican principalmente en facturacin elctrica y como valor

agregado, en calidad de suministro elctrico. Si los describimos con una analoga, los

SMEE constituyen la caja registradora donde se almacenan, entre otras, las variables

que permiten efectuar la facturacin entre un proveedor y un demandante de energa

elctrica.

Con el advenimiento de nuevas tecnologas y el desarrollo acelerado que ha

tenido la informtica, los SMEE han presentado un notable cambio en esta ltima

dcada transformndose en sistemas completamente electrnicos, basados en

arquitectura computacional. Lo anterior ha permitido el desarrollo de aplicaciones de

software que proveen distintas funciones, como por ejemplo, acceso a los SMEE a

travs de una lectura a distancia, tratamiento y gestin de la informacin, ejercer

acciones de control, reconfiguracin y reprogramacin de los SMEE, etc.

Los SMEE ms sofisticados se utilizan principalmente en grandes bloques de

potencia, 2MVA ms, pero en estos ltimos aos se han incorporado al mercado

SMEE con notorios avances tecnolgicos, en segmentos comerciales o industriales y

residencial monofsico. La complejidad alcanzada por los SMEE, junto al desarrollo de

la normativa relacionada y de los elementos asociados a los SMEE, como los

transformadores de medida de potencial y corriente, los patrones de verificacin de

clase de precisin y las mesas de verificacin y calibracin en laboratorio, han tenido

como consecuencia que ste sea un tema de escaso dominio en el sector elctrico. Es

por ello, que la principal motivacin de este trabajo es contribuir al conocimiento de los

SMEE, las estrategias de uso actuales en el pas, la normativa y equipamiento

relacionados y su potencial de aplicacin en Chile.

2

1.2 Objetivos

A continuacin se definir el objetivo general y los objetivos especficos de este

trabajo de memoria.

1.2.1 Objetivo General

El objetivo general de este tema de memoria es contribuir al conocimiento en

torno al potencial de aplicacin de SMEE en Chile, a travs de una propuesta de

implementacin en el sector elctrico nacional, bajo un criterio tcnico comercial.

1.2.2 Objetivos Especficos

Como objetivos especficos se define:

Conocer el estado del arte de esta tecnologa,

Distinguir aspectos relevantes de la normativa vigente de SMEE en Chile y del

marco regulatorio para el sector elctrico nacional, que tienen influencia directa en

los SMEE,

Proponer y validar un esquema general de implementacin de SMEE,

Disponer de un anlisis y recomendaciones sobre el uso de estas tecnologas en el

contexto nacional.

1.3 Estructura del Trabajo

El trabajo se compone de seis captulos temticos ms apartados de Bibliografa

y Anexos. A continuacin, se describen los captulos correspondientes.

3

En el captulo 1, Introduccin, se presenta la motivacin y el alcance que se

persiguen al elaborar este trabajo. Se definen el objetivo general, los objetivos

especficos y se presenta la estructura del trabajo.

En el captulo 2, Sistemas de Medicin de Energa Elctrica (SMEE), se definen y

clasifican los SMEE, explicando su funcionamiento y el marco normativo internacional

relacionado. Se define el error en la medida y se describen los distintos equipos

asociados a la medicin de energa elctrica.

En el captulo 3, Anlisis de la Realidad Nacional para Los SMEE, se describen y

analizan las estrategias de uso actuales de SMEE en Chile. Adems, se entregan los

aspectos relevantes de la normativa chilena para SMEE y los elementos de tarificacin

elctrica y calidad de suministro en Chile aplicables a estos sistemas.

En el captulo 4, Propuesta de un Esquema de SMEE para Chile, se fundamenta,

describe y valida una propuesta de aplicacin de SMEE para Chile, bajo un criterio

tcnico comercial.

En el captulo 5, Anlisis de la Propuesta, se analiza la propuesta del captulo 4

utilizando como referencia criterios tcnicos, regulatorios y comerciales. Se indica un

posible estado futuro de uso de los SMEE en Chile.

En el captulo 6, Conclusiones, se elabora un conjunto de conclusiones y

recomendaciones basadas en los tpicos abordados en los captulos anteriores.

Finalmente, en la secciones de Bibliografa y Anexos, se entrega las referencias

bibliogrficas fundamentales e informacin complementaria de importancia para

profundizar en los tpicos tratados en este trabajo.

4

2. SISTEMAS DE MEDICIN DE ENERGA ELCTRICA

(SMEE)

Los primeros medidores reales de energa elctrica fueron desarrollados en la

segunda mitad del siglo XIX. Estos dispositivos tenan la capacidad de medir energa

para consumos de corriente alterna, siendo su principio de funcionamiento el de

induccin magntica. Este principio es el mismo que rige a los motores elctricos de

induccin magntica. En el caso de los medidores que funcionan bajo este principio,

conocidos como medidores electromecnicos, un disco gira proporcionalmente al

consumo de energa del circuito al que est conectado el medidor. Este disco es

equivalente al Rotor de un motor de induccin, ya que su giro se produce por la

induccin que producen en l los campos electromagnticos de las bobinas de potencial

y corriente, conectadas respectivamente en paralelo y serie, al circuito donde se desea

realizar la medicin de energa. Estas bobinas son equivalentes al Estator de un motor

de induccin y son denominadas comnmente como elementos sensores o

simplemente elementos; por ejemplo, elemento de potencial o elemento de corriente.

El principio de induccin es el que se utiliza hasta nuestros das para la

fabricacin de medidores de tipo electromecnico; no obstante, este tipo de medidores

ha cedido bastante terreno con la incorporacin de la electrnica digital y la informtica,

quedando en la actualidad los medidores electromecnicos relegados a medir

consumos pequeos; como por ejemplo, consumos residenciales monofsicos.

Actualmente, en la construccin de medidores electromecnicos se han incorporado

importantes mejoras tcnicas que han permitido disminuir considerablemente el margen

de error en la medida; como por ejemplo, incorporar dispositivos de compensacin de

variacin de tensin y temperatura, disminuir el roce mecnico para evitar prdidas,

reduccin de tamao, menores prdidas en los elementos sensores de potencial y

corriente y mejor sensibilidad para medir corrientes pequeas, entre otros avances.

El principio de funcionamiento de induccin no permite obtener mrgenes de

error en la medida comparables a los medidores electrnicos, pues existen restricciones

fsicas, como las prdidas inherentes a todo sistema electromecnico debido a la

5

existencia de partes en movimiento. Es por ello que la tendencia actual es utilizar

Sistemas de Medicin electrnicos, cuando la relacin costo beneficio lo amerite, pues

es posible conseguir con ellos errores de medicin bastante menores que con los

medidores electromecnicos.

2.1 Definicin y Clasificacin de los Sistemas de Medicin de

Energa Elctrica (SMEE)

El principal uso de los SMEE es la medicin de energa elctrica para facturacin

elctrica; no obstante, los SMEE tienen funciones y potencialidades adicionales que

permiten incluirlos dentro de la categora de sistema, que es un concepto ms amplio

que el de medidor. Aunque no es fcil dar una definicin rigurosa de un SMEE,

podemos indicar algunas caractersticas principales de los SMEE; por ejemplo su

construccin basada en un diseo electrnico digital, lo que ha permitido el desarrollo

de programas computacionales; o tambin se puede indicar el desarrollo de funciones

adicionales a la facturacin, como la telemedida, el control automtico o la gestin en el

punto de intercambio, entre otras aplicaciones.

2.1.1 Error en la Medicin de Energa Elctrica

Antes de clasificar los SMEE, es importante definir que se entiende por error en

la medicin de energa. Lo anterior se fundamenta debido a que el ndice de error en la

medicin de un SMEE, es prioritario al momento de definir en que segmento ser

utilizado.

El error porcentual en la medicin de energa est dado por la siguiente frmula

[1]:

6

Donde Error(%) es el error en la medicin de energa en porcentaje, ER es la

energa medida por el SMEE y EV es la energa verdadera. En este ltimo punto, como

la energa verdadera no es conocida se utiliza un valor convencional. Por ejemplo, EV

puede ser la medicin realizada por un patrn de medida con una clase de error 4

veces mejor a la del SMEE a verificar. Este valor puede ser considerado como

verdadero debido a lo indicado por las normas internacionales. As, si el SMEE a

verificar tiene una clase de error 0.2%, el patrn a utilizar debe tener una clase de al

menos 0.05% para que su medida sea considerada verdadera con respecto al SMEE en

ensayo.

2.1.2 Clasificacin de los SMEE

La clasificacin ms til de los SMEE es la realizada de acuerdo a los segmentos

en que son principalmente utilizados, los cuales son: grandes clientes, clientes

industriales-Comerciales y clientes residenciales. La exactitud o precisin con la que es

realizada la medicin de energa elctrica define principalmente en que segmento ser

utilizado un SMEE determinado. As, un SMEE para el segmento de grandes clientes

tendr comnmente un error mximo de acuerdo a lo norma metrolgica de 0.2% [3],

un SMEE orientado para el segmento industrial-comercial tendr un error comprendido

entre 0.5 y 1% [2]. Finalmente, para un SMEE orientado para clientes residenciales el

error en la medicin est en el rango 1 y 2% [1].

Otras funciones adicionales de los SMEE, como la telemedida o el

almacenamiento de variables elctricas, existen en mayor o menor medida en todos los

100*(%)EV

EVERError

-=

(1)

7

segmentos de SMEE indicados, siendo su sofisticacin la principal diferencia entre cada

uno de los segmentos definidos.

2.1.2.1 SMEE para Grandes Clientes

Definiremos a un gran cliente como aquel que tiene una potencia aparente leda

mensual igual o superior a 2MVA. Es decir, se trata generalmente de un cliente que

est dentro de la categora Cliente Libre de acuerdo a la reglamentacin elctrica

vigente en Chile [4]. Por qu poner el lmite en la frontera de potencia de cliente libre?

Bsicamente pues un cliente libre tiene un mayor grado de libertad para acordar su

pliego tarifario con la empresa que le suministra energa elctrica. Es por ello, que

frecuentemente son requeridos SMEE con mayor sofisticacin para este segmento.

A su vez, dado que tanto la energa consumida, la potencia demandada y los

montos en dinero involucrados en la facturacin de este tipo de clientes son

considerables, se requiere un SMEE que tenga una alta precisin de medida, usndose

comnmente el SMEE con el error ms pequeo existente en el mercado, que de

acuerdo a las normativas internacionales vigentes es 0.2% [3].

Aunque ser tratado en este captulo el funcionamiento de un SMEE,

comnmente un SMEE orientado al segmento de gran cliente est compuesto por

etapas o mdulos de: entrada de variables, conversin analgica digital, clculo de

energas y variables elctricas, despliegue de la informacin (display), almacenamiento

de datos, entrada y salida de pulsos (control y monitoreo) y comunicaciones (local y

remota).

En la siguiente figura se muestra un esquema general de un SMEE para grandes

clientes [16]. No obstante, este esquema ya es utilizando para SMEE orientados a

segmentos de menores consumos.

8

Figura 2.1 Diagrama en bloques de un SMEE para Grandes Clientes

2.1.2.2 SMEE para Clientes Industriales y Comerciales

Generalmente, la cota superior de potencia activa de este segmento es de 2 MW

que corresponde en este caso al lmite superior de potencia de un cliente regulado para

la legislacin elctrica vigente en Chile [4]. En general, son clientes trifsicos y su

tarificacin elctrica tiene cargos por energa consumida y potencias ledas que pueden

considerar o no discriminacin horaria. Las clases de error de los SMEE para clientes

industriales y comerciales varan entre 0.5 y 1% [2].

Si la tarificacin slo considera potencias contratadas, por ende no es necesario

medirlas, bastara con un medidor que mida slo energa; por lo que en estos casos

puede que se utilice un medidor simple de energa y no un SMEE en este segmento.

DisplayDatos para Facturacin

Almacenamiento de DatosMemoria Masiva, Eventos, etc

Entrada y Salida de PulsosKYZ, GPS, etc

ComunicacinLocal y Remota

MicroprocesadorCalculo de Tensin e IntensidadClculo de Variables Elctricas

Conversor Anlogo/Digital

Variables de EntradaTensin (Fase y ngulo)

Corriente (Fase y ngulo)

9

2.1.2.3 SMEE para Clientes Residenciales

En este caso, el cliente residencial generalmente tiene un consumo de tipo

monofsico, aunque tambin podemos considerar dentro de este grupo a clientes

polifsicos con pliegos tarifarios que slo impliquen la medicin de energa. En este

segmento, los medidores utilizados difieren bastante de los SMEE utilizados en los

casos anteriores, tanto metrolgicamente como funcionalmente. La tecnologa

predominante de construccin de estos medidores es la electromecnica aunque ya

est cediendo terreno a la tecnologa electrnica. Las clases de precisin metrolgica

comnmente utilizadas varan entre el 1 y el 2% [1].

2.2 Funcionamiento de los SMEE

El funcionamiento de los SMEE ser analizado desde lo siguientes puntos de

vista: adquisicin de variables de entrada analgicas, medicin de energa y variables

elctricas, despliegue de la informacin, gestin de la informacin, comunicaciones y

finalmente, control y monitoreo. Si bien al analizar estos puntos no se har una

distincin formal entre los segmentos de grandes clientes o clientes industriales-

comerciales, cuando se considere pertinente se indicar si el anlisis que se realiza es

slo pertinente a alguno de esos segmentos.

En general, los SMEE orientados a segmentos residenciales monofsicos an no

pueden competir en funcionalidad con los SMEE de los segmentos superiores. No

obstante, si alguna funcionalidad es comn a ellos se indicar cuando corresponda.

2.2.1 Adquisicin de Variables de Entrada Analgicas

Para que un SMEE mida energa elctrica, necesita medir la tensiones y

corrientes del circuito en mdulo y ngulo, a estas seales las llamaremos variables de

10

entrada analgicas. Por lo tanto, es necesario que los elementos sensores de potencial

del SMEE estn conectados en paralelo con la diferencia de potencial del circuito a

medir. A su vez, tambin es necesario que por los elementos sensores de corriente

circule la corriente total del circuito [16-19].

Cuando la diferencia de potencial y/o corriente del circuito sobrepasan los valores

nominales o permitidos por el SMEE, se debe utilizar transformadores de medida, los

cuales son tratados en este captulo [25].

2.2.1.1 Muestreo de las Variables de Entrada Analgicas

Las variables de entrada analgicas captadas en los bornes del SMEE son

digitalizadas en un mdulo conversor analgico digital, el cual controla todas las

funciones metrolgicas de un SMEE. A esto se denomina muestreo de la seal de

entrada. Es por ello, que la correcta operacin de este mdulo es fundamental para

asegurar la clase de precisin o exactitud de medida de un SMEE, lo que asegurar la

transformacin de las variables anlogas de entrada a sus correspondientes digitales,

con el error dentro de la clase certificada.

Las principales funciones metrolgicas del mdulo conversor anlogo-digital son

[16-19]:

Realizar el muestreo de las formas de onda de tensin y corriente de entrada

para cada una de las fases: En efecto, en general, cada fase se muestrea a

una tasa aproximada entre 200 y 1.000 veces por segundo, cuyo valor exacto

depender del modelo del SMEE. A mayor clase de precisin, mayor cantidad

de muestras por ciclo. Si se considera un sistema trifsico y un muestreo de

mil ondas por segundo, se tendra del orden de 6.000 muestras por segundo,

para las tres corrientes y tensiones, lo que asegura la reconstitucin casi

exacta de las formas de onda originales,

11

Sincronizacin de la transferencia de datos hacia los restantes mdulos de un

SMEE: En general, en la mayora de los SMEE se realiza en el mdulo

conversor anlogo digital la tarea de la sincronizacin de los datos obtenidos

y calculados a los restantes mdulos del SMEE.

2.2.2 Medicin de Energa y Variables Elctricas

La medicin de energa es sin duda la razn primera y funcin principal de un

SMEE. Esta medicin permite obtener la informacin necesaria y confiable para

efectuar una transaccin monetaria entre un oferente y un demandante de energa

elctrica. En general, un SMEE mide o calcula las energas y variables elctricas a

partir de la digitalizacin o muestreo de la seal de la etapa de conversin analgica-

digital.

Figura 2.2 Muestreo de seal de Tensin y Corriente La figura representa el muestreo de las seales de tensin y corriente para una fase determinada. En este caso, se toman 8 muestras de cada seal por ciclo. Si la frecuencia es 50 Hz, se toman 400 muestras por cada seal de tensin o corriente por segundo. Si el SMEE es de 3 elementos (3 tensiones y 3 corrientes), en un segundo se toman 6 x 400 =2.400 muestras por segundo

12

Como vimos, el SMEE toma una muestra de las tensiones y corrientes presentes

en sus elementos. Si el SMEE tiene 3 elementos y est conectado en un sistema

trifsico con neutro, se tendr muestras de 6 seales, las cuales son: las 3 tensiones de

fase y las 3 corrientes de lnea. Una vez digitalizados, estos valores son almacenados

en los respectivos registros dentro del SMEE.

A continuacin se describe una forma genrica de efectuar las mediciones o

clculos de variables en un SMEE [16-19].

2.2.2.1 Medicin de Tensin y Corrientes RMS

Al final de cada segundo, o en el ciclo N 50 si la frecuencia es 50 Hz, un registro

contiene las sumas de los cuadrados de las tensiones y corrientes separados por fases.

Acto seguido, se toma el promedio de cada valor y se obtiene la raz cuadrada. Asi, se

tiene los valores RMS de cada una de las tensiones y corrientes de cada fase. Una vez

efectuado el clculo, los registros se vuelven a cero para comenzar un nuevo clculo

con los datos de los siguientes 50 ciclos. Las frmulas de clculo son las siguientes:

Luego, los valores eficaces de las tensiones y las corrientes se actualizan cada

un segundo. Es una muy buena aproximacin para decir que estos valores de tensin y

corriente son instantneos.

=N

NRMS VNV 1

21

=N

NRMS INI 1

21

Donde N es el nmero de muestras por segundo y Vn e In son las tensiones y corrientes muestreadas en el instante N

(2)

(3)

13

2.2.2.2 Clculo de las potencias activas y reactivas instantneas

Para realizar el clculo de la potencia activa instantnea de una fase

determinada, se multiplica las muestras de tensin y corriente obtenidas en ese

instante. De manera similar, se calcula la potencia reactiva instantnea por fase, las

potencias activas y reactivas trifsicas instantneas, etc.

Figura 2.3 Clculo de potencias activas y reactivas

La potencia instantnea se calcula multiplicando las muestras de tensin

instantnea por la corriente instantnea tomadas en un mismo instante de tiempo.

A su vez, la potencia aparente se calcula multiplicando Vrms por el valor coincidente de Irms, estos ltimos calculados por las muestras tomadas en un mismo ciclo (ver clculo de Vrms e Irms)

El lapso de tiempo entre una muestra y otra de las formas de onda de tensin y corrientes, dependen del diseo del SMEE

2.2.2.3 Medicin de Energa Activa (Wh)

La energa activa es medida multiplicando los valores instantneos de tensin y

corriente de una misma fase. Los valores resultantes son guardados en un registro

=N

NRMS VNV 1

21

=N

NRMS INI 1

21

Donde N es el nmero de muestras tomadas en un ciclo

(4)

(5)

14

acumulador que realiza la suma de ellos. Transcurrido un segundo, el resultado final es

traspasado a otro registro donde es multiplicado por factores de escala para efectos de

obtener valores en Wh. Si el SMEE permite medir energa activa en ambos sentidos,

directa y reversa, los clculos se hacen en registros separados.

2.2.2.4 Medicin de Energa Reactiva (VARh)

La manera ms comn de medirla es multiplicar el primer valor instantneo de

tensin de una fase, por el valor de corriente de la misma fase pero que haya sido

muestreado un cuarto de ciclo despus. Esto permite que exista un desfase de 90

entre la tensin y la corriente de la misma fase.

2.2.2.5 Medicin de la Energa Aparente (VAh)

La energa aparente puede ser calculada por dos mtodos, los cuales pueden

ser seleccionados en la mayora de los SMEE:

Mtodo Aritmtico: la energa aparente se calcula como:

Donde los valores eficaces de la tensin y la corriente son los calculados en el

punto 2.2.2.1 de este captulo. Este mtodo asegura incorporar en el calculo la mayor

informacin posible del contenido armnico de las seales de entrada. El valor trifsico,

o total, de VAh se calcula sumando los resultados obtenidos para cada fase y ajustando

con factores de escala para obtener un valor en unidades de energa. Este valor se

actualiza cada segundo.

Mtodo Vectorial: este mtodo calcula la hipotenusa en un tringulo de potencias,

donde los catetos son los valores de potencias activas y reactivas respectivamente.

IV RMSRMS xVA = (6)

15

Tambin se debe ajustar con factores de escala para obtener el valor final en unidades

de energa. La frmula de clculo es la siguiente:

2.2.2.6 Integracin de Demanda

La mayora de los pliegos de facturacin por consumo de energa elctrica de

clientes trifsicos incluyen un cargo o cobro por concepto de potencia activa consumida.

Es lgico que as sea, pero Qu potencia se cobra?. Sera injusto cobrar por la

mxima potencia instantnea de un perodo pues sta puede no ser representativa del

real consumo del cliente. Es por ello que se defini el concepto de demanda, para

facturar por la potencia consumida. La demanda tiene unidades de potencia, y

corresponde a la integracin de la energa consumida en un perodo determinado de

tiempo. Aunque la tarificacin elctrica para Chile ser vista en el prximo captulo, el

intervalo de integracin de demanda para nuestro territorio es de 15 minutos. Para los

pliegos que discriminan entre horas de punta y fuera de punta, se miden dos demandas

por separado: la demanda en punta y la demanda fuera de punta.

Para calcular la demanda mxima de un perodo de facturacin, por ejemplo un

mes, los SMEE acumulan la energa consumida durante un intervalo fijo; por ejemplo,

15 minutos. Una vez terminado ese intervalo, esta energa es convertida a unidades de

potencia pues la duracin del intervalo es conocida. Al valor resultante, se denomina

demanda integrada en curso y es comparado con el mximo valor de demanda

integrada hasta el momento. Si el valor de la demanda en curso es mayor al valor

almacenado hasta el momento como demanda mxima, este ltimo es desechado y el

nuevo valor de demanda pasa a ser la demanda mxima. Esta comparacin se realiza

al final de todos los intervalos de integracin, por lo que al final del perodo de

facturacin se conoce el valor mximo de demanda; o demanda mxima, de todo el

perodo. Una vez que comienza un nuevo perodo de facturacin, se realiza un reset de

demanda, que equivale a poner en cero el registro actual de demanda mxima.

VARWVA22

+= (7)

16

2.2.2.7 Memoria Masiva

La memoria masiva, o Memoria masa (Mass Memory), permite almacenar

variables de facturacin y estado en el interior del SMEE. Esta memoria prcticamente

es un estndar en los SMEE, y permite obtener informacin sensible directamente

desde el medidor, lo que redunda en muchos beneficios desde el punto de vista de la

gestin en el punto de facturacin y el tratamiento de la informacin.

Similar a la integracin de demanda, la memoria masiva almacena la informacin

en intervalos de tiempo definidos; por ejemplo: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30 o 60

minutos, siendo capaz de almacenar diversas variables las cuales ocuparan un canal de

la memoria masiva. Comnmente, se almacena energa en la memoria masiva, por lo

que un SMEE que es capaz de almacenar energas activas y reactivas en ambos

sentidos del flujo de potencias, debe tener al menos 4 canales.

La memoria masiva almacena pulsos en cada canal por cada intervalo. A mayor

resolucin, mayor cantidad de pulsos por intervalos es requerida. Para poder traducir a

unidades elctricas, se debe programar en el SMEE un peso de pulso, el cual es la

equivalencia para transformar a unidades fsicas de la variable elegida; por ejemplo,

pasar de pulsos a Wh. A continuacin, se muestra una tabla de una memoria masiva de

2 canales, intervalo de 15 minutos, un peso de pulso 1,8 Wh / pulso y razn de

transformacin igual a 2.000 (TT/PP x TT/CC):

Tabla 2.1 Transformacin de pulsos de memoria masiva

Intervalo Canal 1 Energa Activa Directa

(Pulsos)

Canal 2 Energa Reactiva Directa (Pulsos)

Energa Activa Directa

Referida al Primario (MWh)

Energa Reactiva Directa

Referida al Primario (MVARh)

22:00-22:15 2.478 376 8,9 1,4 22:15-22:30 2.151 358 7,7 1,3 22:30-22:45 1.934 293 7,0 1,1 22:45-23:00 1.654 207 6,0 0,7

17

2.2.3 Despliegue de la Informacin

Los SMEE permiten su lectura en terreno consultando de manera visual un display o

pantalla, el cual est ubicado en un lugar accesible por un operador o lector. Este

display es completamente configurable de acuerdo a las variables que es capaz de

desplegar y la informacin comnmente es mostrada secuencialmente.

Tambin, los SMEE permiten la extraccin de la informacin va comunicacin

local o remota, tema que es tratado en este captulo [16-19].

2.2.3.1 Display en Modo Normal

Se denomina display en modo normal a las variables que muestra el display de

un SMEE sin que se haga ninguna operacin en el SMEE. En general, se configura este

modo para que muestre variables de facturacin, puesto que la razn ms probable

para consultar un display de un medidor, es justamente para obtener los datos

necesarios para emitir una factura desde el proveedor de la energa hacia el

consumidor de ella.

A continuacin se muestra un ejemplo de los campos desplegados en el display en

modo normal de un SMEE convencional, para tarifa horaria (En Chile, tarifas BT-4 AT-

4):

18

Tabla 2.2 Campos desplegados en display en modo normal

tem Variable Modo Normal

01 Test de Segmentos

02 Identificador del SMEE

03 Fecha Actual

04 Hora Actual

05 Energa Activa Directa

06 Energa Activa Reversa

07 Energa Reactiva Directa

08 Energa Reactiva Reversa

09 Demanda Mxima Directa

10 Fecha de Demanda Mxima Directa

11 Hora de Demanda Mxima Directa

12 Demanda Mxima Reversa

13 Fecha de Demanda Mxima Reversa

14 Hora de Demanda Mxima Reversa

15 Demanda Mxima Directa en Punta

16 Fecha de Demanda Mxima Directa en Punta

17 Hora de Demanda Mxima Directa en Punta

18 Demanda Mxima Reversa en Punta

19 Fecha de Demanda Mxima Reversa en Punta

20 Hora de Demanda Mxima Reversa en Punta

21 Contador de Reset de Demanda

2.2.3.2 Display en Modo Alterno

Un display en modo alterno tiene como finalidad mostrar variables que no son de

facturacin, pero que tienen importancia desde un punto de vista elctrico y del equipo

de medida. Para acceder al modo alterno en el SMEE, se debe ejecutar alguna accin,

como por ejemplo, presionar algn botn destinado para ello.

A continuacin, se muestra una tabla con variables factibles de ser incorporadas

en el display en modo alterno:

19

Tabla 2.3 Variables en modo alterno

tem Variable Modo Alterno

00 Identificador del SMEE

01 Razn de Transformacin TT/PP x TT/CC

02 Nmero de Reset de Demanda

03 Potencia Activa Instantnea

04 Tensiones RMS (fases R, S y T)

05 Corrientes por Lneas

06 Demanda Acumulada

07 Demanda Acumulada Continua

08 Nmero de Cadas de Tensin

09 Fecha y Hora ltima Cada de Tensin

10 Cdigo de ltimo Evento

11 Fecha y Hora Ocurrencia de ltimo Evento

12 Peso de Pulso Memoria Masiva

13 Constante Kh

14 Horas de Uso de Batera de Respaldo

15 Nmero de Programa

16 Intervalo de Demanda Presente (KW, KVA)

17 Fecha y Hora ltima Programacin

18 Fecha y Hora de ltimo Reset de Demanda

15 Nmero de Interrogaciones Locales o Remotas

2.2.3.3 Diplay en Modo Test

El modo test es una modalidad de prueba del SMEE. Su finalidad consiste en

poder verificar el correcto funcionamiento de un SMEE determinado sin alterar los

registros de facturacin que estn en el equipo de medida. Para ello, si el SMEE es

puesto en modo test, se detiene automticamente la facturacin realizada por el SMEE

y comienzan a funcionar registros especiales de facturacin, pero que funcionan slo en

modo test. Esto permite poder verificar, por ejemplo, si un medidor mide dentro de su

clase de precisin certificada; contrastndolo con un patrn de medida. Una vez

finalizada la prueba, el SMEE es retornado a su modo de facturacin normal. Para tener

acceso al modo test, generalmente se debe romper sellos y acceder a algn interruptor

interno del SMEE.

20

A continuacin se indican algunas variables que entrega el medidor al momento

de ser colocado en modo test:

Tabla 2.4 Variables en modo test

tem Variable Modo Test

01 Energa Activa Directa Modo Test

02 Energa Activa Reversa Modo Test

03 Energa Reactiva Directa Modo Test

04 Energa Reactiva Reversa Modo Test

05 Demanda Mxima Activa Directa Modo Test

06 Demanda Mxima Activa Reversa Modo Test

07 Kh Modo Test

Estas mediciones son comparadas con las que entrega el patrn de medida, de

una clase de precisin al menos 4 veces mejor a la del SMEE, y as es posible

determinar el error en la medida con el mtodo de comparacin de energas.

2.2.4 Gestin en el Punto de Intercambio Energtico

Definiremos como punto de intercambio energtico, al lugar de la red elctrica en

donde un oferente de electricidad, como por ejemplo una empresa generadora, inyecta

energa a la red para ser consumida por una empresa demandante de ella, como por

ejemplo una empresa distribuidora. Es decir, existe una transaccin elctrica [26].

Por lo tanto, realizar acciones en el punto de intercambio energtico o con la

informacin obtenida de l, permiten mejorar la gestin redundando en beneficios

econmicos y tcnicos.

Lo anterior se debe a que la capacidad de almacenamiento de las variables de

facturacin y estado permiten utilizar esta informacin para efectos de optimizar la

gestin en un determinado punto de intercambio energtico, tomando decisiones mejor

informadas y obteniendo mayores rentabilidades tcnico-econmicas.

21

Una caracterstica importante de gestin en el punto de intercambio es la

posibilidad de obtener la informacin de facturacin o estado referida al primario. Esta

es una funcin muy til de los SMEE. El dato de facturacin puede ser obtenido referido

inmediatamente al primario sin necesidad de realizar correcciones externas. Una fuente

de error frecuente se produce justamente cuando la informacin debe ser multiplicada

a mano externamente. Los SMEE permiten ingresar las prdidas del transformador de

poder, las prdidas del compacto de medida, las prdidas en la lnea y finalmente, la

razn de transformacin del compacto de medida para obtener la variable de

facturacin depurada [26].

2.2.5 Comunicaciones

2.2.5.1 Comunicaciones Remotas y Locales

Una de las funciones ms interesantes es la posibilidad de interrogar de manera

remota a los SMEE. Para estos efectos, se dispone en la mayora de los casos de un

mdem interno compatible con lneas telefnicas anlogas almbricas. Tambin se

dispone generalmente de un puerto serial (por ejemplo, RS-232) al cual se puede

conectar un mdem externo o algn tipo de dispositivo de comunicacin. Tambin es

factible disponer de una comunicacin dual, es decir, proveer dos canales de

comunicacin simultnea al SMEE, para permitir, por ejemplo, el acceso al

suministrador de energa y al cliente de manera simultnea

A su vez, los SMEE traen generalmente un puerto serial y un puerto ptico, lo

que permite una comunicacin local, mediante un conector adecuado, a un computador

o sistema concentrador de datos [16-19].

22

2.2.5.2 Redes de Medidores y Protocolos

Es comn que en un mismo gabinete o panel, por ejemplo en una subestacin

elctrica, existan varios SMEE y por otro lado, que se desee ocupar un mismo canal de

comunicaciones para interrogar a estos SMEE. En general, los SMEE permiten la

conexin entre ellos para efectos de optimizacin de las comunicaciones remotas, la

que denominaremos red de medidores. Definiremos a continuacin algunos tipos de

redes de SMEE [16-19]:

Configuracin maestro-esclavo (Daisy Chain): este tipo de conexin permite utilizar

un solo canal telfonico para interrogar varios SMEE de manera secuencial. No

obstante, existen restricciones para el nmero de SMEE posibles de ser

interrogados, comnmente hasta 10 equipos. Para establecer una conexin maestro

esclavo de SMEE, se debe configuran a cada SMEE integrante de la red

definindolo como maestro esclavo 1 esclavo 2 esclavo 3, etc. Esta

configuracin comnmente se realiza mediante el accionamiento de micro switchs

internos, mediante software, y tambin por el conexionado externo. Al interrogar

telefnicamente a los SMEE conectados en la red Daisy chain, la conexin se

realiza primero con el SMEE maestro para despus pasar al esclavo 1, esclavo 2,

etc., hasta el ltimo esclavo. La configuracin maestro-esclavo es til cuando la

interrogacin a los SMEE se realiza cada cierto tiempo, como por ejemplo, una vez

al mes para obtener los datos de facturacin,

Configuracin multipunto: este tipo de configuracin es la adecuada cuando se

requiere una comunicacin permanente o en tiempo real. Para ello, se utiliza los

puertos de comunicacin serial disponibles en la mayora de los SMEE, por ejemplo,

RS-232. Luego, las prestaciones dependen del diseo y la topologa de la red

externa al medidor. El uso ms frecuente es el uso de la informacin extrada del

medidor para ser ingresada a un sistema SCADA o RTU,

Configuracin Dual: Esta configuracin permite la conexin simultnea a un SMME y

no excluye las dos configuraciones anteriores. Esta funcin es de utilidad, por

ejemplo, si un cliente necesita estar comunicado permanentemente con su SMEE y

23

a su vez, la compaa distribuidora de energa elctrica requiere comunicarse

peridicamente para obtener datos de facturacin. Para ello, la mayora de los

SMEE traen dos puertos seriales o, en su defecto, un puerto serial y un mdem

interno,

Power Line Communicatios (PLC): esta configuracin esta diseada

especficamente para la transmisin a travs de las redes de distribucin elctrica

con un pequeo ancho de banda. Por ende, es factible de ser utilizada en medicin

monofsica para lectura remota de medidores residenciales, aunque es posible

interrogar SMEE trifsicos tambin. Si bien el ancho de banda es bajo y por ende, la

informacin que se puede transmitir, esta configuracin permite interrogar una

cantidad importante de medidores con un solo concentrador, aproximadamente

3.000 puntos de medida. Se utiliza la misma red de distribucin de energa elctrica

y las seales son capaces de traspasar los trasformadores de distribucin desde el

secundario al primario [24].

Con respecto a los protocolos de comunicacin, la mayora de los SMEE tienen

protocolos de comunicacin cerrados; y en algunos casos no son de conocimiento

pblico. No obstante, los sistemas concentradores de datos (Scada o RTU) se han

preocupado de traer los protocolos de comunicacin de los SMEE ms utilizados.

Ejemplos de fabricantes de RTU que incorporan protocolos de comunicacin de SMEE:

Advanced Control Systems,

Advanced Logical Solutions,

ATI Systems,

Chrysler (Pentascar),

Ilex Systems,

Landis & Gyr,

Leeds & Northrup,

Siemens,

Systems Northwest,

Tasnet,

24

Valmet.

2.2.6 Control y Monitoreo

Sin duda que una de las aplicaciones ms interesantes de un SMEE es su

capacidad de emitir pulsos para su posterior utilizacin en algn tipo de control. A esta

emisin de pulsos se denomina salida de pulsos y generalmente corresponden a

contactos secos, contactos KYZ o contactos libres de potencial, los cuales ante la

ocurrencia de algn evento previamente programado, se cierran o abren. Las

aplicaciones de estas salidas de pulsos pueden ser variadas, y sern descritas a

continuacin [16-19]:

2.2.6.1 Monitoreo de Energas Consumidas

Se puede programar los contactos secos de salida de un SMEE para que se

cierren y abran proporcionalmente a la cantidad de energa consumida, la cual puede

ser activa o reactiva, y tambin se puede discriminar la direccin del flujo; es decir,

energa directa o reversa (4 cuadrantes del diagrama de potencias). Para ello, es

necesario definir cual es la equivalencia de un pulso en energa. A esta equivalencia se

denomina peso del pulso. La siguiente tabla ejemplifica la situacin:

Tabla 2.5 Programacin de contactos secos de salida de un SMEE

Intervalo Duracin del Intervalo (minutos)

Peso del Pulso

(Wh/pulso)

Razn de Transformacin

TTPPxTTCC

Contacto KYZ 1

Contacto KYZ 2

Contacto 3

10:00-10:15 15 0,45 2.000 MWh MVARh EOI 10:15-10:30 15 0,45 2.000 MWh MVARh EOI 10:30-10:45 15 0,45 2.000 MWh MVARh EOI 10:45-11:00 15 0,45 2.000 MWh MVARh EOI

Intervalo N Pulsos

Energa Activa Directa

N Pulsos Energa Reactiva Directa

Energa Activa Directa (MWh)

Energa Reactiva Directa

(MVARh)

Demanda Activa (MW)

Resolucin Mnima de un Pulso (MWh)

10:00-10:15 3.053 545 2,75 0,49 10,99 0,001 10:15-10:30 3.455 652 3,11 0,59 12,44 0,001 10:30-10:45 3.788 756 3,41 0,68 13,64 0,001 10:45-11:00 3.894 861 3,50 0,77 14,02 0,001

25

Como se ve en la tabla anterior, el contacto 1 pulsa proporcionalmente a la

energa activa directa consumida, el contacto 2 a la energa reactiva directa y el

contacto 3 es la seal EOI (end of interval) o fin de intervalo. La seal EOI indica que se

ha terminado un intervalo de integracin de demanda (comnmente 15 minutos) en el

SMEE; y por ende, comienza una nueva cuenta de pulsos para el intervalo siguiente.

Conocidos los pulsos emitidos en un intervalo, ms el peso de stos (la equivalencia de

un pulso en Wh o VARh) y la razn de transformacin de los transformadores de

medida, podemos obtener la energa referida al primario, y como esta energa es

consumida en un tiempo conocido se puede obtener adems, la demanda.

No obstante el SMEE slo entrega los contactos secos y la capacidad de

programarlos, existe en el mercado tecnologa adecuada para tomar los pulsos y

traducirlos a energa y demanda de la manera indicada; por ejemplo, un sistema

SCADA. Este monitoreo de energas permite efectuar, entre otras, las siguientes

aplicaciones:

Optimizacin de curva de carga: conocido el consumo de energa en tiempo real e

histrico, es factible tomar medidas o ejercer acciones para efectos de aplanar o

suavizar la curva de carga del circuito. Esto permite una mayor eficiencia en el uso

de la energa y ofrece ahorros considerables,

Historial de consumos: mantener un historial de consumos permite, entre otras

cosas, proyectar un posible cambio del consumo elctrico a futuro y obtener

indicadores de utilidad para efectos de relacionar el consumo elctrico con la

capacidad productiva de la compaa.

Un monitoreo tambin puede ser efectuado obteniendo directamente la

informacin desde el puerto serial de un SMEE, no a travs de las salidas de pulsos. El

nico inconveniente es que se debe contar con el protocolo de transmisin de datos

respectivo o, en su defecto, ocupar el software de lectura provisto por el fabricante.

26

2.2.6.2 Control de Demanda

Es de preocupacin de la mayora de las empresas no exceder la potencia

elctrica histrica, en vista que los pliegos tarifarios para ese segmento consideran un

cobro por la demanda mxima mensual. Adems, si la tarifa contratada es de tipo

horario, las demandas en horario de punta son considerablemente ms caras que las

demandas fuera del horario de punta. Es por ello que generalmente las salidas de

pulsos de los SMEE proveen la salida Demanda Umbral, contacto que se cierra una

vez que se alcanza un valor determinado de demanda integrada, previamente

programado.

Este contacto podra comandar un circuito externo que pueda desconectar

automticamente circuitos menos prioritarios, como alumbrado u otros, que permitan no

sobrepasar un valor determinado de demanda integrada.

2.2.6.3 Control de Factor de Potencia

El factor de potencia puede calcularse como el cuociente entre la energa activa y

la energa aparente; o como el coseno del ngulo de desfase entre la tensin y la

corriente. Los SMEE permiten establecer un control automtico de factor de potencia,

utilizando alguno de los mtodos de clculo indicados, cerrando un contacto cada vez

que el valor del factor de potencia disminuya por debajo del permitido de acuerdo al

pliego tarifario. El cierre de este contacto, puede accionar un banco de condensadores

que mejora el factor de potencia del circuito hasta que el nuevo valor del factor de

potencia provoca que el contacto se abra nuevamente, y por ende, desconecta el banco

de condensadores.

2.2.6.4 Alarmas o Llamado ante un evento

Todo sistema elctrico est sujeto a alguna anomala en su funcionamiento, por

muy improbable que sta sea. Por ende, los SMEE actuales son capaces de discriminar

27

si estn ante la presencia de algn tipo de situacin anmala en el sistema elctrico en

el que estn conectados. Estas anomalas pueden ser graves o leves, accidentales o

provocadas por desconocimiento.

Al producirse una falla o anomala (evento) en un sistema elctrico, los SMEE

pueden reaccionar de la siguientes maneras:

Accionar alguno de los contactos secos KYZ, para dar inicio a un sistema externo de

alarmas,

Mostrar en el display del SMEE, un cdigo de falla o anomala,

Que el SMEE realice un llamado a un telfono predeterminado, ante la ocurrencia de

un evento (phone home on event).

A continuacin, se indican algunas de las fallas factibles de afectar a un sistema

elctrico, o a la medicin de energa, y que es posible detectarlas a travs de un SMEE:

Polaridad invertida de un transformador de medida de corriente: se produce cuando

una o ms de las bobinas de un transformador de corriente, son conectadas de

manera inversa a la indicada por el fabricante. Esta falla afecta a la medicin de

energa,

Cruce de fase: se produce cuando los bornes de un SMEE no son conectados a la

fase correspondiente indicada por el fabricante. Esta falla afecta a la medicin de

energa,

Desequilibrio de tensin de fase: Si la tensin de una de las fases disminuye o

aumenta sobre un valor determinado con respecto a las otras fases, se produce un

desequilibrio de tensin de fases. Esta falla afecta al sistema elctrico,

Ausencia de corriente de lnea: En un circuito con sus cargas balanceadas y

distribuidas, es normal que las corrientes de lneas tengan valores similares en

cuanto a magnitud. Por lo tanto, si una corriente de lnea es cero mientras existe

28

presencia de corriente en las otras lneas, es sinnimo de anomala. Esta falla afecta

al sistema elctrico,

Contaminacin de forma de onda: Se produce cuando se presenta una distorsin de

la forma de onda, como por ejemplo, presencia de componente DC en la lnea o

una contaminacin armnica. Esta falla afecta al sistema elctrico,

Prdida de tensin de fase: si una fase no est presente, el SMEE detectar esta

anomala. Esta falla afecta al sistema elctrico,

Anomala interna del SMEE: Es factible que le SMEE presente una falla que impida

su normal funcionamiento. Estas fallas pueden ser de tipo fatal o no fatal. Una falla

fatal implica generalmente que el SMEE no tiene reparacin o que su

funcionamiento ya no es confiable; como por ejemplo, error de la memoria de

almacenamiento de datos, error en datos de facturacin, etc. Un falla no fatal tiene

solucin ejerciendo algunas acciones correctivas; como por ejemplo, sobrepaso de

escala de medicin, batera baja, desincronizacin de reloj, etc.

2.2.6.5 Entrada de Pulsos

En la mayora de los modelos de SMEE para grandes clientes es factible

encontrar entradas de pulsos para diversas funciones, como por ejemplo, sincronizacin

de reloj con otros SMEE, integracin de medida, sincronizacin de demanda, etc.

2.3 Normativa de SMEE

En esta seccin se tomarn aspectos relevantes de las normas internacionales

para SMEE orientados a segmentos de grandes clientes y clientes industriales y

comerciales; es decir, SMEE con clases de precisin certificadas con un tope mximo

de 0.2%. El enfoque estar principalmente en las normativas ANSI e IEC, debido a que

29

la mayora de los SMEE predominantes en el mercado nacional y mundial se fabrican

bajo estos estndares. A su vez, el nfasis ser puesto en los puntos referentes a

formatos y aspectos metrolgicos o de precisin o exactitud en la medida de las normas

en cuestin [1-3, 10, 16-19 ].

Como se ha visto, el error tpico de facturacin para un SMEE orientado a

Grandes Clientes es de 0.2% o Class 0.2S de acuerdo a la normativa internacional.

La siguiente tabla, ilustra los errores mximos permitidos por un SMEE que cumple con

la clase 0.2S bajo la norma IEC 60687 ANSI C12.16, de acuerdo a las corrientes y

ngulos de las distintas fases [16].

Tabla 2.6 Errores mximos permitidos bajo normas ANSI e IEC

Cantidad Medida Rango de

Carga en %

de In o TA

ngulo de Fase

en Grados

Lmite de Error

Energa Activa (Wh) 5% a 200% 0, 180 +/- 0.2%

Energa Activa (Wh) 1% +/- 0.4%

Energa Activa (Wh) 10% a 200% -60, 60 +/- 0.3%

Energa Activa (Wh) 2% -120, 120 +/- 0.5%

Energa Reactiva

(VARh)

5% a 200% -90, 90 +/- 0.2%

Energa Reactiva

(VARh)

1% +/- 0.4%

Energa Reactiva

(VARh)

10% a 200% -30, -150 +/- 0.3%

Energa Reactiva

(VARh)

2% 30, 150 +/- 0.5%

Si bien tanto la normativa ANSI como IEC, son bsicamente similares en cuanto

a exigencias de metrologa y fabricacin de SMEE; algunos valores normados, formatos

30

y terminologas son distintos entre una norma y otra. A continuacin se indicarn las

caractersticas fundamentales de cada norma.

2.3.1 Norma ANSI C12.16 para Medidores de Energa Elctrica de

Estado Slido

La norma ANSI (American National Standards) C12.16, para medidores de

energa elctrica de estado slido, es principalmente utilizada en SMEE de fabricacin u

origen estadounidense [10].

2.3.1.1 Terminologa Utilizada Norma ANSI

La norma ANSI utiliza algunos trminos en el marcado de placa del SMEE o en la

literatura tcnica que se definirn a continuacin:

Exactitud: se refiere a la precisin o mximo error de medida del SMEE,

Test Amper (TA): corresponde a la corriente nominal de entrada del SMEE, en

amperes. Por ejemplo si TA = 2.5, significa que la corriente nominal de entrada del

SMEE es 2.5 A,

Clase (CL): corresponde a la corriente mxima de entrada del SMEE, en amperes.

Por ejemplo, si CL = 20, significa que la corriente mxima que soporta el SMEE en

sus bornes de entrada es 20 A,

Factor de Servicio: corresponde al porcentaje de sobrecarga, con respecto a los

valores mximos de entrada, que es capaz de soportar el SMEE sin sufrir daos.

31

2.3.1.2 Valores normalizados ANSI de Tensin

A continuacin se indican los valores normalizados de entrada de tensin y

corriente para SMEE fabricados bajo la norma ANSI:

Tabla 2.7 Valores normalizados de tensin ANSI

Tensin de

Entrada Normalizada

ANSI (Volts)

Rango de Operacin

del SMEE (%)

69 75 115

120 75 115

240 75 115

277 75 115

480 75 115

No obstante, la tendencia actual es proveer SMEE capaces de trabajar con la

mayora de las tensiones normalizadas (autorango); por ejemplo, un SMEE que permite

tensiones de entrada entre 120 y 480 volts. Ntese en este caso, que ambos extremos

corresponden a valores de tensin normali zados ANSI.

2.3.1.3 Valores Normalizados ANSI de Corriente

A continuacin, se indican los valores normalizados de corriente de entrada para

SMEE fabricados bajo la norma ANSI.

Tabla 2.8 Valores normalizados de corriente ANSI

Test Amper (TA) Clase (CL) Rango de Operacin

del SMEE

2.5 10 0 CL

2.5 20 0 CL

15 100 0 CL

32

2.3.1.4 Conexionado ANSI

Conexin Simtrica: El tipo de conexin a los bornes del SMEE en formato ANSI es

simtrico, y se denomina comnmente conexin simtrica. Esto significa, por ejemplo,

que si el borne de entrada de la corriente de una lnea est ubicado en primer lugar en

la bornera de conexiones, la salida de sta corriente ser el ltimo borne de salida. Es

similar a un reflejo en el espejo entre las entradas y salidas de corriente. La siguiente

figura ilustra la situacin:

Figura 2.4 Bornera de conexin simtrica para medidor monofsico

Formato de Conexin: dependiendo de los niveles de potencia involucrados en la carga,

es factible encontrar 3 distintas formas de conexin ANSI; a saber, conexin directa,

semidirecta e indirecta. Estas formas se denominan FM XY donde X corresponde a

un nmero e Y corresponde a A S; donde A significa A-Base o bornes

sobrepuestos o a la vista. S significa bornes tipo Socket-Base o embutidos. A

continuacin, se describirn las 3 formas de conexin ms comunes de SMEE.

FM 16A: conexin directa o sin transformadores de medida. Se realiza conexin

directa de los bornes del SMEE a la tensin del circuito y a la corriente de ste,

FM 9A: conexin semidirecta o slo con transformador de medida de corriente. Se

realiza conexin directa de los bornes del SMEE a la tensin del circuito pero los

UUUU

UU U

FASE

NEUTRO

FASE

NEUTRO

LINEA CARGA

33

elementos de corriente del SMEE se conectan a travs a travs de un transformador

de corriente,

FM 5A: conexin indirecta. Tanto los elementos de tensin como de corriente del

SMEE se conectan al circuito a travs de transformadores de medida de tensin y

corriente respectivamente.

2.3.2 Norma IEC para Medidores de Energa Elctrica de Estado Slido

La norma IEC (Comisin Electrotcnica Internacional), para medidores de

energa elctrica de estado slido, es principalmente utilizada en SMEE de fabricacin u

origen europeos. Los SMEE fabricados bajo estos estndares puede ser suscritos a la

norma IEC 60687, clase de precisin 0.2S para medidores de energa elctrica de

estado slido; especficamente el punto 4.6 referido a requerimientos de precisin en la

medicin [11,16].

2.3.2.1 Terminologa Utilizada IEC

La norma IEC utiliza algunos trminos en el marcado de placa del SMEE o en la

literatura tcnica que se definirn a continuacin:

Clase: se refiere a la precisin o mximo error de medida del SMEE. Si un equipo es

clase 0.5 significa que su error de medida es 0.5% y se denota Cl 0,5 en la placa del

SMEE,

Corriente Nominal: corresponde a la corriente nominal de entrada del SMEE, en

amperes. Por ejemplo si la corriente nominal es N amperes, en una placa

caracterstica IEC se escribe N(M)A donde M es la corriente mxima,

34

Corriente Mxima: corresponde a la corriente mxima de entrada del SMEE, en

amperes. Por ejemplo, si la corriente mxima de un SMEE es 10 amperes, y la

corriente nominal 5 amperes, se escribe 5(10)A,

Sobrecarga: corresponde al porcentaje de sobrecarga, con respecto a los valores

mximos de entrada, que es capaz de soportar el SMEE sin sufrir daos.

2.3.2.2 Valores normalizados IEC de Tensin

A continuacin se indican los valores normalizados de entrada de tensin y

corriente para SMEE fabricados bajo la norma IEC:

Tabla 2.9 Valores normalizados de tensin IEC

Tensin de

Entrada Normalizada

IEC (Volts)

Rango de Operacin

del SMEE (%)

57.7 75 115

63.5 75 115

110 75 115

230 75 115

2.3.2.3 Valores Normalizados de IEC Corriente

A continuacin, se indican los valores normalizados de corriente de entrada para

SMEE fabricados bajo la norma IEC.

35

Tabla 2.10 Valores normalizados de corriente IEC

Corriente

Nominal (A)

Corriente

Mxima (A)

Notacin en Placa

Caracterstica IEC

del SMEE

Rango de

Operacin

del SMEE

1 2 1(2)A 0 I Mx

5 10 5(10)A 0 I Mx

10 60 10(60)A 0 I Mx

20 120 20(120)A 0 I Mx

2.3.2.4 Conexionado IEC

Conexin Asimtrica: El tipo de conexin a los bornes del SMEE en formato IEC es

asimtrico, y se denomina comnmente conexin asimtrica. Esto significa; por

ejemplo, que si el borne de entrada de la corriente de una lnea est ubicado en primer

lugar en los bornes de entrada, la salida de sta corriente ser el primer borne de

salida.

Formato de Conexin: En la norma IEC, se hace principal mencin al nmero de

elementos del SMEE para indicar su forma de conexin; es decir, 2 elementos, 2.5

elementos o 3 elementos. A su vez, tambin se presentan principalmente en dos

formatos de conexin en sus bornes, formato Switchboard/Drawout Case y formato

Rack Mount.

Switchboard/Drawout Case: se puede conectar en 2, 2.5 y 3 elementos, lo que

permite una conexin directa, semidirecta e indirecta de acuerdo a las

especificaciones del SMEE en particular,

Rack Mount: disponible en 2 y 3 elementos; es diseado principalmente para

mediciones en laboratorio o paneles.

36

2.3.3 Ensayos Metrolgicos

Estos ensayos tienen la finalidad de verificar que la exactitud o precisin en la

medicin del SMEE se encuentra dentro de los valores de error de fabricacin del

mismo. Los ensayos descritos a continuacin se basan principalmente en la norma

ANSI C12.16 y en general, estos ensayos se realizan bajo las siguientes condiciones

[10]:

Tabla 2.11 Condiciones para ensayos metrolgicos ANSI

Variable Condicin Temperatura 23C 5C (ambiente) Variacin de Tensin Nominal

3%

Variacin de Frecuencia Nominal

1 Hertz

Variacin de Corriente Nominal

3%

Factor de Potencia Unitario, a menos que el ensayo requiera otro

valor

2.3.3.1 Ensayo Sin Carga

Este ensayo busca verificar que los registros de energa del SMEE no se

incrementan cuando el medidor se encuentra en una situacin de ausencia de carga; o

lo que es equivalente, que no exista circulacin de corriente en el circuito. Para ello, se

energiza un SMEE con la tensin nominal en sus bornes y sin carga durante 24 horas.

Al finalizar el perodo del ensayo, los registros de energa no deben incrementarse en

1 del dgito significativo de menor valor posible de medir.

37

2.3.3.2 Prueba de Carga de Partida

Este ensayo busca determinar la carga mnima con la cual el SMEE es capaz de

medir energa; o equivalentemente, la corriente mnima necesaria que circule por el

circuito de tal manera que el medidor sea capaz de medir energa. Para ello, se

incrementar la corriente desde cero hasta detectar el valor mnimo en el cual se

produce una medicin de energa por parte del SMEE. La siguiente tabla relaciona la

corriente mxima de un SMEE, y el valor de corriente donde debe comenzar la

medicin de energa:

Tabla 2.12 Carga de partida

Corriente Mxima (Amps) Carga de Partida (Amps)

10 0.025

20 0.025

100 0.15

2.3.3.3 Verificacin de Precisin en la Medicin de Energas Activas y Reactivas

Este ensayo busca determinar la desviacin con respecto a una referencia en la

precisin de la medida de energas activas y reactivas para diversos valores de

corrientes aplicadas al SMEE, considerando la medicin cuando circula la corriente

nominal como la referencia. Para el ensayo de la prueba activa se utilizar factor de

potencia unitario; en cambio, para la prueba reactiva se utilizar factor de potencia cero

inductivo. La siguiente tabla muestra las desviaciones mximas en porcentaje

permitidas con respecto a la referencia:

38

Tabla 2.13 Desviacin mxima de precisin con respecto a la referencia

SMEE

Clase 10

(Amps)

SMEE

Clase 20

(Amps)

SMEE

Clase 100

(Amps)

Mxima Desviacin

con respecto a la

referencia (%)

0.15 0.15 1 2.0

0.25 0.25 1.5 1.0

0.5 0.5 3 1.0

1.5 1.5 10 1.0

2.5 2.5 15 Referencia

- 5 30 1.0

5 10 50 1.5

7.5 15 75 2.0

- 18 90 2.0

10 - 100 2.0

- 20 - 2.5

2.3.3.4 Efectos de la Variacin del Factor de Potencia

Este ensayo busca verificar la precisin en la medicin de energa, ante la

influencia del factor de potencia. Cada elemento del SMEE debe ser testeado por

separado y los ensayos a realizar son distintos dependiendo del nmero de elementos

del SMEE. Por ende, se contemplan ensayos para SMEE de un elemento, 2 elementos,

2.5 elementos y 3 elementos. A continuacin, se muestran los ensayos para un SMEE

de 3 elementos, 3 fases, 4 hilos, conexin estrella:

39

Tabla 2.14 Desviacin mxima permitida con respecto a la variacin del F.P.

Condicin SMEE

Clase 10

(Amps)

SMEE

Clase 100

(Amps)

Factor de

Potencia

Desviacin Mxima

Respecto a la

Referencia (%)

Referencia

para ensayo 1

0.5 0.5 1.0 -

Ensayo 1 1 1 0.5

Inductivo

2.0

Referencia

para ensayo 2

5 10 1.0 -

Ensayo 2 5 10 0.5

Inductivo

1.5

Referencia

para ensayo 3

10 20 1.0 -

Ensayo 3 10 20 0.5

Inductivo

2.0

2.3.3.5 Efectos de la Variacin de Tensin en la Medicin de Energa

Este ensayo tiene como finalidad verificar el comportamiento metrolgico del

SMEE para energa activa y reactiva, a causa de variaciones en la tensin nominal del

circuito. El comportamiento del SMEE cuando est presente el valor de tensin nominal

es considerado como referencia y se miden las desviaciones en la precisin de la

medicin con respecto a esta referencia cuando se producen variaciones entre el 80% y

el 120% de la tensin nominal. La siguiente tabla ilustra la situacin:

40

Tabla 2.15 Desviacin mxima con respecto a la variacin de tensin

Tensin de

Ensayo

SMEE Clase

10 (Amps)

SMEE Clase

20 (Amps)

SMEE

Clase 100

(Amps)

Desviacin

Mxima

Respecto de la

Referencia (%)

Tensin Nominal

(referencia)

0.25 0.25 1.5 -

80% Tensin

Nominal

0.25 0.25 1.5 0.3%

120% Tensin

Nominal

0.25 0.25 1.5 0.3%

Tensin Nominal

(referencia)

2.5 2.5 15 -

80% Tensin de

Referencia

2.5 2.5 15 0.3%

120% Tensin de

Referencia

2.5 2.5 15 0.3%

2.3.3.6 Efectos de la Variacin de Frecuencia en la Medicin de Energa:

Al igual que el ensayo anterior, la medicin puede verse afectada por variaciones

de la frecuencia de lnea. En este caso, la medicin a la frecuencia nominal se

considera como referencia y se compara con variaciones entre 95% y 105% de la

frecuencia nominal. La desviacin permitida de la medida comparada con la referencia

es de un 1%.

41

2.3.3.7 Prdidas Internas en el SMEE

Este ensayo busca determinar las prdidas internas en los circuitos de tensin y

corriente del SMEE. Para el circuito de tensin, estas prdidas no deben superar los 10

VA. Para SMEE de clase 10 y 20 Amps. las prdidas del circuito de corriente no deben

superar los 0.5 VA y para un SMEE Clase 100 stas no deben superar 1.0 VA.

2.4 Equipamiento Asociado a un SMEE

Para un correcto desempeo funcional y metrolgico de un SMEE, es importante

comprender el rol que juega el equipamiento asociado a l. En este punto, trataremos

los equipamientos asociados de mayor importancia, como lo son los transformadores de

medida y los patrones de verificacin de clase de precisin.

2.4.1 Transformadores de Medida de Potencial y Corriente

En la mayora de los circuitos elctricos, por ejemplo: alta tensin o consumos

importantes, no es posible realizar la conexin directa a los equipos de medicin, dado

que las magnitudes involucradas sobrepasan los rangos permitidos por estos equipos.

Los equipos de medida pueden soportar niveles determinados de potencial y corriente

en sus terminales de conexin, que de ser sobrepasados el equipo sufrir un dao

permanente. Otro factor de importancia al realizar la medicin es la precisin o exactitud

con que se realiza sta; es decir, el error asociado al dato entregado por el equipo de

medida. Este error depende en gran medida de la calidad de las magnitudes anlogas

que se ingresan al equipo de medida. A su vez, es necesario aislar elctricamente a los

sofisticados equipos de medicin de los circuitos elctricos en los que se realiza la

medicin, pues es comn encontrar en estos ltimos distorsiones, contaminaciones y/o

interferencias que podran afectar la precisa medicin que realizan los equipos de

medida. Los Transformadores de Medida o Compactos de Medida permiten salvar con

xito las problemticas enunciadas [25].

42

Se desprende entonces que una parte muy importante constituyente de un SMEE

son los transformadores de medida de potencial y los transformadores de medida de

corriente, o compactos de medida, los cuales permiten reducir los niveles de potencial

y corriente para ser ingresados en un equipo de medida determinado. Como se ha visto

previamente, en su mayora los equipos de medida son de excelente precisin y

construidos bajo tecnologa completamente electrnica, lo que los hace bastante

sensibles a las magnitudes de tensin y corriente. De all que se explique la importancia

de los transformadores de medida para efectos de tener finalmente un dato con el

mnimo error posible y de la manera ms segura para el sofisticado equipo de medicin.

Los transformadores de medida ms comunes son de tipo inductivo con sus

primarios conectados a la lnea principal y sus secundarios conectados a los terminales

o bornes del equipo de medida o medidor. Es bastante ms eficiente y simple, por

ejemplo, tener un transformador de medida de corriente que reduzca una corriente

primaria de 400 Amp. a 5 Amp., para despus ingresarla a un equipo de medida, que

tener un equipo de medida que soporte 400 Amperes sin necesidad de un

transformador de medida. En este segundo caso, se complicara bastante la

construccin de un equipo de medida que sea capaz de soportar una gran cantidad de

corriente, o potencial.

Principalmente, los transformadores de medida cumplen las siguientes funciones

dentro de un sistema de medicin de energa elctrica:

Proveer aislacin entre los equipos de medida y la alta tensin,

Obtener magnitudes de tensin y corriente adecuadas para ser conectadas a los

equipos de medicin o medidores,

Evitar perturbaciones electromagnticas de la corriente.

2.4.1.1 Transformador de Medida de Potencial

Permite reducir la alta tensin del primario, a niveles aceptados por un equipo de

medida determinado. Generalmente, los primarios de los Transformadores de Potencial

43

estn conectados en paralelo, y por ende sus bobinas idealmente tienen impedancia

infinita, a circuitos con niveles de tensin del orden los kilo Volt (12 kV, 66 kV, 110 kV,

etc), cuyo valor exacto depende de las normativas imperantes en cada zona. Las

tensiones secundarias se encuentran normalizadas principalmente bajo dos estndares,

ANSI (USA) e IEC (Europa), que son las normas que imperan internacionalmente en lo

relativo a la construccin y operacin de los SMEE. Es conveniente que la relacin

Tensin Primaria / Tensin Secundaria sea un nmero entero, para efectos de

simplificar los clculos. A continuacin, se presentan cuadros con las tensiones

secundarias normalizadas de acuerdo a los estndares antes indicados, en valores

nominales, es decir, valores de placa caracterstica:

Tabla 2.16 Valores de tensin secundaria normalizados para equipos de medida

En el Anexo B, se incluye una figura con las representaciones esquemticas de los

transformadores de potencial en un plano.

2.4.1.2 Transformador de Medida de Corriente

De funcin similar a los transformadores de potencial, los Transformadores de

Medida de Corriente tiene como finalidad reducir la corriente que circula por el circuito

principal, de tal manera que sta pueda ser ingresada al equipo de medida, de acuerdo

a las magnitudes de corriente nominales de este ltimo. La razn IP/IS donde IP es la

intensidad del primario e IS la del secundario, es entera y nos da la equivalencia entre

las magnitudes de corrientes primarias y secundarias. Por ejemplo, 800 A / 5 A,

significa que si circulan 800 A por el circuito primario, circularn 5 A en el circuito

secundario y la razn de transformacin es 160. El primario de un transformador de

corriente se conecta en serie al circuito principal, y por ende, la impedancia de la bobina

Norma ANSI Norma IEC

69 V 57.7 V 120 V 63.5 V 240 V 110 V 277 V 230 V

44

de corriente debe ser cero en condiciones ideales. A continuacin, se entrega un cuadro

con las corrientes secundarias normalizadas, de acuerdo a las normas ANSI e IEC:

Tabla 2.17 Valores de corrientes secundarias normalizadas para equipos de medida

En el Anexo C, se muestra las representaciones ms comunes de los Transformadores

de Medida de Corriente.

2.4.1.3 Cargas y Potencias de Precisin o Nominales

Al ser parte de un SMEE, una caracterstica importante de los Transformadores

de Medida es su grado de precisin. Se define como Carga de Precisin o Carga

Nominal a la impedancia donde se cumplen los errores mximos de placa indicados

para el transformador.

A su vez, se define tambin como Potencia de Precisin o Potencia Nominal

del transformador, al valor de la potencia aparente que el transformador proporciona al

circuito secundario con la carga e intensidad nominales. Ntese que los trminos

definidos tienen una fuerte relacin con la precisin del transformador de medida.

2.4.1.4 Tipos de cargas para los Transformadores de Medida

Como se ha visto, la carga para un transformador de medida que nos ocupa en

este trabajo es principalmente un equipo de medida o medidor, los cuales tienen

diferentes caractersticas dependiendo de su uso y fabricacin. No obstante, estos

transformadores tambin se usan frecuentemente en rels de proteccin, para controlar

Norma ANSI Norma IEC

TA 1, CL 2 1 (2) A TA 5, CL 10 5 (10) A TA 10, CL 20

45

principalmente la intensidad de corriente, aplicacin que no ser objeto de anlisis en

este trabajo.

2.4.1.5 Clase de Precisin de un Transformador de Medida de Potencial y

Corriente

En el caso de un transformador de medida de potencial, la clase de precisin se

define como el error mximo porcentual de tensin permitido. El valor obtenido se llama

ndice de clase y sus valores ms comunes son: 0,1-0,2-0,3-0,5-1 y 3.

En cambio, la clase de precisin de un transformador de medida de corriente es

igual al lmite mximo de error de intensidad permitido. Se denomina mediante un

nmero llamado ndice de clase y se expresa en %. Valores tpicos de clase de

precisin son: 0,1-0,2-0,3-0,5-1 y 3.

Como es de prever, los transformadores de medida de mayor precisin son

utilizados en equipos de medida cuyo error sea bajo. Lo anterior se justifica pues no

tendra sentido invertir en un transformador de medida de excelente clase de precisin

si el medidor mide con errores grandes.

2.4.2 Patrones de Verificacin de Clase

Un patrn de verificacin de clase es un instrumento que se utiliza como

referencia para contrastar la clase de precisin de un SMEE. En general, un patrn de

verificacin de clase debe tener una clase de precisin al menos cuatro veces mejor

que la del SMEE a verificar [22-23].

46

2.4.2.1 Patrones de Verificacin de Clase Monofsicos

Es normal que un medidor monofsico residencial est varios aos en servicio,

por lo que la probabilidad que se encuentre fuera de clase debido a la intemperie, la

temperatura o el desgaste de piezas; aumenta con el paso de los aos. Por ende, un

elemento importante para realizar un programa de verificacin de clase de estos

medidores son los patrones de verificacin de clase monofsicos.

Las siguientes caractersticas son comunes a la mayora de los patrones

monofsicos:

Porttiles,

Operacin sin desmotar el medidor del empalme,

Clase de precisin 0.5% para verificar medidores monofsicos clase 2%,

Mtodo de comparacin de energas,

Medicin de tensin, corriente, potencia activa, factor de potencia y energa activa,

Indicacin de error en porcentaje,

Contabilizacin de vueltas del disco mediante cabezal ptico,

Fcil ingreso de la constante del disco en Wh/rev rev/KWh.

La carga fantasma es un dispositivo anexo a un patrn y permite simular distintas

condiciones de carga, para obtener varios puntos de la curva de error. Con respecto a

esto, existen dos clases de patrones monofsicos:

Patrn con carga fantasma: permite realizar el ensayo de verificacin de clase, pero

teniendo total disponibilidad de simular las condiciones del consumo elctrico en

cuanto a la intensidad de ste, y el factor de potencia. A esta carga ficticia se denomina

comnmente Carga Fantasma.

Patron sin carga fantasma: este patrn preferentemente es de terreno y utiliza los

consumos existentes para medir el error del medidor. Por ende, no es posible disponer

47

de la totalidad de condiciones de consumo, como distintos factores de potencia o

corrientes.

2.4.2.2 Patrones Trifsicos

Un patrn trifsico permite realizar la calibracin y verificacin de SMEE de

energa activa y reactiva de tipo electromecnico y de estado slido. Algunas

caractersticas comunes a todos ellos son:

Porttiles para trabajo en terreno (peso aprox. 10 Kg. con carga fantasma),

Carga Fantasma con capacidad de suministrar ms de 100 A,

Autorrango en tensin,

Error del patrn 0.05%. Esto permite verificar SMEE de clase 0.2%,

Ensayos en energa activa, reactiva y aparente,

Ensayos en conexin delta y estrella (3 4 hilos),

Ensayos monofsicos y trifsicos,

Distintos tipos de capturadores de vueltas de disco (medidor electromecnico)

o de pulsos infrarrojos(medidor de estado slido),

Presentacin en display del patrn de las variables elctricas de importancia

por fases o en forma trifsica,

Clculo de error en porcentaje por mtodo de comparacin de energas,

Memorizacin de ensayos,

Software para interrogacin del patrn trifsico.

2.4.2.3 Mesa de Verificacin y Calibracin de Medidores de Energa Elctrica

En general, las mesas de verificacin y calibracin tienen las mismas

caractersticas que un patrn trifsico o monofsico. La diferencia estriba en la

capacidad de las mesas de verificar o calibrar varios medidores al mismo tiempo,

siendo su principal uso en lneas de fabricacin o donde se requiera verificar o calibrar

48

varios medidores al da. Existen mesas trifsicas y monofsicas. Una mesa monofsica

puede ser cargada con ms de 40 medidores al mismo tiempo; y una trifsico con

aproximadamente 20 medidores.

49

3. ANLISIS DE LA REALIDAD NACIONAL PARA LOS SMEE

3.1 Normativa y Certificacin de SMEE en Chile

3.1.1 Introduccin

Se pretende dar una descripcin general sobre la normativa chilena de medicin

y de certificacin de SMEE en Chile. Para ello, se estima necesario primero dar una

breve descripcin del sector elctrico chileno en la actualidad.

La estructura del sector elctrico chileno est compuesta por: empresas de

generacin, de transmisin y distribucin de energa elctrica. En la actualidad, el sector

elctrico chileno es regulado por la autoridad de acuerdo a la Ley general de Servicios

Elctricos, DFL 1/82, al Reglamento de la Ley General de Servicios Elctricos,

Decreto 327/98, y distintos decretos de tarifas reguladas y precios de nudo.

Las principales instituciones reguladoras del sector elctrico nacional son:

Comisin Nacional de Energa (CNE): entre sus principales funciones est investigar

y proponer aspectos normativos, resolver divergencias en el sector y la formulacin

de tarifas,

Centro de Despacho Econmico de Carga (CDEC): existen dos CDEC en Chile, uno

para el SIC y otro para el SING. Es una institucin autnoma compuesta por las

empresas generadoras que permite realizar de manera coordinada la generacin de

la manera ms econmica posible,

Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC). Esta institucin vela por el

cumplimiento de los estndares y ejerce funciones fiscalizadoras.

50

El organismo encargado de dictar cualquier normativa que rija en el territorio

nacional es el Instituto Nacional de Normalizacin (INN). En particular, el INN dicta las

normas para SMEE en Chile.

La norma de medicin chilena est basada principalmente bajo dos estndares

internacionales, la norma ANSI y la norma IEC, siendo en la mayora de los casos una

homologacin idntica de ellas.

Las normas oficiales de SMEE actualmente vigentes en Chile son:

NCh 2024: se aplica a medidores de energa elctrica activa (Wh) de corriente

alterna, electromecnicos de induccin con clases de precisin 0.5, 1 y 2. Se divide

en Nch 2024/1 para medidores de concepcin IEC y NCh 2024/2 para medidores de

concepcin ANSI,

NCh 2534: se aplica a medidores estticos (electrnicos) de energa elctrica activa

(Wh) de corriente alterna con clases de precisin 1 y 2,

NCh 2542: se aplica a medidores estticos de energa elctrica activa (Wh) con

clases de precisin 0.5S y 0.2S. La letra S significa Static o medidor esttico,

NCh 2022: se aplica a medidores de energa elctrica reactiva (VARh) de corriente

alterna con clase de precisin 3,

NCh 2023: esta norma se aplica a indicadores de demanda mxima de clase 1. El

indicador de demanda mxima es un dispositivo externo que se acopla a algn

medidor. Los medidores estticos actuales son capaces de medir demanda

mxima, por lo que estos dispositivos estn prcticamente en desuso.

En vista que los medidores de induccin estn siendo reemplazados por los

medidores estticos, se entregarn los aspectos relevantes de las normas NCh 2534 y

51

NCh 2542; adems, se incluir la norma NCh 2024 para medidores electromecnicos

de induccin.

Con respecto a la certificacin de SMEE para su uso en el pas, la Ley N

18.410, el artculo 60 de la Ley 18.681 y el Decreto Supremo N399, indican que los

productos elctricos sujetos a certificacin obligatoria, antes de su comercializacin y

utilizacin deben someterse a una evaluacin del cumplimiento de requisitos mnimos,

segn determinadas normas o especificaciones tcnicas.

Los organismos tcnicos encargados de realizar las pruebas y protocolos, deben

ser autorizados por la SEC y reciben la denominacin Organismos de Certificacin

Autorizados. Ellos emiten los certificados oficiales que los SMEE requieran para su uso

en el pas [6].

3.1.2 Norma Chilena Oficial para Medidores de Energa Elctrica

Activa Electromecnicos de Induccin, NCh 2024

La norma nacional oficial NCh 2024; incluye medidores de energa activa de

corriente alterna, monofsicos y trifsicos, electromecnicos de induccin. Esa norma

contempla los siguientes medidores [1]:

Tabla 3.1 Medidores contemplados en la norma NCh 2024

SMEE Clase (%) Caracterstica

Medidor de Energa Activa Monofsico

0.5 Electromecnico de Induccin

Medidor de Energa Activa Monofsico

1 Electromecnico de Induccin

Medidor de Energa Activa Monofsico

2 Electromecnico de Induccin

Medidor de Energa Activa Trifsico

0.5 Electromecnico de Induccin

Medidor de Energa Activa Trifsico

1 Electromecnico de Induccin

Medidor de Energa Activa Trifsico

2 Electromecnico de Induccin

52

Esta norma considera medidores sin uso previo, de corriente alterna a una

frecuencia comprendida entre los 45 y 65 Hz. Esta normativa se aplica solamente a los

ensayos de tipo y est dividida en dos partes. La parte uno se denomina Nch 2024/1 y

es una homologacin idntica de la norma internacional IEC 521 Class 0.5, 1 and 2

alternating-current watthour meters. Por ende, la norma NCh 2024/1 se utiliza para

medidores fabricados bajo la normativa IEC. La parte dos de la norma NCh 2024, se

denomina NCh 2024/2 y es una homologacin idntica de la norma ANSI C12.1; por

ende, se utiliza para medidores fabricados bajo la normativa ANSI. Para ambos casos,

la tensin en los bornes de conexin no puede exceder los 600 volts. Esta norma

tambin se aplica al conjunto de medidores y accesorios, inc luyendo transformadores

de medida, cuando van incorporados en la misma caja.

Debido a que la tendencia del INN es tomar aspectos de la norma IEC para dictar

las normativas recientes de medidores, se entregarn a continuacin los aspectos

relevantes de la norma NCh 2024/1 para medidores de concepcin IEC.

Los aspectos relevantes de la norma NCh 2024/1 son:

3.1.2.1 Trminos y Definiciones

Se abordan en el captulo 3 de esta norma, y en la mayora de los casos han sido

tomados del Vocabulario Electrotcnico Internacional (IEV), norma IEC 60050 [12].

3.1.2.2 Clasificacin de Medidores

De acuerdo al captulo 4 de la norma, los medidores se clasifican segn sus

respectivos ndices de clase; es decir,