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Medidores Eléctricos y Compatibilidad Electromagnética

Durante las últimas semanas, se ha puesto en duda la capacidad de los medidores eléctricos para funcionar bajo condiciones de distorsión elevadas generadas por cargas electrónicas. Se ha tratado de explicar en forma simple cómo las distorsiones representadas a través de componentes armónicas (transformada de Fourier) pueden afectar la exactitud de los medidores.

Cualquiera que haya estudiado el comportamiento de las vibraciones, señales acústicas, interferencias, ondas de radio, etc., utilizando análisis de Fourier, coincidirá que se trata una materia que requiere de más de unos minutos para ser comprendida. El análisis de la distorsión de corriente, voltaje, potencia y energía eléctrica, no es la excepción, y debemos partir entendiendo el “Comportamiento o Respuesta en Frecuencia” de los elementos que componen el sistema eléctrico incluido el medidor de energía.


Medidor electromecánico: baja respuesta en frecuencia

Los medidores de energía tradicionales (denominados “electromecánicos” o de “inducción”) operan bajo el principio descubierto por Galileo Ferraris en el siglo XIX. Su funcionamiento, a grandes rasgos, se basa en una bobina de corriente contrapuesta a una bobina de voltaje, las que hacen girar un disco rotatorio (ver Figura 1). Hasta bien avanzado el siglo XX, estos medidores cumplieron exitosamente su función de medición, permitiendo medir la energía eléctrica de 50 o 60 Hz con una buena exactitud.

Sin embargo, debido a su propia naturaleza constructiva (bobinas y disco rotatorio), este tipo de medidores tiene una buena respuesta a bajas frecuencias, pero tiene dificultades para medir componentes altas.

La masificación de las cargas electrónicas conectadas a las redes eléctricas modernas, ha incrementado la distorsión de corriente y voltaje (distorsión armónica) en el sistema eléctrico y, con ello, la consecuente aparición de altas frecuencias en la composición de estas señales.

Considerando la baja respuesta en frecuencia de los medidores electromecánicos, el aumento de la distorsión ha producido la disminución en la efectividad de la medición de los equipos electromecánicos, lo que, en términos prácticos, se traduce en una medición de energía que no incluye las componentes armónicas de alta frecuencia.


Medidores electrónicos: mayor respuesta en frecuencia

Así como ocurre con el desarrollo de nuevas vacunas, la solución al problema ocasionado por las cargas electrónicas se ha resuelto usando la propia Electrónica. De esta manera, hace algunas décadas se comenzaron a desarrollar los medidores electrónicos de energía eléctrica, los que, originalmente, mediante el uso de conversores A/D de 8 bits, microprocesadores de primera generación y sensores del tipo divisor resistivo y shunt, permitieron hacer la medición de energía con mejor exactitud gracias a su mayor respuesta en frecuencia (ver Figura 2).

En los últimos años, los medidores electrónicos, tal como ha ocurrido con la mayoría de los equipos electrónicos de uso masivo, han mejorado sus prestaciones, logrando una mayor exactitud gracias a la incorporación de sensores con mejores respuestas de frecuencia, conversores A/D de 16 o 32 bits; microcontroladores especializados en funciones de medida y mayor capacidad de procesamiento; memorias no volátiles, protocolos y puertos de comunicación, entre otras funciones avanzadas. Por estas características técnicas, los medidores electrónicos de energía eléctrica son usados actualmente (y sin cuestionamientos) para la medición de grandes bloques de energía en el ámbito de la Generación, Transmisión y Distribución eléctrica.


Compatibilidad electromagnética (EMC)

Para abordar la problemática ocasionada por las cargas electrónicas y garantizar el correcto funcionamiento de los distintos equipos que interactúan en el sistema eléctrico, incluidos los medidores de energía, se han publicado normas agrupadas dentro del concepto de Compatibilidad electromagnética (“EMC”, por sus siglas en inglés), entre las que destacan los estándares de la International Electrotechnical Commission (IEC) y del American Standards Institute (ANSI).

Los estándares IEC y ANSI para medidores de energía eléctrica consideran las características metrológicas generales y de comunicación que deben cumplir los equipos. En el caso particular de las exigencias relacionadas con EMC se consideran dos tipos de prueba: de Emisión y de Inmunidad.

Pruebas de Emisión: Son evaluaciones que permiten asegurar que el medidor no emita o conduzca emisiones electromagnéticas (EMI) más allá de cierto límite. Los rangos de las pruebas van desde los kHz a los MHz.

Pruebas de Inmunidad: Son evaluaciones que permiten garantizar el correcto funcionamiento del medidor al ser expuesto a diferentes fuentes EMI tanto conectadas como irradiadas. Dentro de las fuentes EMI que se debe evaluar se consideran: transitorios eléctricos, descargas electrostáticas, impulsos, oscilaciones, radiación electromagnética, entre otras.

La distorsión de voltaje y corriente (distorsión armónica) es parte de las fuentes EMI y sus límites se definen en estándares como el IEC610000-3-2, IEC610000-3-4, IEC610000-3-6, entre otros.


Conclusiones

No cabe duda de las ventajas tecnológicas, de desempeño y prestaciones que tienen los medidores electrónicos respecto a los medidores electromecánicos o de inducción.

Los medidores electromecánicos actualmente no garantizan el total cumplimiento de las exigencias metrológicas y de compatibilidad electromagnética (EMC) definidas en las normas internacionales, originadas principalmente por las limitaciones en la respuesta de frecuencia que presentan.

Las exigencias impuestas a los fabricantes de medidores en países industrializados, han permitido resolver adecuadamente la problemática ocasionada por la presencia de fuentes de emisión electromagnética (EMI) en las redes eléctricas, incluida la distorsión armónica. Como consecuencia, los medidores electrónicos, además de cumplir altas características de metrología, garantizan el correcto funcionamiento bajo condiciones electromagnéticas exigentes.

La situación en nuestro país respecto a la normativa en el ámbito de las emisiones electromagnéticas aún es incipiente. La aplicación de este tipo de estándares aseguraría el correcto funcionamiento de cualquier tipo de equipamiento electrónico de consumo masivo o uso industrial, incluidos los medidores de energía eléctrica.


Artículo gentileza de Comulsa. / www.comulsa.cl
Junio 2019
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Comentarios acerca de este artículo
Eduardo Lucero SOLINET (26/06/2019)
Sugiero incluir gráficos del error en función de la frecuencia.
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