Medidores Eléctricos y Compatibilidad Electromagnética

Durante los últimos días se ha comentado en diferentes medios de comunicación sobre 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 como las distorsiones representadas a través de componentes armónicas (transformada de Fourier) pueden afectar en la exactitud de los medidores.

Cualquier ingeniero o técnico 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 de 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. Hasta 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 medidor tiene una buena respuesta a bajas frecuencias, pero tiene dificultades para medir componentes altas.

Esquema Funcional de un Medidor de Inducción o Electromecánico

La masificación de las cargas electrónicas conectadas a las redes eléctricas modernas ha incrementado la distorsión de la 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 de 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, desde 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 tipo divisor resistivo y shunt, permitieron hacer la medición de energía con mejor exactitud gracias a su mayor respuesta en frecuencia.

Esquema Funcional de un Medidor Electrónico

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 mejor exactitud gracias a la incorporación sensores con mejores respuestas de frecuencia, conversores A/D de 16 o 32 bits, microcontroladores especializados en funciones de medida, 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 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 del sistema eléctrico, incluidos los medidores de energía, se han publicado normas agrupadas dentro del concepto de “Compatibilidad Electromagnética” (EMC), 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 2 tipos de evaluaciones: Pruebas de Emisión y Pruebas de Inmunidad.

1. Pruebas de Emisión: Son evaluaciones que permiten asegurar que el medidor no emita (irradie) o conduzca emisiones electromagnéticas (EMI) más allá de cierto límite. Los rangos de las pruebas son desde kHz a MHz.
2. 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 la presencia de fuentes de emisión electromagnética (EMI) en las redes eléctricas, incluida la distorsión armónica. Como consecuencia de esto, los medidores electrónicos, además de cumplir las características metrologías altas, 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.