Equipo de prueba eléctrico usado en minas (con diagrama)

Después de leer este artículo, aprenderá acerca del equipo de prueba eléctrico que se usa en las minas.

Todo ingeniero eléctrico o técnico, en el trabajo, requiere instrumentos de medición para medir cantidades eléctricas como la corriente, el voltaje y la resistencia. Los instrumentos capaces de realizar estas mediciones con precisión deben tener un buen diseño y ser de una calidad, precisión y sensibilidad extremadamente altas.

Los ingenieros y técnicos deben tener una idea básica sobre el funcionamiento de los instrumentos de medición y sus principios.

Principio de los instrumentos de medida:

La medición consiste en comparar la cantidad a medir con algún estándar de referencia, como las escalas. Con la mayoría de los instrumentos de medición eléctricos, las lecturas se toman observando un puntero que se mueve sobre una escala. El instrumento está diseñado de modo que la posición que toma el puntero es una indicación de la cantidad eléctrica que se está midiendo.

El dispositivo que hace que el indicador dé su indicación se denomina movimiento o medidor. Se han realizado movimientos que emplean varios principios, pero el movimiento de casi todos los instrumentos de prueba prácticos hace uso del efecto magnético de una corriente eléctrica. En movimientos de este tipo, el puntero responde directamente a la intensidad de la corriente que fluye a través de una bobina.

El movimiento está asociado con otros componentes eléctricos que aseguran que la corriente que fluye en el movimiento esté directamente relacionada con la cantidad eléctrica, por ejemplo, el voltaje o la resistencia que se mide.

Entonces es posible que la escala se calibre en las unidades requeridas como amperios, ohmios y voltios. Dos tipos de movimientos son de uso común y son el medidor de hierro en movimiento y el medidor de bobina móvil.

(a) Medidor de hierro en movimiento:

En un medidor de hierro en movimiento, la corriente a medir fluye a través de una bobina plana como se muestra en la Fig. 14.1. Dentro de esta bobina hay dos piezas de hierro blando, una pieza (la plancha fija) permanece estacionaria, mientras que la otra (la plancha móvil) está colocada en un eje y puede oscilar lejos de la plancha fija. Cuando la bobina está desenergizada, el hierro en movimiento se mantiene cerca de la plancha fija por medio de un resorte en espiral.

Al movimiento del hierro que se aleja del hierro fijo se opone al torque ejercido por el resorte, este torque aumenta con la distancia entre los dos hierros. Cuando la corriente fluye en la bobina, crea un campo magnético. Las dos piezas de hierro, al estar dentro de este campo, se convierten temporalmente en imanes de polaridad similar, de modo que se repelen entre sí.

Por lo tanto, el hierro en movimiento se aleja del hierro fijo hasta que el torque ejercido por el resorte helicoidal es igual a la fuerza de repulsión entre los dos hierros. En esta posición, las fuerzas que actúan sobre el hierro en movimiento están equilibradas y permanece estacionaria. La figura 14.2 muestra el puntero. Sin embargo, la posición que ocupa el hierro en movimiento depende de las corrientes que fluyen en la bobina. Un puntero unido al hierro en movimiento indica la posición y, por lo tanto, la intensidad de la corriente que fluye a través del tiempo.

Respuesta de los Mets de hierro en movimiento:

Sabemos que la intensidad del campo magnético es directamente proporcional a la corriente que fluye en la bobina, por lo que la magnetización de cada pieza de hierro también es proporcional a la corriente. La fuerza inicial de repulsión entre los dos hierros es proporcional a la secuencia de la corriente. Si, por ejemplo, la fuerza de la corriente se duplica, la fuerza de repulsión se vuelve cuatro veces mayor, y así sucesivamente.

A medida que el hierro en movimiento se aleja del hierro fijo, la fuerza de repulsión disminuye, aunque la corriente en la bobina y la magnetización de los hierros siguen siendo las mismas. La fuerza real que actúa contra el par del resorte, cuando la plancha en movimiento se detiene, no será, por lo tanto, tan grande como la fuerza inicial. El efecto de la distancia entre los hierros aumenta con el aumento de la corriente medida. La respuesta en el medidor es limitada porque, a una cierta intensidad de campo, los hierros se saturan magnéticamente, y cualquier aumento adicional en el campo magnético no produce un aumento correspondiente en la magnetización de los hierros.

Medidor de hierro móvil-Escala:

La escala de un medidor de hierro en movimiento no es uniforme. Como el extremo inferior de la escala, las divisiones se agrupan; hacia la mitad de la escala, las divisiones son más amplias, pero en el extremo superior tienden a cerrarse nuevamente. Las lecturas más precisas se obtienen cuando fluye entre el 40% y el 80% de la corriente total. Las lecturas tienden a ser ligeramente inexactas en los extremos de la escala.

Un medidor de hierro en movimiento mide la alternancia, así como la corriente directa, porque los dos hierros se repelen entre sí, independientemente de la polaridad del campo magnético. Dado que la fuerza de repulsión está relacionada con el cuadrado de la corriente que fluye en la bobina, el indicador indicará el valor rms de una corriente alterna en una escala calibrada para corriente continua.

(b) Medidor de bobina móvil:

En un medidor de bobina móvil, a veces denominado galvanómetro, la corriente a medir fluye en una bobina, que se ajusta a un husillo y puede girar dentro del campo de un imán permanente, como se muestra en la Fig. 14.3. El movimiento de la bobina está limitado por dos resortes en espiral que actúan en direcciones opuestas. Estos resortes mantienen la bobina en una posición fija cuando se desenergiza, y se oponen a la rotación de la bobina en cualquier dirección al ejercer un par de torsión proporcional al ángulo a través del cual se gira la bobina.

Los resortes helicoidales también sirven para completar las conexiones eléctricas entre los terminales y la bobina. Luego, la corriente fluye en la bobina, los conductores de la bobina están sujetos a una fuerza que tiende a moverlos en una dirección en ángulos rectos a la dirección del flujo de corriente. Al igual que con una armadura de motor, el efecto total de las fuerzas que actúan sobre los conductores de la bobina es hacer que la bobina gire contra la torsión ejercida por uno de los resortes.

La bobina ocupa una posición en la que el par que tiende a girar es igual al par que ejerce el resorte. La posición de la bobina y, por lo tanto, la intensidad de la corriente que fluye en ella se indican mediante un puntero que se mueve sobre una escala. La pieza polar del imán permanente y el núcleo de hierro blando sobre el que gira la bobina (como en la figura 14.4) están diseñados para garantizar que el campo magnético con el que reaccionan los conductores de la bobina permanezca constante.

Sin embargo, lejos de la desviación de la bobina, la torsión que actúa sobre la bobina es directamente proporcional a la intensidad de la corriente que fluye en la bobina, y la torsión inicial (es decir, que actúa antes de que la bobina comience a girar) es aproximadamente igual a la que actúa sobre ella. cuando se desvía.

La escala de un medidor de bobina móvil es uniforme: las lecturas son confiables en la mayor parte de la escala, aumentando la precisión hacia el extremo superior. Sin embargo, las lecturas en el extremo inferior de la escala pueden no ser demasiado precisas. La dirección en la que gira la bobina depende de la dirección en la que fluye la corriente en ella (la dirección es según la regla de la mano izquierda de Fleming). Un medidor de bobina móvil, por lo tanto, no solo mide la intensidad de la corriente, sino que también indica su dirección.

Un tipo de medidor de bobina móvil que hace uso de estas dos propiedades es el galvanómetro de centro cero. El puntero descansa en cero en el centro de la escala cuando el medidor está desactivado. La aguja se mueve hacia la izquierda cuando la corriente fluye en una dirección a través de la bobina, hacia la derecha cuando la corriente fluye en la dirección opuesta. Por lo tanto, hay una escala separada en cada mitad del arco de escala. La figura 14.4 (b) explica la descripción.

El tipo de medidor de bobina móvil utilizado en la mayoría de los instrumentos de prueba, tiene una escala única que se extiende sobre todo el arco de escala como en la Fig. 14.4 (a) con el punto cero en el extremo izquierdo. Dicho medidor puede medir la corriente que fluye en una sola dirección, y los terminales están marcados con '+' y '-' para indicar la dirección en la que se debe aplicar la corriente.

Sin embargo, un medidor de bobina móvil no puede medir la corriente alterna directamente. Si se aplica una corriente alterna a un medidor de bobina móvil, el puntero tiende a oscilar a la frecuencia de la corriente aplicada. Sin embargo, la inercia del movimiento puede amortiguar la oscilación para que el puntero aparezca estacionario en la posición cero.

Se puede usar un medidor de bobina móvil como instrumento para medir la corriente alterna. La corriente alterna se rectifica primero. Si la escala del medidor se calibrara para corriente continua, se indicaría el promedio de los valores medios de la corriente alterna aplicada. Por lo tanto, es habitual calibrar la escala para que los valores rms puedan leerse directamente desde ella.

Instrumentos de prueba:

El corazón de la mayoría de las pruebas prácticas es un medidor de bobina móvil. Se incorporan otros componentes eléctricos, de modo que el medidor recibe una pequeña corriente que le permitirá dar una indicación de la cantidad eléctrica que debe medir. El movimiento más sensible da la lectura máxima cuando una corriente muy pequeña dice que un miliamperio está fluyendo en la bobina.

Hay tres cantidades eléctricas que los electricistas con frecuencia necesitan medir, es decir, aquellas interrelacionadas por la ley de ohm; Tensión, corriente y resistencia. Es decir, V = IR. Y los instrumentos son voltímetros que leen voltaje, amperios de lectura amperios y resistencia de lectura de ohmiómetro.

Voltímetro:

Un voltímetro se usa para medir la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito eléctrico activo o para medir el voltaje de una fuente. Se realiza una medición al conectar el instrumento entre los dos puntos, o dos terminales de alimentación, de modo que se aplique a través de él la tensión máxima que se medirá.

Dado que la resistencia del instrumento está fijada por la ley de Ohm, la corriente que fluye a través del movimiento es proporcional al voltaje que se mide. La escala está calibrada en voltios. Cada voltímetro tiene un rango diferente. El voltaje máximo que cualquier instrumento puede medir se encuentra multiplicando la resistencia total del instrumento por la corriente máxima que registrará el movimiento.

La resistencia total del instrumento puede ser adecuada para medir cualquier rango de voltaje requerido, es necesario conectar una resistencia en serie con el movimiento, como se muestra en la Fig. 14.5. Algunos voltímetros tienen varios rangos; de hecho, contienen una serie de resistencias que pueden activarse o desactivarse según sea necesario. La figura 14.5 explica el principio del voltímetro con el ejemplo. Aquí vemos que el rango de cualquier voltímetro se puede alterar conectando un multiplicador (resistencia) en serie con él.

Amperímetro:

Un amperímetro se usa para medir la corriente que fluye en cualquier punto de un circuito eléctrico. El instrumento está conectado al circuito en serie. Dado que es probable que el movimiento de un amperímetro dé su lectura máxima con una pequeña corriente que fluye en él, normalmente no es posible que la corriente total medida fluya a través de él.

Además, como el amperímetro está conectado en serie con el circuito, su resistencia debe ser lo más baja posible, de lo contrario, su resistencia reduciría la corriente que normalmente fluye en el circuito, y no se pudo obtener una medición precisa.

El movimiento del amperímetro está conectado en paralelo con una especie de resistencia muy baja. El amperímetro, por lo tanto, tiene una resistencia insignificante, y el movimiento toma solo una pequeña proporción de la corriente que fluye en el circuito. Ver Fig. 14.6 (a).

Con cualquier movimiento dado, se pueden proporcionar derivaciones para permitir que el instrumento mida cualquier rango de corrientes requerido. Algunos amperímetros tienen varios rangos, y están provistos de una serie de derivaciones alternativas que pueden activarse o desactivarse según sea necesario. La figura 14.6 (b) explica el principio del amperímetro. El rango de cualquier amperímetro se puede alterar conectando una derivación adecuada en paralelo con él.

Ohmímetro:

Un ohmiómetro se usa para medir la resistencia entre dos puntos en un circuito eléctrico, o para medir la resistencia de cualquier componente individual. Sin embargo, solo se puede tomar una lectura cuando el componente o parte del circuito que se va a medir está aislado de la alimentación.

La resistencia se mide pasando una pequeña corriente desde un suministro de voltaje conocido, digamos una batería seca, a través de la resistencia bajo prueba y el movimiento en serie, como se explica en la Fig. 14.7. Como tanto la resistencia del movimiento como la tensión son constantes, la corriente que fluye a través del movimiento es una medida de la resistencia bajo prueba. Si se mide una alta resistencia, fluirá una corriente muy pequeña; Si es una resistencia baja, fluirá una corriente más grande.

La escala del instrumento se calibra en ohmios, y el instrumento lee cero ohmios con desviación de escala completa. Pero el rango del instrumento depende tanto de su resistencia interna como del voltaje de la batería. Incluso cuando el movimiento es un medidor de bobina móvil, la escala de un ohmiómetro no es uniforme.

Las lecturas más precisas se obtienen cerca del centro de la escala. Por lo general, se conecta una resistencia variable en el circuito para realizar ajustes que compensen leves variaciones en el voltaje de la batería. Si la tensión de la batería se altera ligeramente, el medidor no lee cero ohmios cuando los cables se tocan entre sí, hasta que se haya ajustado la resistencia interna.

En estos medidores, un ligero error en el voltaje de la batería conduce a errores en las lecturas obtenidas. Si la batería se ha agotado ligeramente, la medida obtenida será demasiado alta. La resistencia variable se puede usar para poner el puntero a cero cuando se tocan los cables, pero no eliminará el error en toda la escala.

Por lo tanto, se pueden lograr mediciones precisas utilizando un instrumento que no se vea afectado por variaciones en el voltaje de prueba. De hecho, existen dos tipos de medidores de este tipo: óhmetros de lectura directa y probadores de puentes.

(1) óhmetro de lectura directa:

Los óhmetros de lectura directa miden la relación entre la corriente que fluye a través de la resistencia bajo prueba y la diferencia de potencial a través de ella. El movimiento de un óhmetro de lectura directa es una modificación del medidor de bobina móvil ordinaria.

Está construido de manera similar pero tiene dos bobinas montadas en el eje y girando entre los polos del imán permanente. Estas dos bobinas están fijadas en ángulo entre sí y están conectadas al circuito para que las polaridades de sus campos electromagnéticos se opongan entre sí.

Sin embargo, hay dos bobinas, bobina de corriente y bobina de presión. La bobina de corriente está conectada en serie con la resistencia bajo prueba mientras que la otra bobina (bobinas de presión) está conectada en paralelo con la resistencia. Por lo tanto, el par provocado por la corriente que pasa a través de la resistencia bajo prueba se opone a un par que es proporcional al voltaje a través de la resistencia. El instrumento, en efecto, calcula el valor de la resistencia utilizada en la prueba por la ley de Ohm, es decir, R = -E / I.

Los óhmetros de lectura directa se emplean generalmente cuando es necesario determinar una resistencia muy baja de unos pocos ohmios, o una fracción de un ohmio. Sus usos incluyen la medición de la resistencia de los contactos del interruptor, los devanados del inducido y los devanados del transformador.

Ductor:

El ductor es un ohmiómetro de baja resistencia de uso común. Un ductor puede tener hasta cinco rangos diferentes y medirá resistencias que van desde unos pocos microohmios a aproximadamente 5 ohmios. Por lo general, a los ductos se les proporcionan puntas de prueba "dúplex", cada una de las cuales consta de dos puntas montadas en un solo mango de sonda. Una punta de cada sonda está en serie con la bobina de corriente del óhmetro y la otra punta está en serie con la bobina de voltaje.

Siempre se realiza una prueba de resistencia con los picos de voltaje colocados entre los picos de corriente. Este método garantiza que el instrumento mida la caída potencial real entre las puntas de los dos picos potenciales. Es la resistencia entre los dos picos potenciales lo que muestra el instrumento.

Los conductos también se pueden usar con cables separados para las bobinas de presión y corriente. Se pueden usar de esta manera para las pruebas de armadura, cuando la corriente pasa a través de los devanados de la armadura y se mide la resistencia entre los segmentos de conmutador sucesivos.

Probadores de resistencia de aislamiento:

Una resistencia de aislamiento es un tipo de óhmetro de lectura directa especialmente diseñado para probar el aislamiento entre un sistema eléctrico y tierra, o entre conductores aislados, como los núcleos de un cable, cuando el aislamiento comienza a deteriorarse. Es común que pequeñas corrientes de fuga se rastreen a través de ella o de su superficie.

En la etapa temprana de deterioro, la resistencia estática del aislamiento puede permanecer alta, pero se reduce su resistencia dieléctrica. El aislamiento con una resistencia dieléctrica inadecuada puede descomponerse repentinamente si se aplica un voltaje de operación total, especialmente si hay un aumento de voltaje en el curso del funcionamiento del circuito.

Para garantizar que el aislamiento sea efectivo y seguro en condiciones normales de funcionamiento, es necesario medir su resistencia cuando se lo somete a una tensión dieléctrica. Por lo tanto, para obtener un resultado satisfactorio, todos los circuitos de media y alta tensión se prueban con un comprobador de resistencia de aislamiento.

Las pruebas de aislamiento y conductividad son parte de la rutina diaria de los ingenieros eléctricos en minas, y para eliminar el inconveniente de tener que llevar dos instrumentos, el probador de resistencia de aislamiento y el probador de conductividad se han combinado en un instrumento denominado aislador de continuidad y aislamiento.

Megger:

Un instrumento muy popular llamado Megger se usa para instalaciones que van desde 110 V hasta 500 V, 1000 V (11KV) y 5000 V. Aunque es un instrumento muy fino, resultó bastante incómodo en el uso subterráneo. Este instrumento ha sido super-cedido hoy en día por los modelos más pequeños, más ligeros y más compactos, como el metro-ohm de 500 V y el megger de batería de 500/1000 / 5000V, y el megger digital.

500 V Metro-Ohm:

Este es un instrumento muy reciente y muy limpio, compacto y liviano que se proporciona en un estuche de cuero con cables de prueba, que se puede llevar fácilmente en el cinturón, junto con la lámpara de techo y el auto-salvador. Es un equipo que funciona con baterías de 9 V que impulsa un convertidor de batería transistorizado que convierte una tensión de batería de 9 V en una tensión de salida de 500 V para fines de prueba de aislamiento. Esto se explica en la figura 14.8.

Dos botones pulsadores en la parte frontal del instrumento determinan el voltaje de salida y, en consecuencia, la prueba que se puede realizar, es decir, el botón izquierdo marcado con una Ω proporciona una salida de 9V para pruebas continuas de conductores, blindajes de cables, conductores de tierra, etc. y se lee En la escala inferior marcada. El botón derecho proporciona una salida de 500 V para la prueba de presión del aislamiento de un sistema entre dos conductores o entre conductores y tierra, tomándose la lectura de la escala superior marcada con Ω.

El medidor solo será preciso siempre que la tensión de la batería sea suficiente para impulsar los circuitos. Esto se puede verificar presionando el interruptor con los terminales de salida abiertos. Si el puntero se desplaza al infinito y luego comienza a retroceder, la batería debe cambiarse.

1000/5000 V Megger:

Esta instalación es muy similar al metro-ohmio de 500 voltios con una escala de continuidad de 0-100 ohmios y una escala de prueba de aislamiento de 0-1000 MQ. Se proporcionan dos rangos de voltaje en este instrumento, 1000 voltios y 5000 voltios.

Uso de probadores de aislamiento en minas:

Cuando se usa el probador de aislamiento en cables, el alto potencial aplicado debido a que el cable actúa como un condensador, carga el cable y hace que exista un alto voltaje entre los dos conductores o un conductor y la tierra, lo que se esté probando. Esto puede dar lugar a descargas eléctricas severas y muy dolorosas si los conductores se manipulan antes de ser descargados. La descarga de cables debe, siempre que sea práctico, llevarse a cabo utilizando el "dispositivo de puesta a tierra" en el dispositivo de control que controla el circuito.

Si esto no es práctico, se debe aplicar un cortocircuito durante un período corto para permitir que la carga se disipe. Esto puede causar chispas severas que no presentarían un peligro en la superficie, pero serían muy peligrosas en el subsuelo, ya que la energía en la chispa producida es capaz de encender una mezcla explosiva.

Por lo tanto, es un tema vital que se debe recordar cuando se prueban equipos subterráneos, y especialmente en las proximidades de la superficie del carbón, especialmente los cables de arrastre. Debido al uso de materiales de polietileno con cloro-sulfato (CSP) como aislante para los cables de arrastre, la capacitancia entre el núcleo y la pantalla ha aumentado.

Esto aumenta el alto voltaje que puede retenerse en el cable después de la prueba. Es de vital importancia, por lo tanto, al realizar pruebas en cables de arrastre que se sigan estrictamente las instrucciones del instrumento.

Conecte los cables de prueba al circuito antes de operar el botón pulsador, y no conecte los cables de prueba con el botón pulsado. Deje el instrumento conectado durante el período de tiempo especificado después de la prueba antes de retirar los cables y, en ningún caso, desconecte los cables con el botón presionado.

Los comprobadores de aislamiento del orden de 2, 5 y 10 KV se utilizan para probar circuitos de alta tensión, es decir, 3.3. KV, 6.6 KV o 11 KV, 33 KV. Estos son instrumentos muy especiales para ser usados ​​con gran cuidado y habilidad y siguiendo un código de práctica muy estricto.

Prueba de la Tierra:

La resistencia al cuerpo general de tierra de la placa de puesta a tierra del sistema eléctrico de la mina de carbón se comprueba regularmente mediante megger. Los instrumentos megger son un óhmetro de preparación directa suministrado por un generador torneado a mano. La resistividad de la tierra misma también puede medirse por medio de este instrumento. Esta medida es necesaria cuando se selecciona una posición para una nueva placa de tierra.

(2) Probador de puente:

Los instrumentos de medición que determinan el valor de una resistencia en prueba comparándola con otra, emplean el principio del Puente de Wheatstone, que consiste en cuatro resistencias conectadas en una red de cuatro lados. Una fuente de prueba está conectada a esquinas opuestas de la red, y un galvanómetro de centro cero está conectado a través de las otras dos esquinas, como se muestra en la Fig. 14.9.

El principio simple de trabajar con este tipo de probador de puentes es que el galvanómetro en la red de puentes debe leer a cero asegurándose de que los potenciales en los dos puntos que conecta sean iguales. Esta condición solo ocurre cuando la relación entre los valores de dos resistencias adyacentes es igual a la relación entre los valores de las otras dos resistencias. Es decir

Un probador de puente contiene tres brazos de una red de puente de Wheatstone. La resistencia a medir, cuando está conectada a los terminales, forma el cuarto brazo del puente. El comprobador contiene una fuente de suministro y un galvanómetro que luego completa los circuitos del puente. Dos de los brazos del puente incluidos en el probador son de resistencia fija y conocida, el tercer brazo contiene una resistencia variable.

Cuando se conecta la resistencia que se va a probar, la resistencia variable se ajusta hasta que el puente se equilibra y el galvanómetro marca cero. El valor de la resistencia desconocida se puede calcular a partir de los valores de las resistencias fijas y el valor de la resistencia ajustada. La figura 14.9 explica el hecho. De hecho, el probador de puente se utiliza cuando la resistencia debe medirse con mucha precisión.


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