Circuitos trifásicos equilibrados
1 1 Sistemas Trifásicos. La mayor parte de la
generación y transmisión de energía
eléctrica de potencia se realiza a través de
circuitos trifásicos de c.a. La potencia entregada a una
carga trifásica es constante en todo momento, en vez de
ser pulsatoria como en los sistemas monofásicos. Una carga
balanceada consume la misma cantidad de potencia en cada una de
sus tres fases.
2 Generación, Transmisión y Distribución de
Energía Eléctrica.
3 Descripción sistema eléctrico desde los puntos de
producción de la energía hasta los de consumo.
CENTRALES GENERADAS: – Plantas
Hidroeléctricas – Plantas
GeoTérmicas y Térmicas (combustibles
líquidos, vapor) – Plantas Eólicas – Nucleares
ESTACIONES ELEVADORA: Elevan la tensión desde el valor de
generación hasta el de transporte a grandes distancias.
Típico, Generación de 20KV se eleva a niveles de
138KV – 550KV para la transmisión. SISTEMA DE
TRANSMISIÓN: Transporte de energía eléctrica
a grandes distancias. SUBESTACIONES DE TRANSFORMACIÓN:
(Plantas de producción industriales) Reducen la
tensión del transporte para interconexión, a
tensiones de reparto, en los grandes centros de consumo.
SUBESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN Transforman la
tensión desde el nivel de la red de transmisión
hasta el de la red de distribución en media tensión
para centros de consumo industriales, comercial y
población. Tensiones típicas de 13,800 V y 34,500V.
RED DE DISTRIBUCIÓN DE BAJA TENSIÓN Alimentan
directamente los distintos receptores, siendo, el último
escalón en la distribución de la energía
eléctrica. Tensiones típicas de 120/220V,
480/240V.
4 Fuentes de Tensión Trifásicas.
5 Secuencia de fase en tensiones Trifásicas.
6 Conexiones básicas en Sistema Trifásico.
7 Representación fuentes de Voltajeen Circuitos
Trifásicos.
8 Sistema Trifásico Equilibrado.
9 2 Conexiones en Y (estrella) y ? (delta).
10 La Conexión en Y (estrella).Circuito con carga
resistiva equilibrada.
11 Conexión en Y , secuencia de fase.
12 La Conexión en ? (delta).Circuito con carga resistiva
equilibrada.
13 Conexión en ?, secuencia de fase.
14 3 Relaciones de Potencia en Circuitos Trifásicos.
15 Relaciones de Potencia en Circuitos Trifásicos.
16 Expresiones de Potencia en términos de magnitudes de
Línea para cargas trifásicas balanceadas.
17 Ejemplo, Circuito trifásico en Y-Y. Dado un sistema
trifásico conectado en Y–Y, con un voltaje por fase
de Vfase=120 Vrms, La impedancia por fase tiene una valor |Z|=15
?, y ?= 35°. Obtenga: La magnitud del Voltaje y la Corriente
de Línea. La Potencia Aparente, Media y Reactiva,
consumida por la carga trifásica. El factor de
Potencia.
18 Solución: Circuito trifásico en Y-Y.
19 4 Medida de la Potencia Media en circuitos trifásicos.
Para la medición de Potencia, se utiliza un instrumento
denominado Vatímetro (Wattímetro). Proporciona el
valor medio de la potencia del circuito. El Vatímetro
contiene dos bobinas independientes: Bobina de Corriente:
elaborada con alambre grueso y muy baja resistencia.
Conexión en serie con uno de los conductores conectados a
la carga. Conduce una corriente proporcional a la corriente de
carga. Bobina de Potencial: número elevado de espiras de
alambre delgado, con resistencia relativa alta. Conexión
entre los conductores hacia la carga. Conduce una corriente
proporcional a la tensión de la carga.
20 Medición de Potencia en un sistema trifásico.
Para medir la potencia total en un sistema de n líneas
conductoras es necesario conocer n-1 corrientes y tensiones. Esto
es así, dado que uno de los terminales es seleccionado
como referencia, quedando sólo n-1 tensiones y corrientes
independientes en los n conductores. La potencia total es la suma
de n-1 términos producto, es decir, p=v1i1 + v2i2 +
… + vn-1in-1.
21 Medición de Potencia en un sistema trifásico.
Para el circuito trifásico en Y, con carga balanceada, la
medida de la potencia media, utilizando el método de los
dos vatímetros, puede expresarse como: Donde: ?1:
ángulo de fase entre VAB e IaA. ?2: ángulo de fase
entre VCB e IcC. Para calcular W1 y W2 se expresa ?1 y ?2 por
medio del ángulo de la impedancia de fase, |Z|??°, que
es igual al ángulo entre la tensión y la corriente
de fase. Para una secuencia de fase positiva: ?1 = ? + 30° =
?fase+ 30°. ?2 = ? ? 30° = ?fase ? 30°.
22 Medición de Potencia en un sistema trifásico.
Así, la Potencia Media Total del circuito trifásico
será: La suma de las lecturas indica la potencia media
total, independientemente del desbalance de la carga y/o el
desbalance de la fuente, trifásicos. Consideraciones: a)
Lecturas iguales de los vatímetros indica una carga de FP
unitario. b) Si el FP es superior a 0.5, ambos vatímetros
darán una lectura positiva. c) Lecturas iguales y opuestas
señalan una carga puramente reactiva. d) Si el FP es igual
a 0.5, uno de los dos vatímeros dará un valor cero.
e) Si el FP es inferior a 0.5, uno de los dos vatímeros
dará un valor negativo. f) Una lectura W2 mayor que W1
indica una impedancia Inductiva. g) Una lectura W2 menor que W1
significa una carga Capacitiva.