ELECTROTECNIA

E.- SISTEMAS ELCTRICOS TRIFSICOSndice

1.- Generador

2.- Generador trifsico - Lnea trifsica3.- Lnea: distribucin, tensiones

4.- Utilizacin. Cargas trifsicas. Conexin de receptores.

1.- GENERADOR1.1.- EL GENERADOR ELEMENTAL DE CA. MONOFSICA.Si hacemos girar una espira conductora dentro de un campo magntico uniforme, con velocidad angular constante, de modo que el eje de giro sea perpendicular al campo, se induce en la espira una f.e.m., que toma un conjunto de valores que dependen del valor del seno del ngulo de rotacin.

1.2.- EL GENERADOR ELEMENTAL DE CA. TRIFSICA.Es aqul que est formado por tres f.e.m. alternas senoidales monofsicas inducidas, de igual valor eficaz e igual frecuencia, desfasadas entre s 120 elctricos.

A cada una de las tensiones producidas por un generador trifsico, se les denomina "fases" (porque estn desfasadas unas respecto a las otras 120) y se les designa ordinariamente con las letras R, S y T.

1.3.- CONEXIONES DE LOS 3 ARROLLAMIENTOSPuesto que tenemos 3 arrollamientos y 6 bornes, podemos realizar dos tipos de conexiones:- en tringulo: uniendo el final de un devanado con el principio del otro y usando estos puntos como bornes de salida de la mquina. Las figuras corresponden a un alternador, un transformador (secundario) y su representacin vectorial.

- una estrella: uniendo los extremos homlogos de todos los devanados y dejando libre, como borne, el otro extremo. Las figuras corresponden a un alternador, un transformador (secundario) y su representacin vectorial.

2.- GENERADOR TRIFSICO - LNEA TRIFSICA

2.1.- CONEXIN GENERADOR - LNEA EN TRINGULO

Partimos de las bobinas de fase del generador, que generan una tensin UF y por las que circular, si se cierra circuito, una corriente IF.

Hay 3 bornes de salida; hay 3 hilos de lnea. Unimos generador y lnea.

Relacin entre valores de fase y lnea.1) Evidentemente, la tensin de lnea, UL, es igual a la tensin de fase, UF, puesto que entre cada dos hilos hay una bobina de fase.2) La relacin entre valores de fase (generador) y de lnea es . (Ver apartado 2.3).

2.2.- CONEXIN GENERADOR-LNEA EN ESTRELLA

1) Evidentemente, la corriente de lnea es la misma que la de la bobinas de fase, puesto que no nay ninguna otra conexin entre bobina y lnea.

2) Las tensiones de lnea son la suma vectorial de las de las fases de la mquina generadora. (Ver apartado 2.3).

En la conexin estrella, aparece un 4 borne libre, X en la figura anterior, que es equidistante de los de las fases. Es el borne del conductor de neutro, N.

En el apartado de distribucin se ampla su utilizacin.

2.3.- Clculo de la razn estrella-tringuloLa razn entre los vectores de una conexin estrella y tringulo se puede calcular por el teorema de coseno, aplicndolo, por ejemplo, en el tringulo sombreado.

Enunciado del teorema del coseno:

pero,

= 120 cos = -1/2 b = c

por tanto:

es decir, la razn del vector del tringulo respecto al vector de la estrella es .

Aplicando esta relacin a la conexin estrella, se tiene:

3.- LNEA: DISTRIBUCIN. TENSIONES

3.1.- Distribucin desde sistema tringulo

El sistema se usa en transporte (MT), pero muy poco en distribucin y utilizacin BT.

3.2.- DISTRIBUCIN DESDE SISTEMA ESTRELLAEl sistema en estrella es el sistema normal de distibucin y utilizacin en BT.En l se tiene este conjunto de valores:

3.3.- TENSIONES en BT

El REBT y diversos Reales Decretos, establecen las siguientes tensiones:

- Tensiones usuales:

230 V entre fases con red trifsica de 3 conductores230 V entre fase y neutro y 400 V entre fases, con red trifsica de 4 conductores.

Tolerancia en tensin: 7% (RD 1955/2000. Art. 104-3)Frecuencia: 50 Hz, 0,3% (RD 1995/2000 remite a UNE 50 160)As tenemos:

- distribucin a 230/400 V

- distribucin a 127/230 V; este valor tiende a desaparecer, pero an quedan amplias zonas con estas tensiones de distribucin.

4.- UTILIZACIN. CARGAS TRIFSICAS. CONEXIN DE RECEPTORES.

4.1.- CARGA TRIFSICA EQUILIBRADA Y DESEQUILIBRADA

Se denomina sistema trifsico equilibrado o carga trifsica equilibrada la que absorbe la misma intensidad de corriente de cada una de las fases.Por ejemplo: motores trifsicos.Se denomina sistema trifsico desequilibrado o carga trifsica desequilibrada la que absorbe corrientes de fase no iguales; por tanto, en estrella, el neutro conduce la diferencia (vectorial). Es el caso, tpicamente, de los sistemas de alumbrado y otros receptores monofsicos.

4.2.- POTENCIA EN LOS SISTEMAS TRIFSICOS

En los sistemas trifsicos, se tiene

- Potencia activa

Adems, la potencia activa de un sistema trifsico es igual a la suma aritmtica de las potencias activas de las tres fases.Potencia reactiva

Adems, la potencia reactiva total es igual a la suma algebraica de las potencias reactivas de las tres fases.

Potencia aparente

4.3.- RECEPTORES TRIFSICOS

La conexin de receptores en estrella o en tringulo tiene un aspecto muy diferente respecto a la conexin de generadores (alternadores y transformadores de distribucin).

En generacin y distribucin, segn cmo se conecten las bobinas de la mquina generadora, se suministra una u otra tensin, se tiene un sistema a 3 a 4 hilos y los receptores se adaptan a esa tensin.

Pero, en recepcin, el receptor a conectar est hecho para trabajar a una determinada tensin. Si un receptor se alimenta a ms tensin, se quema; si se alimenta a menos tensin, trabaja mal y tambin puede quemarse.

Por tanto, vamos a estudiar la conexin de receptores en estrella o en tringulo de receptores considerando que el receptor est adecuadamente alimentado y adaptado a la red de distribucin.

Los receptores trifsicos son los que se alimentan de una red trifsica, por ejemplo, motores o transformadores trifsicos.

Estudiemos su alimentacin respecto a la lnea y tensiones trifsicas.

Estas mquinas, tienen 3 bobinas, iguales, que pueden conectarse en estrella o en tringulo.Para trabajar correctamente, tienen que ser alimentadas de manera que sus devanados trabajen con una tensin UF o, dicho ms grficamente, Ubobina.

4.3.1.- Caso 1: Conexin de una carga en estrella o en tringulo para adaptarse a distintas redes (230/400 V o 127/220 V).

Es el caso normal de la mayora de cargas trifsicas: hay que escoger su conexin interna (en estrella o tringulo) para conectarlos adecuadamente a la red de que se dispone.

Motor de 11 kW, 230/400 V, cos : 0,8.

Con red 230/400 V, conexin estrella.

Los valores U e I de la potencia, son valores de lnea.

Clculo de la corriente de lnea:

evidentemente:

En cada bobina de fase del motor:

Con red 127/230 V, conexin tringulo

Los valores U e I de la potencia, son valores de lnea.

Clculo de la corriente de lnea:

evidentemente:

En cada bobina de fase del motor:

Conclusin: en ambos casos, la mquina da la misma potencia y en las bobinas de fase se tiene la misma tensin, corriente y potencia.

4.3.2.- Caso 2: Conexin en estrella o en tringulo con una misma red.Cambio de conexin para que un receptor (motor, por ejemplo) desarrolle dos potencias diferentes. (Precauciones como problema real: en ningn caso, debe de sobretensionarse el receptor; debe de preverse, mecnica y elctricamente, la situacin de menor tensin y potencia).Motor de 11 kW, 400/660 V, cos : 0,8.

- Con red 230/400 y conexin tringulo

Funcionamiento normal en tensin, corriente y potencia tanto la mquina como cada fase.- Con red 230/400 V y conexin estrella

En estrella la mquina debera conectarse a una red de 660 V, pero, al conectarla a slo 400 V, la mquina est subtensionada.

Por tanto, vamos a calcular la potencia que suministra al hacerla trabajar con una red de 400 V:

La tensin de lnea es la misma, 400 V; pero la corriente de lnea se divide por por el cambio de conexin a estrella y otra 2 vez porque la bobina queda subtensionada.

Por tanto, aplicando valores:

4.4.- Otras consideraciones

4.4.1.- Secuencia de fases

En la conexin de receptores trifsicos a redes trifsicas, normalmente debe de tenerse presente la secuencia de fases. Esto es crtico en motores porque provoca una inversin del sentido de giro. Tambin puede ser crtico en algunos tipos de rectificadores.

4.4.2.- Fallo de neutro

En los sistemas estrella con neutro distribuido y con receptores monofsicos, el fallo de neutro puede originar graves problemas.

4.4.3.- Alimentacin a 230 V desde una red 127/230 V

En las poblaciones o zonas en las que la red es todava de 127/220 V, es frecuente que la distribucin a 2 hilos, para los particulares, se haga entre fases; de esta forma los aparatos pueden ser de 230 V, porque muchos ya no existen a 127 V.Por seguridad, esta situacin debe de conocerse y ser tenida en cuenta.