Fundamentos y Conexiones de Sistemas Eléctricos Trifásicos
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Definición de Sistemas Trifásicos
Sistema Trifásico
Un Sistema Trifásico es un conjunto de tres magnitudes sinusoidales de igual frecuencia.
Sistema Trifásico Equilibrado
En un Sistema Trifásico Equilibrado, las magnitudes sinusoidales tendrán la misma amplitud y estarán desfasadas entre sí 120º.
Conexiones de Generadores Trifásicos
En un generador trifásico, tenemos dos bornas por espira (un total de seis). Para reducir el número de conductores necesarios, podemos realizar dos tipos de conexiones:
Conexión en Triángulo (Δ)
Se realiza uniendo el final de un devanado con el principio de otro. Resultan tres terminales de fase.
- Esquema de unión: A-B', B-C', C-A'
Conexión en Estrella (Y)
Se unen los extremos homólogos de todos los devanados en un punto común (denominado punto neutro), dejando libres los otros tres. Resultan tres terminales de fase y uno de neutro.
Nota: En la conexión en triángulo, la tensión de línea ($V_L$) es igual a la tensión de fase ($V_F$), mientras que en estrella $V_L = \sqrt{3} \times V_F$.
Líneas Trifásicas de Distribución
Las redes públicas de distribución se clasifican según el número de hilos:
- Las redes en Alta Tensión (AT) están constituidas por circuitos a tres hilos.
- Las redes en Baja Tensión (BT) están constituidas por circuitos a cuatro hilos.
Líneas a 3 Hilos
Cada conductor está conectado a un terminal de fase. La línea puede estar conectada en triángulo o en estrella. El neutro no está distribuido, por lo tanto, no está disponible para los usuarios.
Líneas a 4 Hilos
Tres conductores están conectados a fase y el cuarto al neutro. La línea está conectada a un generador en estrella.
Receptores Trifásicos
Al igual que los generadores, los receptores se pueden conectar en estrella (Y) o en triángulo (Δ).
Conexión de Receptores en Triángulo (Δ)
Cada impedancia de fase debe estar conectada entre dos fases. Las tres fases están conectadas en serie. Unimos tres puntos a las tres fases. En esta configuración no existe neutro.
Conexión de Receptores en Estrella (Y)
Las tres impedancias de fase están interconectadas en el centro de la estrella. Los extremos se conectan a las tres fases.
Características Importantes de la Conexión en Estrella
En una carga equilibrada conectada en estrella, el neutro de la carga coincide con el neutro de la red. La tensión entre ambos neutros es 0 V.
Relaciones de Tensión y Corriente en Sistemas Equilibrados
Conexión en Estrella (Y):
La corriente de línea es igual a la corriente de fase ($I_L = I_F$).
La tensión de línea es $\sqrt{3}$ veces la tensión de fase ($V_L = \sqrt{3} \times V_F$).
Conexión en Triángulo (Δ):
La tensión de línea es igual a la tensión de fase ($V_L = V_F$).
La corriente de línea es $\sqrt{3}$ veces la corriente de fase ($I_L = \sqrt{3} \times I_F$).
Cargas Desequilibradas
El caso de Cargas Desequilibradas es el más frecuente. Al ser distintas las impedancias, también lo son las corrientes de fase ($I_F$), y su suma vectorial no es cero. Siempre se deben realizar las conexiones de nuevos receptores a un circuito trifásico buscando equilibrar las cargas.
Conceptos de Potencia
Potencia Instantánea
La Potencia Instantánea es la suma de las potencias instantáneas de cada fase.
Potencia Activa (P)
La Potencia Activa (P) es el valor medio de la potencia instantánea. Al ser esta constante, coincidirán los valores de potencia activa e instantánea.
Medida de Energía
La Medida de Energía se realiza mediante contadores de Potencia Activa (P) y Potencia Reactiva (Q).
Tipos de Contadores
Contador de Inducción
Contador en el cual las intensidades que circulan por arrollamientos fijos reaccionan sobre las corrientes inducidas (I) en el elemento conductor móvil (generalmente un disco), lo que origina su movimiento.
Contador Estático (Electrónico)
Contador en el que la corriente (I) y la tensión actúan sobre elementos de estado sólido (electrónicos).