Fundamentos de Sistemas Trifásicos y Gestión de Armónicos en Redes Eléctricas

1. Ventajas e inconvenientes de los sistemas trifásicos

Los sistemas trifásicos permiten obtener dos tensiones diferentes en una misma línea: 230 V entre fase y neutro, y 400 V entre fases. La relación matemática entre ambas tensiones es de √3. Esta versatilidad permite utilizar la tensión más elevada en el sector industrial y la más baja en el entorno doméstico por motivos de seguridad.

Además, los alternadores, transformadores y motores trifásicos poseen un mayor rendimiento, siendo dispositivos más sencillos y económicos que sus equivalentes monofásicos. Específicamente, los motores trifásicos presentan un mejor par de arranque, un rendimiento superior y un optimizado factor de potencia. Actualmente, la práctica totalidad de la energía eléctrica se genera, transporta y distribuye bajo la forma de corriente alterna trifásica.

2. Generación de un sistema trifásico

Para la generación de un sistema trifásico, se emplean tres espiras dispuestas con una separación de 120° que giran dentro de un campo magnético. Este proceso induce tres fuerzas electromotrices (f.e.m.) que poseen el mismo valor eficaz y frecuencia, pero que se encuentran desfasadas 120° eléctricamente entre sí.

En los alternadores modernos, las bobinas se ubican en el estátor, mientras que el rotor contiene un electroimán encargado de inducir las tres tensiones desfasadas.

3. Tipos, características, aplicaciones y ejemplos

Conexión en estrella

La conexión en estrella permite disponer de un conductor neutro y obtener simultáneamente tensiones de 230 V y 400 V. Se utiliza habitualmente en sistemas que requieren ambos niveles de tensión, como es el caso de una instalación eléctrica en un edificio de viviendas.

Conexión en triángulo

En la conexión en triángulo, cada carga recibe directamente la tensión de línea (400 V). En esta configuración, la corriente de línea es √3 veces mayor que la corriente de fase. Su aplicación principal se encuentra en maquinaria de alto consumo energético.

4. Definición de armónico en CA

Un armónico se define como una componente de tensión o corriente cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental (establecida en 50 Hz en el sistema europeo). La tensión senoidal ideal tiende a deformarse debido a la presencia de cargas no lineales, lo que genera estas componentes adicionales de alta frecuencia.

5. Efectos en la red

Las cargas no lineales absorben corriente mediante impulsos, lo que provoca fluctuaciones significativas en la tensión y la corriente, generando deformaciones en la forma de onda original. Estas perturbaciones se manifiestan como armónicos superpuestos a la onda fundamental, afectando la calidad del suministro eléctrico.

6. Elementos que los generan

Entre las principales cargas no lineales responsables de la producción de armónicos se encuentran:

• Balastos electrónicos.
• Fuentes de alimentación conmutadas (presentes en ordenadores y televisores).
• Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAI/UPS).
• Rectificadores de potencia.
• Reguladores electrónicos de tensión.
• Hornos de arco industriales.
• Variadores de velocidad para motores trifásicos.

7. Medición y sistemas de compensación

El factor de potencia se corrige habitualmente mediante el uso de baterías de condensadores, las cuales pueden conectarse en estrella o triángulo. Las baterías automáticas trifásicas permiten ajustar la compensación de forma dinámica según las necesidades de la red.

Es fundamental que estos equipos incorporen resistencias de descarga para mitigar riesgos eléctricos al momento de su desconexión.