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UNIDAD II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y
DISTRIBUCIN DEENERGA.Un sistema trifsico es una combinacin de tres
sistemas de una fase o monofsicos. En un sistema
trifsicobalanceado, la potencia proviene de un generador de
corriente alterna que produce tres voltajes iguales en magnitud,
pero desfasados 120 entre s. En el sistema Internacional (SI), las
fases se pueden representar con las letras R, S y T; V1, V2 y V3;
A, B y C o X, Y y Z, segn el pas donde nos encontremos.SISTEMAS
TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.El sentido de rotacin de los fasores, tanto para secuencia
positiva como para negativa es la misma,antihoraria. La diferencia
est en que en secuencia positiva, la secuencia de los voltajes es
V1, V2, V3 (A, B, C); mientras que para la secuencia negativa el
orden de rotacin es V1, V3, V2 (A, C, B);respectivamente. En la
realidad las fuentes solo producen secuencia positiva.SISTEMAS
TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESAunque en los
sistemas elctricos suelen emplearse circuitos monofsicos la mayor
parte de la generaciny distribucin de corriente alterna es
trifsica. Los circuitos trifsicos requieren una menor seccin de los
conductores que para circuitos monofsicos con las mismas
caractersticas de potencia y voltaje nominal; permiten una
flexibilidad en la eleccin de voltajes y pueden utilizarse con
cargas monofsicas. Adems, los equipos son de menor tamao, ms
ligeros y ms eficientes que los monofsicos con la misma capacidad
nominal. Los sistemas trifsicos pueden conectarse de dos
maneras:1.- Si las tres terminales comunes de cada fase, se
conectan entre si a una sola, y las otras tres terminales
seconectan a la lnea de 3 fases, el sistema est conectado en Y o
estrella. El terminal comn (tanto para la fuente o carga trifsica)
puede o no estar conectado a tierra, si est conectado a tierra se
dice que el neutro esta aterrizado, de lo contrario, se dice que el
es neutro flotante.2.- Si las tres fases se conectan en serie para
formar un circuito cerrado, el sistema est conectado entriangulo o
delta.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE
CONEXIONESFuente y carga en Conexin estrella.SISTEMAS
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[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESFuente
conectada en estrella y carga en delta.SISTEMAS
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[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESFuente
conectada en delta y carga conectada en estrella.SISTEMAS
TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESFuente y carga
conectadas en delta.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia
, Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS
DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE
CONEXIONESDe las figuras anteriores, se puede observar claramente
que en un sistema elctrico trifsicopodemos identificar dos
magnitudes de voltajes y corrientes, estas son: magnitudes de lnea
y magnitudes de fase.Magnitudes de lnea: son voltajes que se miden
entre 2 fases y las corrientes de lnea son corrientes que semiden
en una lnea que va desde la fuente hasta una carga trifsica. Las
magnitudes de lnea pueden encontrarse tanto en conexiones estrella
como triangulo.Magnitudes de fase: Son voltajes que se miden entre
una fase y el neutro y las corrientes de fase soncorrientes que
pasan por una carga monofsica y van desde una lnea hasta el neutro.
Las magnitudes de fase pueden encontrarse en conexiones en
estrella.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE
CONEXIONESa)VABe IA son voltaje y corriente de lnea para una
fuente, ya sea una conexin estrella o triangulo.b)VANes voltaje de
fase en una fuente conectada en estrella.c)Vane Ia son voltaje y
corriente de fase para una carga con conexin en estrella.d)VAB
IABeson voltaje y corriente defase en una carga con conexin
triangulo.En una fuente de voltaje balanceadabalanceada y de
secuencia positiva, losy de secuencia positiva, o bien, una carga
conectadaenestrellavoltajes de lnea siempre estn adelantados 30 con
respecto al voltajede fase de referencia, es decir, por ejemplo si
el voltaje de fase,VANest en la posicin cero del eje deldiagrama
fasorial, entonces 30 medidos del eje cero y en sentido antihorario
est el voltaje de lnea VABSISTEMAS TRFASICOSTIPOS DE
CONEXIONESFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESFasorialmente se tiene:SISTEMAS
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[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESVL representa
el voltaje de lnea del sistema trifsico. Por ejemplo en nuestras
redes elctricas de distribucin en baja tensin, a una frecuencia de
50[Hz], el voltaje de lnea es de 380[V] (voltaje eficaz entrelnea y
lnea). El valor del voltaje de fase VAN , es de 220[V] (Valor
eficaz entre fase y neutro).En secuencia positiva, los voltajes de
lnea se adelantan 30 con respecto a los voltajes de fase, en
cambioen secuencia negativa los voltajes de lnea se atrasan 30
respecto de los voltajes de fase.Adems, en una conexin estrella, la
corriente de la lnea es igual que la corriente de fase Ia=IA ; en
tanto que para una conexin en triangulo, el voltaje de lnea es
igual al voltaje de fase Vab = VABSISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS.En los sistemas
trifsicos podemos encontrar dos tipos de cargas, segn estn
conectadas en estrella o delta:A.- Cargas Balanceadas: Esto ocurre
cuando las tres impedancias de la carga conectadas, ya sea
enestrella o en delta son iguales en magnitud y ngulo. Por
ejemplo:SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS
CARGAS TRIFSICAS.En los sistemas trifsicos podemos encontrar dos
tipos de cargas, segn estn conectadas en estrella o delta:B.-
Cargas desbalanceadas: Esto ocurre cuando al menos una de las tres
impedancias es distinta de lasotras, ya sea en magnitud o
ngulo.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS
CARGAS TRIFSICAS BALANCEADAS CON CONEXIN DELTA.Se encuentra que, la
impedancia de cada fase en una carga con conexin delta es iguales
decir:SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS
CARGAS TRIFSICAS BALANCEADAS.En una carga balanceada, como en la
figura anterior, con conexin en delta, el voltaje delnea y el
voltaje de fase son iguales, adems que la corriente de lnea esde
fase, es decir:3 veces la corrienteSISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS BALANCEADAS.Adems, la
corriente de lnea se adelanta 30 con respecto a la corriente de
fase en una carga o fuenteconectada en delta. An cuando las 3
fuentes del sistema trifsico estn conectadas en estrella y con
neutro flotante, o bien si las 3 fuentes estn conectadas en delta,
las magnitudes de voltajes y corrientes, tanto de lnea como de
fase, siguen siendo las mismas, esto es debido a que al ser cargas
equilibradas, el sistema sigue siendo balanceado, es decir, las
magnitudes de los voltajes de las tres fases tienen igualmagnitud y
el desfase entre ellas de 120 elctricos respectivamente.Como las
corrientes que circulan por las impedancias, de cada fase, de una
conexin en delta balanceadason iguales, la potencia de fase o
potencia de una fase es la tercera parte de la potencia total.
Adems, dichas corrientes son balanceadas, es decir, de igual
magnitud y desfasadas 120 elctricos una respectode otra, ya sea en
secuencia positiva o negativa.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS BALANCEADAS.La Potencia
Activa de Fase Pf dado un factor de potencia cos en la carga, est
dada por:La Potencia Activa Total trifsicaSISTEMAS
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[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS
BALANCEADAS.La Potencia Reactiva de FaseLa Potencia Reactiva
TotalLa Potencia Aparente por faseLa Potencia Aparente
TotalSISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera
G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS
BALANCEADAS.Las relaciones del tringulo de potencia en un circuito
3se muestran a continuacin:Elfactordepotenciaenlossistemaselctricos
trifsicos, al igual que en sistemasmonofsicos, es de gran
importancia, puesto que son las empresas generadoras quienes deben
suplir dicha potencia a travs de las lneas de transmisin. Un factor
de potencia muy bajo trae como consecuencia que
lasempresasgeneradorassufranperdidaseconmicas. Esto se puede ver
claramente,ya que al demandar ms Potencia Reactiva de una fuente,
menos Potencia Activa puede ofrecer la empresa generadora al
mercadoRecuerde siempre que el negocio de las empresas generadoras
es venderkWh nokVARh .SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS BALANCEADAS CON CONEXIN
ESTRELLA.Se tendrn en cuenta las siguientes consideraciones:Para
cualquier conexin, las lneas A, B y C proporcionan un sistema de
voltajes trifsicos.La carga en una conexin en estrella es igual a
ZY , es decirEl punto neutro, marcado N en la conexin en Y, es el
cuarto conductor del sistema trifsicodecuatro hilos (ser de cuatro
hilos siempre y cuando desde la fuente se lleve el conductor N
hasta lacarga) si no se dice que el sistema esta aterrizado,
entonces tiene retorno por tierra.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS BALANCEADAS CON CONEXIN
ESTRELLA.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS
CARGAS TRIFSICAS BALANCEADAS CON CONEXIN ESTRELLA.An cuando las 3
fuentes del sistema trifsico estn conectadas en estrella y con
neutro flotante, obien, si las 3 cargas estn conectadas en estrella
y con neutro flotante, las magnitudes de voltajes y corrientes,
tanto de lnea como de fase siguen siendo las mismas, esto es debido
a que al ser cargas equilibradas, el sistema sigue siendo
balanceado, es decir, las magnitudes de los voltajes de las tres
fases tienen igual magnitud y adems, tienen un desfase entre ellas
de 120 elctricos respectivamente, ya sea en secuencia positiva o
negativa. Lo mismo ocurre para las corrientes.Como las impedancias
de fase, de las cargas balanceadas en Y tienen corrientes iguales,
la potenciade fase o potencia de una fase es la tercera parte de la
potencia total.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia ,
Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS
CARGAS TRIFSICAS BALANCEADAS CON CONEXIN ESTRELLA.La Potencia
Activa de Fase Pf dado un factor de potencia cos en la carga, est
dada por:La Potencia Activa Total trifsicaLa Potencia Reactiva de
FaseSISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera
G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS
BALANCEADAS CON CONEXIN ESTRELLA.La Potencia Reactiva TotalLa
Potencia Aparente por faseLa Potencia Aparente TotalSISTEMAS
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[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS
DESBALANCEADAS CON CONEXIN DELTA.Se encuentra que, la impedancia de
cada fase en una carga con conexin delta es distintaes
decir:SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS
CARGAS TRIFSICAS DESBALANCEADAS CON CONEXIN DELTA.En la figura
anterior, VL y VAN son voltaje de lnea y de fase en la fuente.
Adems, Vab = VAB , es voltaje de fase en la carga, e Ia con Iab son
corrientes de lnea y de fase en la carga. En una carga
desbalanceada en delta y la fuente en estrella con neutro
aterrizado, tal como se muestra en la figura anterior, el voltaje
de lnea y el voltaje de fase son iguales, pero la corriente de lnea
ya no es raiz de 3 veces la corriente defase.Las corrientes de fase
en la carga estn dadas por las siguientes ecuaciones:SISTEMAS
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[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS
DESBALANCEADAS CON CONEXIN DELTA.Luego las corrientes de lnea estn
dadas por:En la carga el voltaje de fase es igual al voltaje de
lnea:SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera
G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS
DESBALANCEADAS CON CONEXIN DELTA.Al estar las cargas
desequilibradas en delta, las tres corrientes son destintas, se
produce un desequilibrioy ya no estn desfasadas 120 entre s. An
cuando las 3 fuentes del sistema trifsico estn conectadas en
estrella con neutro flotante, o bien si las 3 fuentes estn
conectadas en delta, las magnitudes de voltajes, tanto de lnea como
de fase siguen siendo balanceadas en las fuentes y cargas, pero el
desequilibrio de las corriente es indiscutible.En este caso, las
cargas conectadas en delta tienen corrientes distintas por fase,
por lo tanto, la Potenciade cada fase es distinta, ya sea en
secuencia positiva o negativa. Para obtener las Potencias
Aparentes, Activas y Reactivas totales se deben sumar las potencias
de cada fase (con ello se obtiene la potencia trifsica consumida en
el circuito), es decir:SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS DESBALANCEADAS CON
CONEXIN DELTA.La Potencia Activa de Fase (en este caso son
distintaspotencia cos en la carga (por fase), esta dada por:Pab Pbc
Pca,y), dado un factor deLa Potencia Reactiva de Fase (en este caso
son tres distintaspotencia cos en la carga (por fase) viene dada
por:Qab Qbc Qca,y), dado un factor deSISTEMAS TRFASICOSFundamentos
de Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS DESBALANCEADAS CON
CONEXIN DELTA.La Potencia Aparente por Fase (en este caso son
distintascos en la carga (por fase) viene dada por:Sab Sbc
Sca,y),dado un factor de potenciaSISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS DESBALANCEADAS CON
CONEXIN ESTRELLA.Las cargas por cada fase no son iguales, por
endeSolo para la conexin mostrada en la figura no se producen
desequilibrios en los voltajes, por el hecho deque los dos puntos
neutros estn a una misma diferencia de potencial (neutro
aterrizado). En caso que el punto neutro de la carga en estrella
sea levantado de tierra, es decir, neutro flotante, inmediatamente
aparecer un desequilibrio en las tensiones de la carga en conjunto
con el desequilibrio de las corrientes. El caso de cargas
desequilibradas con conexin en estrella y neutro flotante, son las
que mas complicaciones traen al sistema, puesto que cada mquina
viene dispuesta segn el fabricante para trabajar a un cierto nivel
de voltaje, y si ste, es menor o mayor que el producido por el
desequilibrio de cargas, traer como consecuencia el mal
funcionamiento de la mquina (recalentamientos) que incluso pueden
hacer que se vuelva inservible.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS DESBALANCEADAS CON
CONEXIN ESTRELLA.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia ,
Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS
CARGAS TRIFSICAS DESBALANCEADAS CON CONEXIN ESTRELLA.En la figura
anterior, VL es el voltaje de lnea y Vf es el voltaje de fase. En
una carga desequilibrada conectada en estrella, mostrada en la
figura anterior, el voltaje de lnea es raz de 3 veces el voltaje de
fase,es decir, no hay desequilibrios de voltajes y estn 120
desfasados uno respecto de los otros (esto se logra por el hecho de
conectar el neutro a tierra en ambos extremos) . Adems, la
corriente de lnea es igual a la corriente de fase, es decir se
tiene que:SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS
CARGAS TRIFSICAS DESBALANCEADAS CON CONEXIN ESTRELLA.El nico
desarreglo que aparece en este tipo de circuito, es que las
corrientes de lnea son distinta por elhecho de ser cargas
desbalanceadas (corrientes con magnitudes distintas y no desfasadas
120 una de otra). An as, al estar conectados los dos neutros a
tierra el problema de los desequilibrios de voltajes desaparece,
pero se crea otro problema y es que por el conductor neutro de la
carga, estar circulando una corriente residual, por el hecho de que
la suma de todas las corrientes ya no es cero. En otras palabras
ocurre que en el punto neutro n de la carga:SISTEMAS
TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS
BALANCEADAS CON CONEXIN ESTRELLA.La Potencia Activa de Fase Pf dado
un factor de potencia cos en la carga, est dada por:La Potencia
Activa Total trifsicaLa Potencia Reactiva de FaseSISTEMAS
TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POTENCIAS EN LAS CARGAS TRIFSICAS
BALANCEADAS CON CONEXIN ESTRELLA.La Potencia Reactiva TotalLa
Potencia Aparente por faseLa Potencia Aparente TotalSISTEMAS
TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Dispositivo Elctrico, sin pares
en movimientos continuamente, que por induccin
electromagnticatransforma energa elctrica de uno o ms circuitos a
la misma frecuencia, con valores cambiados, generalmente, de tensin
y corriente.Un transformador ideal consiste en 2 bobinas
independientes, elctricamente aisladas y enrolladas sobre un ncleo
comn.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.CONSTRUCCIN DEL
TRANSFORMADORTipos de transformadoresLa construccin de
transformadores monofsicos puede dividirse en dos tipos
principales:Tipo de Columna1.2.Las bobinas envuelven al ncleo.El
flujo producido por la bobina tiene dos caminos; el ncleo y el
aire, por ste se provocan prdidas llamadas de
dispersin.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Tipo Acorazado1.2.El
ncleo envuelve a las bobinas.Usualmente la trayectoria por el
hierro es ms corta.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia ,
Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.1.Los conductores de
los devanados estn aislados entre s; en transformadores de baja
potenciay tensin se utilizan hilos esmaltados. En mquinas grandes
se emplean pletinas rectangulares encintadas con papel impregnado
en aceite.2.El aislamiento entre devanados se realiza dejando
espacios de aire o de aceite entre ellos.3.La forma de los
devanados es normalmente circular.4.El ncleo est siempre conectado
a tierra.5.Para evitar elevados gradientes de potencial, el
devanado de baja tensin se dispone el mscercano al
ncleo.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera
G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Enfriamiento: Los transformadores
pueden enfriarse por aire, aceite o agua. Cualquiera que sea
elmtodo de enfriamiento, el problema esencial es el de la
transferencia de calor del hierro y cobre del transformador al
medio refrigerante.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia ,
Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO.La energa elctrica se transfiere de una bobina a
otra por medio del acoplamiento magntico. La bobinaque recibe la
energa de la fuente de c.a. se llama devanado primario. La que
proporciona energa a unacarga se llama devanado secundario. Los
ncleos de los transformadores que se usanfrecuencias se hacen con
un material magntico, usualmente acero laminado. Los ncleos
transformadores que se usan a altas frecuencias se hacen de hierro
pulverizado y cermica oa bajasdelosbien dematerialesnomagnticos.
Algunas bobinassearrollansencillamentesobreformashuecasnomagnticas.
Por ejemplo, de cartn o plstico de manera que el material del ncleo
sea en realidad el aire.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia
, Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS
DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.RELACIN DE VOLTAJE:
El voltaje en las bobinas de un transformador es directamente
proporcionalal nmero de vueltas (o espiras) de cada una de ellas.
Esta relacin se expresa por la siguiente formulaLa relacin VP / VS
es llamada Relacin de Voltaje ( R.V.), mientras que NP / NS es
llamada Relacin de Vueltas (R.N.), por ende:R.V. = R.N.Donde:Vp:
Voltaje en la bobina del primario [V].Vs: Voltaje en la bobina del
secundario [V].Np: Numero de vueltas en la bobina del primario.Ns:
Numero de vueltas en la bobina del
secundario.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Una relacin de 1:4
significa que por cada 1[V] que se aplique al primario del
transformador, en el secundariohay 4[V].Cuando el voltaje del
secundario es mayor que el voltaje del primario, el transformador
se llama elevador.Una relacin de voltaje de 4:1 significa que por
cada 4[V] aplicados al primario, en el secundario hay
solo1[V].Cuando el voltaje del secundario es menor que el del
primario, al transformador se le llama reductor.RELACIN DE
CORRIENTE: La corriente en las bobinas de un transformador es
inversamente proporcionalal voltaje en cada una de ellas. Esta
relacin se expresa de la siguiente manera:Ip: Corriente en la
bobina del primario [A].Is: Corriente en la bobina del secundario
[A].TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.EFICIENCIA EN TRANSFORMADOR
IDEAL.: La eficiencia de un transformador es igual a la potencia de
salidaen el secundario dividida por la potencia a la entrada del
primario. Un transformador ideal tiene una eficienciadel 100%
porque entrega toda la energa que recibe. Aeficiencia del mejor
transformador real es menor al
100%.causadeperdidasenelncleoyenelcobre,laPo: Potencia de salida
del secundario [W].Pi: Potencia de salida del primario
[W].TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.CARACTERSTICAS NOMINALES DE
TRANSFORMADORES: La capacidad de los transformadores seespecifica
en [kVA]. Como la potencia en un circuito de c.a. depende del
factor de potencia de la carga (F.P.) y de la corriente que pasa
por ella, la especificacin de potencia de salida en [kW] requiere
adems el valor del factor de potencia.RELACIN DE IMPEDANCIAS: Un
circuito transfiere la mxima cantidad de potencia a otro cuando
lasimpedancias de los dos circuitos son iguales o estn acoplados.
Si los dos circuitos tienen impedancias diferentes, se puede usar
un transformador para acoplar las impedancias entre los dos
circuitos. Al construir los devanados del transformador de manera
que tengan determinada relacin de vueltas, el transformador puede
satisfacer cualquier requisito de acoplamiento de impedancias. La
relacin de vueltas determina la relacin correcta con la relacin
cociente de impedancias de los devanados del primario y del
secundario. Esto se expresa de la siguiente
manera:TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera
G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.PRDIDAS Y EFICIENCIA DEL
TRANSFORMADOR REAL: Los transformadores reales tienen prdidas enel
cobre y en el ncleo. Las prdidas en el cobre es la potencia perdida
de los devanados del primario y secundario debido a la resistencia
ohmica de los alambres de los devanados. Las prdidas en el cobre,
en Watts, se obtienen de la siguiente manera:DondeIp: Corriente en
el primario [A].Is: Corriente en el secundario [A].Rp: Resistencia
en el devanado primario [ ].Rs: Resistencia en el davanado
secundario [ ].Las prdidas en el ncleo son causadas por histresis y
por las corrientes parasitas. Las perdidas porhistresis son la
energa que se pierde al invertir el campo magntico en el ncleo
conforme la corriente alterna magnetizadora aumenta y disminuye e
invierte su direccin. Las prdidas por corrientes parasitas son
producidas por circulacin de corrientes inducidas en el material
del ncleo.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Las prdidas en el
cobre de ambos devanados pueden medirse por medio de un wattmetro.
El wattmetro secoloca en el circuito primario del transformador
cortocircuitando el secundario. Posteriormente se aumenta el
voltaje aplicado al primario hasta que en el secundario, en corto,
circule la corriente nominal a plena carga, en ese momento, el
wattmetro indicar las perdidas totales en el cobre. Las perdidas en
el ncleo tambin pueden obtenerse con un wattmetro en el circuito
primario, aplicando el voltaje nominal al primario con el circuito
del secundario abierto.La eficiencia en un transformador real se
expresa:TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera
G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.POLARIDAD DE LA BOBINA. El smbolo
de un transformador no da indicacin sobre la fase del voltaje enel
secundario, puesto que la fase de ste depende en realidad de la
direccin del devanado sobre el ncleo. A fin de resolver este
problema, se usan puntos de polaridad para indicar la fase de las
seales del primario y el secundario. Los voltajes estn en fase o
bien [rad] fuera de fase con respecto al voltaje del
primario.TRANSFORMADORESFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.En este transformador
se incluyen los devanados del circuito primario y secundario y
serepresenta el ncleo del transformador por un circuito acoplado
magnticamente.TRANSFORMADOR MONOFSICOFundamentos de Electrotecnia ,
Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Circuito Equivalente:
En ste circuito se representa el circuito acoplado magnticamente
por una ramade magnetizacin, la cual consta de una resistencia y
una reactancia en paralelo, esta ubicada en el primario del
circuito equivalente. Para poder referir los parmetros pasivos
(Impedancia) y activos (Tensin y corriente) se utiliza la razn de
transformacin.El circuito equivalente puede estar referido al lado
primario, con lo cual es necesario referir losparmetros del lado
secundario al primario.TRANSFORMADOR MONOFSICOFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.De igual forma es posible obtener el circuito equivalente
del lado secundario, refiriendo losparmetros del lado primario y la
rama de magnetizacin.TRANSFORMADOR MONOFSICOFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.PRUEBAS DE VACIO Y CORTOCIRCUITOPrueba de vaco: Esta
prueba se realiza para obtener los parmetros de la rama de
magnetizacin. Puedeefectuarse en el primario o en el secundario del
transformador, en el lugar donde se realice las medidas quedara
definida la impedancia de magnetizacin.TRANSFORMADOR
MONOFSICOFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Esta prueba normalmente se
realiza a tensin nominal (El voltaje con el cual se energiza). Se
obtienela potencia, corriente y tensin en vaco. Los pasos a seguir
son:TRANSFORMADOR MONOFSICOFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Prueba de
cortocircuito: sta prueba se realiza para obtener los parmetros de
los devanados deltransformador. Puede efectuarse en el primario o
en el secundario del transformador, en el lugar donde se realicen
las medidas quedara definida la impedancia de las
bobinas.TRANSFORMADOR MONOFSICOFundamentos de Electrotecnia , Diego
Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Esta prueba
normalmente se realiza a corriente nominal (La corriente es donde
se realiza encortocircuito). Se obtiene la potencia, corriente y
tensin en cortocircuito. Los pasos a seguir son:TRANSFORMADOR
MONOFSICOFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.Los transformadores trifsicos
pueden ser construidos por 3 transformadores monofsicos o bien, de
unasola unidad trifsica que contenga los devanados de las 3 fases.
Se pueden clasificar en:BANCO DE TRANSFORMADORES MONOFSICOS.Esta
formado por 3 unidades monofsicasseparadas,cadauna
delascualestransforma un tercio de la potencia total. Esla
disposicin que requiere ms fierro, porello, es la de mayor costo
yperdidas. El peso y el volumen unidad monofsica es menor
quemayoresde cada el de untransformador trifsico, lo que facilita
eltransporte. La falla de una unidad no implica el cambio de todo
el transformador trifsico.TRANSFORMADOR TRIFSICOFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.TIPO ACORAZADO (SHELL).Con esta configuracin, se logra un
ahorro de fierro, hasta un 15%, con lo que se logra disminuir
elcosto y las perdidas, pero en caso de falla, ya no es posible
remplazar solo una unidad monofsica, sino que es preciso disponer
de otro transformador trifsico completo. Este transformador se usa
preferentemente en las unidades de alta capacidad.TRANSFORMADOR
TRIFSICOFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPO NCLEO O COLUMNA (CORE).Es
tal vez el ms empleado. En esta configuracin se ahorrafierro, hasta
un 25%, y por ende, se reduce el costo y las perdidas. Adems
amortigua el efecto de las terceras armnicas y de pequeos
desequilibrios en las cargas. Sin embargo, la falla del
transformador requiere que se cambie todo el
transformador.TRANSFORMADOR TRIFSICOFundamentos de Electrotecnia ,
Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.CONEXIONES DE LOS
TRANSFORMADORES.Los devanados del transformador (3 en el primario y
3 en el secundario) pueden conectarse para formar un banco trifsico
en cualquiera de las siguientes 4 maneras comunes. Cada devanado
del primario corresponde al devanado del secundario dibujado
paralelo a l.DELTA DELTA.Se utiliza cuando se desean mnimas
interferencias en el sistema. Adems, si se tiene carga
desequilibrada, secompensa dicho desequilibrio, ya que las
corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de
los devanados. Tambin usa con transformadores monofsicos,
generalmente, en sistemas cuyos voltajes no son muy elevados. Una
caracterstica importante es que si falla una de las fases, sigue
transformando trifsicamente.TRANSFORMADOR TRIFSICOFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.ESTRELLA ESTRELLA.Se emplean para tensiones altas, sobre
todo si las capacidades no son muy elevadas y el problemaprincipal
es la aislacin. Facilitan la alimentacin de redes de 4 hilos
(tetrafilares) de distribucin, al presentar neutro en el
secundario.TRANSFORMADOR TRIFSICOFundamentos de Electrotecnia ,
Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.ESTRELLA DELTA.Esta
conexin es contraria a la conexin D-Y ; por ejemplo en sistema de
potencia, la conexin D-Yseemplea para elevar voltajes y la conexin
Y-D para reducirlos. En ambos casos, los devanados conectadosen
estrella se conectan al circuito de ms alto voltaje,
fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de
distribucin esta conexin es poco usual, salvo en algunas ocasiones
para distribucin a tres hilos.TRANSFORMADOR TRIFSICOFundamentos de
Electrotecnia , Diego Clavera G. [email protected] II :
SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN
DEENERGA.DELTA ESTRELLA.Se utiliza en los sistemas de potencia para
elevar voltajes de generacin o de transmisin, en lossistemas de
distribucin (a 4 hilos). Se usa para alimentacin de fuerza y
alumbrado.TRANSFORMADOR TRIFSICOFundamentos de Electrotecnia ,
Diego Clavera G. [email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE
GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.A continuacin se
muestra un resumen de conexiones con sus respectivos valores de
lnea y fase, tantopara el primario como el secundario.TRANSFORMADOR
TRIFSICOFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G.
[email protected] II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN,
TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.USO DE LOS TRANSFORMADORES.El
empleo de los transformadores de poder va directamente ligado al
uso de la corriente alterna. En efecto,no es econmico ni prctico
generar a tensiones muy altas, ya que las dimensiones que adquirira
la aislacin lo hacen imposible. Por otra parte, la transmisin de
grandes potencias, solo es posible a tensiones elevadas (sobre
220[kV]), por lo tanto, entre el generador y el sistema de
transmisin habr que intercalar siempre un transformador elevador.
Similarmente, en el extremo receptor se colocarn transformadores de
bajada, que reduzcan la tensin a un valor que sea adecuada para el
servicio de las cargas.Adems, los transformadores se usan como
elementos de control de la tensin y los flujos de
potencias(transformadores reguladores). Una de las caractersticas
sobresaliente de los transformadores es su enorme seguridad de
servicio y su elevado rendimiento, cualquiera que sea la carga
transmitida. Ello es lgico, si se piensa que una variacin pequea en
el rendimiento puede significar algunos Mega Watts [MW] de
diferencia en perdidas, lo que a lo largo del tiempo implica una
considerable perdida de energa. En cambio, no es importante la
respuesta en frecuencia, que si lo es en el caso de los
transformadores de telecomunicaciones. Esto se explica en el hecho
de que el rango de frecuencias posibles es estrechsimoTRANSFORMADOR
TRIFSICO