Fundamentos de los Sistemas Trifásicos.

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Espero se encuentren muy bien estimados lectores, A continuación les comparto el más reciente escrito en Tecnología Eléctrica, un post que trata sobre: Fundamentos de los Sistemas Trifásicos.

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Fundamentos de los Sistemas Trifásicos.

Los sistemas trifásicos son unsistema operativo y desempeña un papel fundamental en la distribución, producción y consumo de la energía eléctrica ya que es el método más usado en todo el mundo para transferirla y fueron creados por Galileo Ferraris, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky, Jonas Wenström, John Hopkinson y Nikola Tesla al final de la década de 1880.

Estos están integrado por una corriente alterna que posee tres fases monofásicas distintas, que poseen amplitud y potencias iguales, además de tener un desfasaje entre si de 120° eléctricos entre los polos de cada una de las fases del sistema.

Figura N° 1. Desfasaje entre fases en un sistema trifásico balanceado.

Este tipo de sistema divide la potencia total generada entre las tres fases y sus voltajes generalmente lo podemos encontrar desde los 208, 380 a 400 voltios u otra tensión eléctrica y dependerá de la maquina y configuración atendiendo las normas del país y las necesidades en cuestión.

Cabe destacar que los sistemas trifásicos deberían estar constituidos por 6 conductores eléctricos (2 por cada circuito), pero resulta que 3 de estos pueden unirse tal como se puede apreciar en la figura 2 denominando este como NEUTRO y conducir por este la sumatoria vectorial de las corrientes de linea, ya que la suma de corrientes de 'retorno' (el cable que falta) de un sistema trifásico de ser equilibrado es cero. De esa manera solo es necesario conducir los otros tres cables calificados como líneas.

Si se quiere utilizar un circuito monofásico alterno, solo es necesario tomar del sistema una línea y la tierra ese cable que falta como se indica en la imagen en la parte marcada con la letra “C” y se obtiene un voltaje 127 V; si en cambio se prefiere un mayor voltaje monofásico, es necesario tomar dos de las fases del sistema, como se puede ver en la imagen marcada con la letra “D”; y si se quieren utilizar simultáneamente los tres circuitos monofásicos, es decir el sistema trifásico se pueden unir de nuevo uno de los extremos de cada fase y llevarlo a tierra, y ya se podrá disponer del triple de potencia que utilizando un solo circuito monofásico alterno como se ve en las letras “F y G”. Para el caso de la conexión con letra “E“se utiliza para cargas especificas que se necesita el cable tierra. 

Figura N° 2. Conexiones posibles con un sistema trifásico.

Sin duda alguna, esta innovación enriqueció la vida del ser humano al disponer de una flexibilidad para las conexiones y disposición de diferentes niveles de tensión con la corriente alterna y es que gracias a esto ciudades enteras han podido disfrutar de los servicios eléctricos, ya que son tanto utilizados en instalaciones industriales de media y baja tensión, particularmente para la alimentación de motores eléctricos y otras cargas de potencia mas elevada. Además con la  distribución monofásica esta se emplea cuando las cargas se refieren a televisión, sonido, iluminación y pequeños motores eléctricos, entre otras cargas (electrodomésticos).

Conexiones trifásicas. 

Existen dos configuraciones trifásicas básicas: estrella (Y) y delta (Δ). Conforme lo mostrado en la figura 3, una configuración delta requiere apenas tres hilos para la transmisión, pero estrella puede tener un cuarto hilo. El cuarto, en su caso, se suministra como neutro y normalmente es aterrado. Las designaciones de tres y cuatro hilos no cuentan el hilo de tierra presente por encima de muchas lineas de transmisión, que es exclusivamente para protección de falla y no transporta corriente de uso normal.

Figura N° 3. Conexiones trifásicas.

·   Estrella: Para realizar este tipo de conexión se unen los extremos finales de los devanados de la carga o generador (U2, V2, W2) en un punto central, en caso de tener solo un devanado por fase. Esta forma de conexión tiene el aspecto de una estrella.

·   Triángulo o Delta: Para realizar este tipo de conexión se unen los principios y finales de las fases de los devanados, (W2-U1, U2-V1, V2-W1), dando lugar a una forma que tiene el aspecto de un triángulo.

Uso de las conexiones.

El sistema estrella de cuatro hilos tal como se explico anteriormente es usado cuando una mezcla de cargas monofásicas y trifásicas deben ser servidas, como iluminación mezclas de cargas del motor. 

Como ejemplo de aplicación esta la distribución local en Europa (y otros lugares), donde cada cliente puede ser alimentado apenas por una fase y el neutro (Es el común de las tres fases). Cuando un grupo de clientes que comparta el neutro consume corrientes de fase desiguales, el hilo neutro carga las corrientes resultantes de esos desequilibrios. 

Los ingenieros electricistas intentan proyectar el sistema de energía trifásico para que en  cualquier ubicación la energía tomada de cada una de las tres fases sea la misma tanto como sea posible para las cargas. Así como también intentan organizar la red de distribución de modo que las cargas sean lo más equilibradas como sea posible, una vez que los mismos principios aplicados a las  instalaciones individuales también se aplican al sistema de distribución de energía a gran escala. 

Con base en la conexión estrella (Y) y delta (Δ). Generalmente, existen cuatro tipos de conexiones para el fin de transmisión y distribución.

·   Estrella (Y) - estrella (Y) es usado para baja y alta tensión.

·   Delta (Δ) - Delta (Δ) es usado para grandes y bajas tensiones.

·    Delta (Δ) - estrella (Y) es usado para transformadores elevadores, o sea, en estaciones generadoras.

·     Estrella (Y) - Delta (Δ) es usado para transformadores reductores, o sea, la final de la transmisión.

    Ventajas de los sistemas trifásicos.

En comparación con una fuente de alimentación CA monofásica que usa dos conductores (fase y neutro), una fuente trifásica sin neutro y la misma tensión de fase-tierra y la capacidad de corriente por fase esta puede transmitir tres veces mas energía usando apenas 1,5 veces mas hilos (o sea, tres en vez de dos). Así, la relación entre la capacidad y el material conductor es duplicada. La relación  entre la capacidad y el material conductor aumenta para 3: 1 con un sistema trifásico no aterrado y un sistema monofásico con aterramiento central (o 2,25: 1 si ambos emplean la misma medida de los conductores).

Es decir este tipo de instalación es generalmente más económico que un circuito monofásico de dos hilos equivalentes a la misma línea para la tensión de aterramiento porque usa menos material conductor para transmitir una determinada cantidad de energía eléctrica.

La mayoría de las cargas residenciales son monofásicas y los circuitos residenciales en  América del Norte, la energía trifásica puede alimentar bloques de apartamentos, sin embargo cada carga residencial es conectada como monofásica.

Para las áreas de baja densidad de carga, se puede distribuir con única fase.

Con el empleo de los sistemas trifásicos, los motores 3ф pueden operar sin utilizar devanado o capacitores auxiliares. Esto es algo que no ocurre con los motores monofásicos, ya que estos motores forzosamente necesitan devanado y capacitores auxiliares para poder funcionar.

Con el sistema trifásico se produce un alto rendimiento de los receptores, específicamente motores, los cuales son alimentados con potencia constante por la línea trifásica.

            Características de las conexiones trifásicas. 

  Donde: VL es Voltaje de Linea.

    Vf es Voltaje de fase.

   IL es Intensidad de línea

   If Intensidad de fase.

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Referencias:  

https://industriasgsl.com/blogs/automatizacion/fuente-trifasica

https://altatecnologia.com.mx/la-importancia-de-los-transformadores-para-la-industria-electrica/

http://energia.renovetec.com/117-por-qu%C3%A9-se-distribuye-corriente-

https://stringfixer.com/pt/Phase_sequence

http://universolambda.com.br/fundamentos-de-sistemas-trifasicos/

https://www.desterroeletricidade.com.br/blog/eletrica/1660/

https://siemetrafo.com.br/diferencas-entre-sistema-trifasico-bifasico-e-monofasico/