GENERACION TRANSMISIÓN DISTRIBUCIÓN CONSUMO O
UTILIZACIÓN CENTRAL ELÉCTRICA LÍNEAS DE
TRANSMISION REDES DE DISTRIBUCION INDUSTRIA, VIVIENDA. COMERCIO,
TRANSPORTE, etc. DIAGRAMA DE FLUJO DE LA ENERGIA ELECTRICA
VENTAJAS DE LOS SISTEMAS TRIFÁSICOS TÉCNICAS: La
potencia entregada por un generador trifásico es constante
en el tiempo. Los sistemas trifásicos permiten generar
campos magnéticos giratorios con bobinas fijas ( ppio.
func. motores eléctricos) Permiten para una misma potencia
y tensión tener menos corriente por conductor que un
sistema monofásico( ? 40% menos ) ECONÓMICAS:
Transmitir una potencia dada, a igual distancia, con las mismas
pérdidas y bajo la misma tensión requiere solo el
75% del peso del conductor si se realiza con un sistema
trifásico en lugar de uno monofásico. Motores y
Generadores trifásicos para igual potencia y velocidad
pesan el 75% de uno monofásico. ¿Por qué
usar tres fases y no menos o más? Porque tres fases es el
número óptimo, con menos se producen
asimetrías, y con más fases las ventajas no crecen
linealmente con el número de fases, la complejidad del
sistema se hace mayor.
Teorema de Blondel: “Si el suministro de energía a
un determinado circuito se realiza a través de n
conductores, la potencia total entregada estará dada por
la suma algebraica de las indicaciones de n wattímetros
dispuestos en forma tal que cada conductor contenga una bobina
amperométrica y el correspondiente circuito de
tensión quede conectado entre ese conductor y un punto
común a todos los circuitos
voltimétricos.”
Corolario: (método de Aron) Si ese punto común es
uno de los n conductores solo serán necesarios n-1
wattímetros. ?
P3? = URT IR cos (? – 30°) + UST IS cos ( ? + 30°) Para
secuencia positiva (Gp:) URT (Gp:) IR (Gp:) ? RT (Gp:) ? R (Gp:)
30º (Gp:) UTR (Gp:) URS (Gp:) S (Gp:) T (Gp:) R (Gp:) UST
(Gp:) UST (Gp:) UR0 (Gp:) US0 (Gp:) UT0 (Gp:) IS (Gp:) ? S (Gp:)
? ST (Gp:) 30º (Gp:) ? (Gp:) o ? o’ Graficando las
indicaciones de WRT y WST , para distintos tipos de cargas,
variables entre, capacitivas puras, óhmico-capacitivas,
óhmico puro, óhmico-inductivo, e inductivo puro,
para secuencia positiva y negativa obtenemos: A partir del
Método de Aron la potencia activa trifásica es: P3?
= URT IR cos ?RT + UST IS cos ?ST
carga inductiva carga capacitiva ?
URT IR ? RT ? R 30º UTR URS S T R UST UST UR0 US0 UT0 IS ? S
? ST 30º SECUENCIA POSITIVA: CARGA INDUCTIVA WRT = URT IR
cos(URT;IR) = URT IR cos(? R- 30º) WST = UST IS cos(UST;IS)
= UST IS cos(? S+ 30º) WRT> WST Este análisis es
válido solo para cargas equilibradas ? o ? o’
URT IR ? R=0 ? RT = 30º UTR URS S T R UST UST UR0 US0 UT0 IS
? S= 0 ? ST 30º SECUENCIA POSITIVA: CARGA RESISTIVA WRT =
URT IR cos(URT;IR) = URT IR cos(? R- 30º)= URT IR
cos(-30º) WST = UST IS cos(UST;IS) = UST IS cos(? S+
30º) = UST IS cos(30º) WRT = WST Este análisis
es válido solo para cargas equilibradas ? o ?
o’
URT IR ? R ? RT UTR URS S T R UST UST UR0 US0 UT0 IS ? S ? ST
30º SECUENCIA POSITIVA: CARGA CAPACITIVA WRT = URT IR
cos(URT;IR) = URT IR cos(? R+ 30º) WST = UST IS cos(UST;IS)
= UST IS cos(? S- 30º) WRT< WST Este análisis es
válido solo para cargas equilibradas 30º ? o ?
o’
En otras palabras, queremos verificar en un caso REAL los
conceptos teóricos y los problemas vistos de sistemas
trifásicos y potencia trifásica (series 300 y 400).
Observar como se comporta una carga trifásica
desequilibrada cuando conecto o desconecto el conductor neutro.
Apertura de un conductor de fase(problema del voltímetro)
Objetivos del Trabajo Práctico: En un circuito
trifásico conectado en estrella trifilar y tetrafilar,
alimentando cargas equilibradas y desequilibradas: Medir
tensiones de fase, línea, y de corrimiento de neutro
(UO’O), Medir corrientes de línea y neutro, Medir
potencia activa trifásica (método de los tres
wattímetros y método de Aron), Determinar la
secuencia de fases, Comparación-verificación entre
valores medidos y calculados. cargas a utilizar: Resistiva y
Capacitiva Calcular los factores de potencia de las cargas,
Trazado de los diagramas fasoriales,
Circuito de Ensayo (Gp:) RR (Gp:) RS (Gp:) RT (Gp:) CR (Gp:) CS
(Gp:) CT (Gp:) o’ (Gp:) AR (Gp:) W1 (Gp:) AS (Gp:) W2 (Gp:)
AT (Gp:) W3 (Gp:) A0 (Gp:) U0 (Gp:) Llave selectora
voltimétrica (Gp:) L2 (Gp:) L3 (Gp:) U (Gp:) cosfi
Medición (Gp:) R (Gp:) S (Gp:) T (Gp:) N (o) (Gp:) Tablero
3 X 380 V – 50 Hz (Gp:) L1 Carga a Ensayar Alimentación
Comando Protección
(Gp:) R (Gp:) R (Gp:) R (Gp:) Tetrafilar Equilibrado
Método Operativo Se ensayarán los siguientes
estados de carga en ambos sistemas( tri y tetrafilar):
Observación Importante:Si en alguna medición, uno
de los wattímetros entregara una lectura negativa se
deberá invertir la conexión de una de sus bobinas y
al valor medido afectarlo de un signo menos. (Gp:) R//C (Gp:)
R//C (Gp:) R//C (Gp:) Tetrafilar Equilibrado (Gp:) R//C (Gp:)
R//C (Gp:) R//C (Gp:) Determinación de la Secuencia (Gp:)
Trifilar Equilibrado ESTADO DE CARGA (Gp:) R (Gp:) C (Gp:) R//C
(Gp:) Trifilar Desequilibrado (Gp:) Tetrafilar Desequilibrado
(Gp:) R (Gp:) C (Gp:) R//C (Gp:) R (Gp:) – (Gp:) R (Gp:) Trifilar
Desequilibrado (Gp:) R (Gp:) – (Gp:) R (Gp:) Tetrafilar
Desequilibrado (Gp:) Fase R (Gp:) Fase S (Gp:) Fase T (Gp:)
Observaciones (Gp:) Trifilar Equilibrado (Gp:) R (Gp:) R (Gp:)
R
P3? = WRT + WST WRT = WST ver gráfico mariposa Uo’o=
0 URO’ = URO USO’ = USO UTO’= UTO IR = IS = IT
Trifilar Equilibrado: Carga resistiva R = R = R o ? o’
(Gp:) UR0 (Gp:) US0 (Gp:) UT0 (Gp:) UST (Gp:) ? (Gp:) UTR (Gp:)
URS (Gp:) S (Gp:) R (Gp:) T (Gp:) URT (Gp:) ? RT = 30º (Gp:)
IR (Gp:) IS (Gp:) IT (Gp:) ? R=0 (Gp:) ? S= 0 (Gp:) UST (Gp:) ?
ST
Tetrafilar Equilibrado: Carga resistiva R = R = R Uo’o= 0
URO’ = URO USO’ = USO UTO’= UTO IR = IS = IT IN
= 0 P3? = WR +W S +WT (Gp:) o ? o’ (Gp:) UR0 (Gp:) US0
(Gp:) UT0 (Gp:) UST (Gp:) ? (Gp:) UTR (Gp:) URS (Gp:) S (Gp:) R
(Gp:) T (Gp:) IR (Gp:) IS (Gp:) IT (Gp:) ? R=0 (Gp:) ? S= 0 (WR =
W S = WT)
(a la carga trifásica resistiva equilibrada le agregamos
en paralelo, una carga capacitiva trifásica equilibrada.)
WRT = URT.IR.cos( URT,IR) = URT.IR.cos( ?RT) = URT.IR.cos(?R +
30º) WST = UST.IS.cos( UST,IS) = UST.IS.cos( ?ST) =
UST.IS.cos(?S – 30º) como WST > WRT ? secuencia positiva.
Trifilar Equilibrado: R//C = R//C = R//C (Gp:) UST (Gp:) ? ST
(Gp:) 30º (Gp:) URT (Gp:) ? RT (Gp:) 30º (Gp:) IS (Gp:)
IR (Gp:) ? R (Gp:) ? S (Gp:) IT Uo’o= 0 URO’ = URO
USO’ = USO UTO’= UTO IR = IS = IT P3? = WRT + WST
(Gp:) UTR (Gp:) URS (Gp:) UR0 (Gp:) US0 (Gp:) UT0 (Gp:) ? (Gp:) o
? o’ (Gp:) S (Gp:) R (Gp:) T (Gp:) UST además para
carga capacitiva la potencia mayor corresponde a la fase S que
precede (adelanta) a la fase común T. (Gp:) T (Gp:) S
(Gp:) R
Tetrafilar Equilibrado R//C = R//C = R//C URO’ = URO
USO’ = USO UTO’= UTO IN = 0 IR = IS = IT WR = WS = WT
lecturas iguales a 3 R trifilar P3? = WR +W S +WT (Gp:) IS (Gp:)
IR (Gp:) ? R (Gp:) ? S (Gp:) IT (Gp:) UTR (Gp:) URS (Gp:) UR0
(Gp:) US0 (Gp:) UT0 (Gp:) ? (Gp:) o ? o’ (Gp:) S (Gp:) R
(Gp:) T (Gp:) UST
Hasta aquí la carga era equilibrada, ahora trabajaremos
con cargas desequilibradas: Trifilar Desequilibrado: R en fase R
, C en fase S y R//C en fase T Uo’o? 0 ? URO’ ? U RO
; USO’ ? U SO ; UTO’ ? U TO (Gp:) O (Gp:) S (Gp:) R
(Gp:) T (Gp:) URO (Gp:) USO (Gp:) UTO (Gp:) UTR (Gp:) URS (Gp:)
UST (Gp:) O’ (Gp:) Uo’o (Gp:) USO’ (Gp:)
UTO’ (Gp:) URO’ (Gp:) IR (Gp:) IS (Gp:) IT (Gp:) ?ST
(Gp:) UST (Gp:) URT (Gp:) ?RT IR ? I S ? I T P3? = WRT +
WST
Tetrafilar Desequilibrado:R en fase R , C en fase S y R//C en
fase T (Gp:) IS (Gp:) IT IN IR+IS (Gp:) ?S (Gp:) ?T Uo’o= 0
? URO’ = U RO ; USO’ = U SO ; UTO’ = U TO (Gp:)
? (Gp:) O ? O’ (Gp:) USO = USO’ (Gp:) UTO =
UTO’ (Gp:) URO = URO’ (Gp:) S (Gp:) R (Gp:) T (Gp:)
IR (Gp:) -IN UST UTR URS P3? = WR + WS + WT ¿qué
valor indicará WS ? IR ? I S ? I T IR + I S + I T = –
IN
URO’ ? URO USO’ ? USO UTO’ ? UTO (Gp:) R (Gp:)
R (Gp:) S (Gp:) T (Gp:) R Trifilar Desequilibrado: en fase R: R
sola, fase S: abierta, fase T: R sola ídem problema
voltímetro (304) (Gp:) IR (Gp:) IT (Gp:) S (Gp:) R (Gp:) T
(Gp:) URS (Gp:) UTR (Gp:) UST (Gp:) ? (Gp:) USO (Gp:) UTO (Gp:)
URO (Gp:) O O’ USO’ URO’ UTO’ IR IT (Gp:)
?R (Gp:) ?T UO’O IR = – IT IS = 0 P = WRT WST = 0
Uo’o= 0 ? URO’ = U RO ; USO’ = U SO ;
UTO’ = U TO Tetrafilar Desequilibrado: en fase R: R sola,
fase S: abierta, fase T: R sola (Gp:) UST (Gp:) S (Gp:) R (Gp:) T
(Gp:) URS (Gp:) UTR (Gp:) ? (Gp:) USO=USO’ (Gp:) UTO =
UTO’ (Gp:) URO = URO’ (Gp:) O? O’ (Gp:) ?R
(Gp:) ?T (Gp:) IR (Gp:) IT IR+ IT = -IN (Gp:) IN P3? = WR + WT IR
+ I T = – IN ¿Qué indicará WS ?
Construcción de los Diagramas Fasoriales Sistemas
Trifilares: comenzamos trazando el triángulo de tensiones
de línea, adoptada una escala de tensiones y habiendo
verificado la secuencia utilizada. Para trazar las caídas
de tensión de fase sobre la carga debemos ubicar el punto
o’ (centro de estrella de la carga). En el circuito
trifilar o’ puede ser cualquier punto dentro o fuera del
triángulo RST, coincidiendo con su baricentro cuando la
carga es equilibrada. Si la carga es desequilibrada trazamos un
arco de circunferencia con centro en R y módulo igual a
URO’, del mismo modo con centro en S y modulo USO’ y
con centro en T y modulo UTO’. Donde se corten las tres
circunferencias se ubica O’ . (Gp:) C R,URO’ (Gp:) C
S,USO’ (Gp:) C T,UTO’ El fasorial de corrientes se
traza a partir de o’: para el circuito trifilar a partir de
o’ se trazan paralelas a las tensiones de línea URT
y UST y a partir de cada una de ellas se trazan IR e IS
desfasadas ? RT y ? ST respectivamente. A continuación se
ubica IT como equilibrante de IR + IS, el valor de It así
obtenido debe coincidir con el valor medido en el respectivo
amperímetro. (Gp:) IR (Gp:) IS (Gp:) ? RT (Gp:) IT (Gp:)
IR +IS (Gp:) UTO’ (Gp:) USO’ O’ (Gp:)
URO’ (Gp:) T (Gp:) R (Gp:) S (Gp:) UST (Gp:) UTR (Gp:) UST
(Gp:) ? ST (Gp:) URT
Sistemas Tetrafilares: A partir de o’( que aquí
coincide con o) se trazan los fasores IR, IS e IT de modo que
formen ángulos ?R , ?S y ?T respectivamente con los
fasores de tensiones de fase. Efectuando la suma de los fasores
de corriente obtenemos – IN A continuación se ubica IN
(Gp:) IR (Gp:) IS (Gp:) IR +IS (Gp:) IT (Gp:) IN (Gp:) ?R (Gp:)
?S (Gp:) ?T (Gp:) URO (Gp:) USO (Gp:) UTO (Gp:) O?O’ (Gp:)
S (Gp:) T (Gp:) R (Gp:) UST (Gp:) URS (Gp:) UTR (Gp:) IR +IS +IT
=- IN
Una de las tareas que realizaremos será la
verificación de la secuencia (Gp:) S (Gp:) T (Gp:) R (Gp:)
o (Gp:) ? (Gp:) T (Gp:) R (Gp:) o (Gp:) ? R-S-T secuencia
positiva (o directa) (Gp:) S R-T-S secuencia negativa (o inversa)
Si recordamos que, una de las propiedades de los sistemas
trifásicos ,es la posibilidad de generar campos
magnéticos giratorios, a partir de bobinas fijas en el
espacio, el sentido de giro del campo magnético
dependerá de la secuencia de tensiones aplicada.
¿Qué es la secuencia? Se denomina secuencia en los
sistemas polifásicos, al orden en que se suceden las fases
al girar. Los campos magnéticos giratorios nos permiten
construir motores y generadores trifásicos. Es importante
saber con que secuencia relativa estamos trabajando porque ella
define el sentido de giro de los motores trifásicos
o’ x y z Apagada Encendida C tengo un sistema
trifásico ¿cómo determino la secuencia
relativa? o’ o Secuencímetro con Capacitor y
Lámparas U fase apagada U fase c/ cap U fase encendida ?
la fase conectada a la lámpara apagada es la primera en
aparecer la fase conectada al capacitor es la segunda y, la fase
conectada a la lámpara encencida es la tercera 2 1 3 ?
Fase 1 Fase 2 Fase 3
Secuencímetro portátil ( motor asincrónico)
X Y Z Tengo un sistema trifásico, pero no conozco cual es
cada una de las fases , y por lo tanto tampoco conocemos la
secuencia, conectamos los cables al secuencímetro y si el
mismo gira en el sentido de la flecha, le asignamos el cable
conectado al borne “x” a la fase Nº 1, el
conectado a “y” a la fase Nº 2, y el conectado a
“z” a la fase Nº 3. Fase 1 Fase 2 Fase 3