Sistema de suministro de energía trifásico

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Un sistema de suministro de energía trifásico es un caso especial de sistemas multifásicos de circuitos eléctricos de corriente alterna, en los que los campos electromagnéticos sinusoidales de la misma frecuencia creados por una fuente común actúan, desplazados entre sí en el tiempo por un cierto ángulo de fase . En un sistema trifásico, este ángulo es 2π/3 (120°).

Descripción

Cada uno de los campos electromagnéticos operativos se encuentra en su propia fase del proceso periódico, por lo que a menudo se denomina simplemente "fase". Además, las "fases" se denominan conductores, portadores de estos campos electromagnéticos. En los sistemas trifásicos, el ángulo de corte es de 120 grados. Los conductores de fase se designan en la Federación Rusa en letras latinas L con un índice digital 1 ... 3, o A, B y C [1] .

Designaciones comunes de cables de fase:

Rusia, UE (por encima de 1000V)	Rusia, UE (por debajo de 1000V)	Alemania	Dinamarca
PERO	L1	L1	R
B	L2	L2	S
C	L3	L3	T

Además de los conductores de fase en redes de hasta 1000 voltios, se utiliza un cable neutro (N - "neutro" o "cero"). Permite utilizar una red trifásica para alimentar una carga monofásica con tensión de fase.

Beneficios

Rentabilidad.
- Transmisión rentable de electricidad a largas distancias.
- Menor consumo de material de los transformadores trifásicos.
- Menor consumo de material de los cables de potencia, ya que con el mismo consumo de potencia se reducen las corrientes en las fases (respecto a los circuitos monofásicos).
Equilibrio del sistema. Esta propiedad es una de las más importantes, ya que en un sistema desequilibrado existe una carga mecánica desigual sobre la planta generadora de energía , lo que reduce significativamente su vida útil.
La capacidad de obtener fácilmente un campo magnético giratorio circular, necesario para el funcionamiento de un motor eléctrico y una serie de otros dispositivos eléctricos. Los motores de corriente trifásicos (asíncronos y síncronos) son más simples que los motores de corriente continua, monofásicos o bifásicos, y tienen una alta eficiencia.
La posibilidad de obtener dos voltajes de funcionamiento en una instalación, fase y lineal, y dos niveles de potencia cuando se conecta a una "estrella" o "triángulo".
Posibilidad de reducir drásticamente el parpadeo y el efecto estroboscópico de las luminarias sobre lámparas fluorescentes colocando tres lámparas (o grupos de lámparas) alimentadas por diferentes fases en una misma luminaria.

Debido a estas ventajas, los sistemas trifásicos son los más comunes en la industria energética actual.

Diagramas de conexión de circuitos trifásicos

Estrella

Una estrella es tal conexión cuando los extremos de las fases de los devanados del generador (G) están conectados a un punto común, llamado punto neutro o neutro . Los extremos de las fases de los devanados del consumidor (M) también están conectados a un punto común.

Los cables que conectan el comienzo de las fases del generador y el consumidor se llaman lineales . El cable que conecta dos neutros se llama neutro .

Un circuito trifásico con un cable neutro se llama circuito de cuatro cables. Si no hay un cable neutro, tres cables.

Si las resistencias Z a , Z b , Z c del consumidor son iguales entre sí, entonces dicha carga se llama simétrica .

Magnitudes lineales y de fase

El voltaje entre el cable de fase y el neutro (U a , U b , U c ) se llama fase. El voltaje entre dos cables de fase (U AB , U BC , U CA ) se llama lineal. Para conectar los devanados en estrella, con carga simétrica, es válida la relación entre corrientes y tensiones lineales y de fase:

$I_{L}=I_{F};\qquad U_{L}={\sqrt {3}}\veces {U_{F}}$

Es fácil demostrar que el voltaje de la línea está desfasado en relación con la fase: $\pi /6$

$u_{L}^{ab}=u_{F}^{a}-u_{F}^{b}=U_{F}[\cos(\omega t)-\cos(\omega t-2\pi /3)]=2U_{F}\sin(-\pi /3)\sin(\omega t-\pi /3)={\sqrt {3}}U_{F}\cos(\omega t+\pi -\pi /3-\pi /2)$

$u_{L}={\raíz cuadrada {3}}U_{F}\cos(\omega t+\pi /6)$

Potencia de corriente trifásica

Para conectar los devanados en estrella, con carga simétrica, la potencia de una red trifásica es $P=3U_{F}I_{F}cos\varphi =3{\frac {U_{L}}{\sqrt {3}}}I_{L}cos\varphi ={\sqrt {3}}U_{L }I_{L}cos\varphi$

Las consecuencias de quemarse (romperse) el cable neutro en redes trifásicas

Con una carga simétrica en un sistema trifásico, es posible alimentar al consumidor con voltaje lineal incluso en ausencia de un cable neutro . A pesar de esto, cuando se alimenta la carga con tensión de fase, cuando la carga en las fases no es estrictamente simétrica, es obligatoria la presencia de un cable neutro. Cuando se rompe o aumenta significativamente la resistencia (mal contacto ) se produce el llamado desequilibrio de fase , por lo que la carga conectada, diseñada para tensión de fase, puede estar bajo tensión arbitraria en el rango de cero a lineal (la específica valor depende de la distribución de la carga entre las fases en el momento de la rotura del hilo neutro). Esta es a menudo la causa de la falla de la electrónica de consumo en los edificios de apartamentos , lo que puede provocar incendios. El bajo voltaje también puede causar fallas en el equipo.

El problema de los armónicos que son múltiplos de un tercio

La tecnología moderna está cada vez más equipada con fuentes de alimentación de red conmutadas . Una fuente de conmutación sin corrección del factor de potencia consume corriente en pulsos estrechos cerca de los picos de la sinusoide de tensión de alimentación durante los intervalos de carga del condensador rectificador de entrada . Una gran cantidad de tales fuentes de alimentación en la red crea una corriente aumentada del tercer armónico de la tensión de alimentación. Las corrientes armónicas que son múltiplos del tercero, en lugar de compensación mutua, se suman matemáticamente en el conductor neutro (incluso con una distribución de carga simétrica) y pueden conducir a su sobrecarga incluso sin exceder el consumo de energía permitido por fases. Tal problema existe, en particular, en edificios de oficinas con un gran número de equipos de oficina que funcionan simultáneamente. La solución al problema del tercer armónico es el uso de un corrector de factor de potencia (pasivo o activo) como parte del circuito de las fuentes de alimentación conmutadas producidas. Los requisitos de IEC 1000-3-2 limitan los componentes armónicos de la corriente de carga para dispositivos con una potencia de 50 W o más. En Rusia, el número de componentes armónicos de la corriente de carga está estandarizado por los estándares GOST R 54149-2010, GOST 32144-2013 (desde el 1.07.2014), OST 45.188-2001.

Triángulo

Un triángulo es tal conexión cuando el final de la primera fase está conectado con el comienzo de la segunda fase, el final de la segunda fase con el comienzo de la tercera y el final de la tercera fase está conectado con el comienzo de la tercera. primero.

Relación entre corrientes y tensiones lineales y de fase

Para conectar los devanados en un triángulo, con carga simétrica, es válida la relación entre corrientes y tensiones lineales y de fase:

$I_{L}={\sqrt {3}}\times {I_{F}};\qquad U_{L}=U_{F}$

Potencia de corriente trifásica cuando se conecta en un triángulo

Para conectar los devanados en un triángulo, con una carga simétrica, la potencia de la corriente trifásica es:

$P=3U_{F}I_{F}cos\varphi =3U_{L}{\frac {I_{L}}{\sqrt {3}}}cos\varphi ={\sqrt {3}}U_{L} I_{L}cos\varphi$

Estándares comunes de voltaje

País	frecuencia Hz	Voltaje (fase/lineal), voltios
Rusia [2]	cincuenta	230/400 [2] (doméstico) 230/400, 380/660, 400/690, 3000, 6000, 10000 (comercial)
países de la UE	cincuenta	230/400, 400/690 (redes industriales) 660 450
Japón	50 (60)	100/208
EE.UU	60	120/208, 277/480 240 (solo triángulo)

Marcado

Los conductores que pertenecen a diferentes fases están marcados con diferentes colores. Los conductores neutros y de protección también están marcados con diferentes colores. Esto se hace para garantizar una protección adecuada contra descargas eléctricas, así como para facilitar el mantenimiento, la instalación y la reparación de instalaciones eléctricas y equipos eléctricos: el phasing (secuencia de fase, es decir, la secuencia del flujo de corriente en fases) es fundamental, ya que el de ello depende el sentido de giro de los motores trifásicos , el correcto funcionamiento de los rectificadores trifásicos controlados y algunos otros dispositivos. El marcado de los conductores varía de un país a otro, sin embargo, muchos países se adhieren a los principios generales para el marcado de color de los conductores establecidos en la norma IEC 60445:2010 de la Comisión Electrotécnica Internacional.

Colores de fase

Cada fase en un sistema trifásico tiene su propio color. Varía según el país. Se utilizan los colores de la norma internacional IEC 60446 ( IEC 60445 ).

País	L1	L2	L3	Neutro / cero	Tierra / tierra de protección
Rusia, Bielorrusia, Ucrania, Kazajstán (hasta 2009), China	Blanco	Negro	Rojo	Azul	Amarillo/Verde (rayado)
Unión Europea y todos los países que utilizan el estándar europeo CENELEC desde abril de 2004 ( IEC 60446 ), Hong Kong desde julio de 2007, Singapur desde marzo de 2009, Ucrania, Kazajstán desde 2009, Argentina, Rusia desde 2009	Marrón	El negro	Gris	Azul	Amarillo/Verde (rayado) [3]
Unión Europea hasta abril de 2004 [4]	Rojo	Amarillo	Azul	El negro	Amarillo/Verde (rayado) (verde en instalaciones anteriores a 1970)
India, Pakistán, Reino Unido hasta abril de 2006, Hong Kong hasta abril de 2009, Sudáfrica, Malasia, Singapur hasta febrero de 2011	Rojo	Amarillo	Azul	El negro	Amarillo/Verde (rayado) (verde en instalaciones anteriores a 1970)
Australia y Nueva Zelanda	Rojo (o marrón) [5]	Blanco o negro) (anteriormente amarillo)	Azul oscuro (o gris)	Negro (o azul)	Amarillo/Verde (rayado) (verde en instalaciones muy antiguas)
Canadá (obligatorio) [6]	Rojo	El negro	Azul	blanco o gris	verde o cobre
Canadá (en instalaciones trifásicas aisladas) [7]	Naranja	Marrón	Amarillo	Blanco	Verde
EE. UU. (práctica alternativa) [8]	Marrón	Naranja (en el sistema de triángulos ), o púrpura (en el sistema estelar )	Amarillo	gris o blanco	Verde
EE. UU. (práctica común) [9]	El negro	Rojo	Azul	blanco o gris	Verde, amarillo/verde (rayado), [10] o cable de cobre
Noruega	El negro	gris blanco	Marrón	Azul	Amarillo/Verde (rayado), las instalaciones más antiguas pueden tener solo colores amarillo o cobre

En modelaje

Los controladores de viaje electrónicos de baja tensión y alta frecuencia utilizados en el modelado de vehículos utilizan otros sistemas de marcado:

tu	V	W
Rojo	amarillo	el negro
Naranja	amarillo	azul

Los conductores cero y de tierra generalmente están ausentes debido a la simetría de la carga y la seguridad del voltaje.

Véase también

Notas

↑ GOST 2.709-89 vigente en la Federación Rusa prescribe la designación de circuitos de conductores de fase de corriente alterna trifásica: L1, L2, L3, y al mismo tiempo permite las designaciones A, B, C.
↑ 1 2 Según GOST 29322-2014
↑ El marcado amarillo-verde se ha adoptado como estándar internacional para la protección contra descargas eléctricas para personas daltónicas . Entre el 7% y el 10% de las personas no pueden reconocer con precisión los colores rojo y verde.
↑ En Europa, todavía hay muchas instalaciones con el antiguo esquema de color de principios de los 70. Las nuevas instalaciones utilizan barras de tierra amarillas/verdes de acuerdo con IEC 60446 . (Vivo/neutro+tierra; Alemania: negro/gris + rojo; Francia verde/rojo + blanco; Rusia: rojo/gris + negro; Suiza: rojo/gris + amarillo o amarillo y rojo; Dinamarca: blanco/negro + rojo
↑ En Australia y Nueva Zelanda, las fases pueden ser de cualquier color, pero no amarillo-verde, verde, amarillo, negro o azul.
↑ Código eléctrico canadiense Parte I, 23.ª edición, (2002) ISBN 1-55324-690-X , regla 4-036(3)
↑ Código eléctrico canadiense23.ª edición 2002 Reglas 24-208(c)
↑ Desde 1975 en el Código Eléctrico Nacional de EE. UU.no tenía designaciones de fase especiales. De acuerdo con la práctica establecida, para la conexión en estrella 120/208, las fases se marcaron en negro, rojo y azul, y cuando se conectó la estrella o triángulo 277/480, las fases se marcaron en marrón, naranja y amarillo. En un sistema 120/240 , el triángulo con el voltaje más alto de 208 voltios (generalmente la fase B) siempre se indicaba en naranja, la fase A común era negra y la fase C era roja o azul.
↑ Ver Paul Cook: colores armonizados y marcas alfanuméricas . Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine . IEE Wiring Matters, primavera de 2006.
↑ En los EE. UU., el cable verde/amarillo (rayado) puede representar tierra aislada [ término desconocido ] . Hoy en día, en la mayoría de los países, los cables amarillo-verde (rayados) se utilizan para la conexión a tierra de protección y no se pueden desconectar ni utilizar para otros fines.

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