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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. diego@claveria.clUNIDAD II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESFuente y carga en Conexin estrella.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G. diego@claveria.clUNIDAD II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESFuente conectada en estrella y carga en delta.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESFuente y carga conectadas en delta.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G. diego@claveria.clUNIDAD II : SISTEMAS ELCTRICOS DE GENERACIN, TRANSMICIN Y DISTRIBUCIN DEENERGA.TIPOS DE CONEXIONESFasorialmente se tiene:SISTEMAS TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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 TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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 TRFASICOSFundamentos de Electrotecnia , Diego Clavera G. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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. diego@claveria.clUNIDAD 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