Redes trifásicas y monofásicas en la vivienda. Esquema, potencia, cálculo de redes trifásicas y monofásicas. ¿Qué es la corriente trifásica?

No todas las personas promedio entienden qué son los circuitos eléctricos. En los apartamentos son 99% monofásicos, donde la corriente llega al consumidor por un cable y regresa por el otro (cero). Una red trifásica es un sistema de transmisión de corriente eléctrica que fluye a través de tres cables y regresa uno a la vez. Aquí el cable de retorno no se sobrecarga debido al cambio de fase de la corriente. La electricidad es generada por un generador accionado por un motor externo.

Un aumento de la carga en el circuito conduce a un aumento de la corriente que pasa a través de los devanados del generador. De este modo, el campo magnético resiste en mayor medida la rotación del eje de accionamiento. El número de revoluciones comienza a disminuir y exige un aumento de la potencia motriz, por ejemplo suministrando más combustible al motor de combustión interna. Se restablece la velocidad y se genera más electricidad.

Un sistema trifásico consta de 3 circuitos con una FEM de la misma frecuencia y un desfase de 120°.

Características de conectar la energía a una casa privada.

Mucha gente cree que una red trifásica en casa aumenta el consumo de energía. De hecho, el límite lo fija la organización de suministro de electricidad y está determinado por los siguientes factores:

• capacidades de los proveedores;
• número de consumidores;
• Estado de la línea y equipos.

Para evitar sobretensiones y desequilibrios de fase, deben cargarse de manera uniforme. El cálculo de un sistema trifásico es aproximado, ya que es imposible determinar con precisión qué dispositivos se conectarán en un momento determinado. La presencia de dispositivos pulsados ​​provoca actualmente un mayor consumo energético durante su puesta en marcha.

El cuadro de distribución eléctrica para una conexión trifásica tiene un tamaño mayor que para un suministro monofásico. Las opciones son posibles con la instalación de un pequeño panel de entrada y el resto, de plástico, para cada fase y para dependencias.

La conexión a la línea principal se realiza mediante líneas subterráneas y aéreas. Se da preferencia a este último debido a la pequeña cantidad de trabajo, el bajo costo de conexión y la facilidad de reparación.

Hoy en día es conveniente realizar la conexión aérea mediante un cable aislado autoportante (SIP). La sección mínima del núcleo de aluminio es de 16 mm 2, suficiente para una vivienda privada.

El SIP se fija a los soportes y a la pared de la casa mediante soportes de anclaje con abrazaderas. La conexión a la línea aérea principal y el cable de entrada al cuadro eléctrico de la vivienda se realiza con abrazaderas perforadoras de derivaciones. El cable se toma con aislamiento no combustible (VVGng) y se pasa a través de un tubo metálico insertado en la pared.

Conexión aérea de suministro eléctrico trifásico en casa.

A una distancia del soporte más cercano, es más necesario instalar otro poste. Esto es necesario para reducir las cargas que provocan que los cables se doblen o se rompan.

La altura del punto de conexión es de 2,75 my más.

Gabinete de distribución eléctrica

La conexión a una red trifásica se realiza según proyecto, donde dentro de la casa los consumidores se dividen en grupos:

• Encendiendo;
• enchufes;
• dispositivos potentes separados.

Algunas cargas se pueden desconectar para realizar reparaciones mientras otras están en funcionamiento.

La potencia de los consumidores se calcula para cada grupo, donde se selecciona el cable de la sección transversal requerida: 1,5 mm 2 - para iluminación, 2,5 mm 2 - para enchufes y hasta 4 mm 2 - para dispositivos potentes.

El cableado está protegido contra cortocircuitos y sobrecargas mediante disyuntores.

Medidor de electricidad

Para cualquier esquema de conexión, se requiere un dispositivo de medición. Un medidor trifásico se puede conectar directamente a la red (conexión directa) o mediante un transformador de voltaje (semiindirecto), donde las lecturas del medidor se multiplican por un coeficiente.

Es importante seguir el orden de conexión, donde los números impares son potencia y los números pares son carga. El color de los cables se indica en la descripción y el diagrama se encuentra en la cubierta posterior del dispositivo. La entrada y la salida correspondiente de un contador trifásico se indican con el mismo color. El orden de conexión más común es cuando las fases van primero y el último cable es cero.

Un contador trifásico de conexión directa para una vivienda suele estar diseñado para una potencia de hasta 60 kW.

Antes de elegir un modelo multitarifa conviene coordinar el asunto con la empresa suministradora de energía. Los dispositivos modernos con arancelizadores permiten calcular las tarifas eléctricas en función de la hora del día, registrar y registrar los valores de potencia a lo largo del tiempo.

Las lecturas de temperatura de los dispositivos se seleccionan lo más ampliamente posible. En promedio oscilan entre -20 y +50 °C. La vida útil de los dispositivos alcanza los 40 años con un intervalo de calibración de 5 a 10 años.

El medidor se conecta después del disyuntor tripolar o tetrapolar de entrada.

Carga trifásica

Los consumidores incluyen calderas eléctricas, motores eléctricos asíncronos y otros aparatos eléctricos. La ventaja de utilizarlos es la distribución uniforme de la carga en cada fase. Si una red trifásica contiene cargas potentes monofásicas conectadas de manera desigual, esto puede provocar un desequilibrio de fases. Al mismo tiempo, los dispositivos electrónicos comienzan a funcionar mal y las lámparas brillan tenuemente.

Esquema de conexión de un motor trifásico a una red trifásica.

El funcionamiento de motores eléctricos trifásicos se caracteriza por su alto rendimiento y eficiencia. Aquí no se necesitan dispositivos de arranque adicionales. Para un funcionamiento normal, es importante conectar el dispositivo correctamente y seguir todas las recomendaciones.

El diagrama de conexión de un motor trifásico a una red trifásica crea un campo magnético giratorio con tres devanados conectados en estrella o en triángulo.

Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas. El circuito en estrella permite que el motor arranque suavemente, pero su potencia se reduce hasta un 30%. Esta pérdida está ausente en el circuito delta, pero la carga actual es significativamente mayor en el arranque.

Los motores disponen de una caja de conexiones donde se ubican los terminales de bobinado. Si hay tres, entonces el circuito está conectado solo por una estrella. Con seis terminales, el motor se puede conectar de cualquier forma.

El consumo de energía

Es importante que el propietario de la vivienda sepa cuánta energía se consume. Esto es fácil de calcular para todos los aparatos eléctricos. Sumando todas las potencias y dividiendo el resultado entre 1000 obtenemos el consumo total, por ejemplo 10 kW. Para electrodomésticos, una fase es suficiente. Sin embargo, el consumo actual aumenta significativamente en una vivienda particular donde hay equipos potentes. Un dispositivo puede tener entre 4 y 5 kW.

Es importante planificar el consumo de energía de una red trifásica en la etapa de diseño para garantizar la simetría en voltajes y corrientes.

Un cable de cuatro hilos con tres fases y un neutro entra a la casa. El voltaje de la red eléctrica es Entre las fases y el cable neutro, se conectan los aparatos eléctricos. Además, puede haber una carga trifásica.

El cálculo de potencia de una red trifásica se realiza por partes. En primer lugar, es recomendable calcular cargas puramente trifásicas, por ejemplo una caldera eléctrica de 15 kW y un motor eléctrico asíncrono de 3 kW. La potencia total será P = 15 + 3 = 18 kW. En este caso, la corriente I = Px1000/(√3xUxcosϕ) fluye por el cable de fase. Para redes eléctricas domésticas cosϕ = 0,95. Sustituyendo valores numéricos en la fórmula, obtenemos el valor actual I = 28,79 A.

Ahora necesitas definir cargas monofásicas. Sean P A = 1,9 kW, P B = 1,8 kW, P C = 2,2 kW para las fases. La carga mixta se determina por suma y es de 23,9 kW. La corriente máxima será I = 10,53 A (fase C). Sumándolo a la corriente de la carga trifásica, obtenemos I C = 39,32 A. Las corrientes en las fases restantes serán I B = 37,4 kW, I A = 37,88 A.

A la hora de calcular la potencia de una red trifásica conviene utilizar tablas de potencia teniendo en cuenta el tipo de conexión.

Utilizándolos, es conveniente seleccionar disyuntores y determinar las secciones de cableado.

Conclusión

Con un diseño y mantenimiento adecuados, una red trifásica es ideal para una vivienda particular. Le permite distribuir uniformemente la carga entre fases y conectar energía adicional de consumidores eléctricos, si la sección transversal del cableado lo permite.

En el equipamiento eléctrico de edificios de apartamentos residenciales, así como en el sector privado, se utilizan redes trifásicas y monofásicas. Inicialmente, la red eléctrica proviene de una planta de energía trifásica y, en la mayoría de los casos, una red eléctrica trifásica está conectada a edificios residenciales. Además tiene ramificaciones en fases separadas. Este método se utiliza para crear la transmisión más eficiente de corriente eléctrica desde una planta de energía hasta su destino, así como para reducir las pérdidas durante el transporte.

Para determinar el número de fases en su departamento, simplemente abra el tablero de distribución ubicado en el rellano, o directamente en el departamento, y vea cuántos cables ingresan al departamento. Si la red es monofásica, habrá 2 cables -. Otro posible tercer cable es el de tierra.

Las redes trifásicas en los apartamentos rara vez se utilizan, en los casos de conectar estufas eléctricas antiguas trifásicas o cargas potentes en forma de sierra circular o dispositivos de calefacción. El número de fases también puede determinarse mediante la tensión de entrada. En una red monofásica el voltaje es de 220 voltios, en una red trifásica entre fase y cero también es de 220 voltios, entre 2 fases es de 380 voltios.

Diferencias

Si no tenemos en cuenta la diferencia en la cantidad de cables de red y el diagrama de conexión, podemos determinar algunas otras características que tienen las redes trifásicas y monofásicas.

• En el caso de una fuente de alimentación trifásica, es posible que se produzca un desequilibrio de fases debido a una distribución desigual de las fases de carga. Se puede conectar un calentador o estufa potente a una fase y un televisor y una lavadora a la otra. Entonces se produce este efecto negativo, acompañado de una asimetría de tensiones y corrientes en las fases, lo que provoca fallos en el funcionamiento de los electrodomésticos. Para evitar tales factores, es necesario predistribuir la carga en fases antes de tender los cables de la red eléctrica.
• Una red trifásica requiere más cables, conductores e interruptores, lo que significa que no podrás ahorrar demasiado dinero.
• Las capacidades de energía de una red doméstica monofásica son significativamente menores que las de una red trifásica. Si planea utilizar varios consumidores potentes y electrodomésticos, herramientas eléctricas, entonces es preferible suministrar una fuente de alimentación trifásica a la casa o apartamento.
• La principal ventaja de una red trifásica es la baja caída de tensión respecto a una red monofásica, siempre que la potencia sea la misma. Esto se puede explicar por el hecho de que en una red trifásica la corriente en el conductor de fase es tres veces menor que en una red monofásica y no hay ninguna corriente en el conductor.

Ventajas de una red monofásica

La principal ventaja es la rentabilidad de su uso. Estas redes utilizan cables de tres hilos, en comparación con cables de cinco hilos en las redes trifásicas. Para proteger equipos en redes monofásicas, es necesario tener disyuntores de protección unipolares, mientras que en redes trifásicas no puede prescindir de disyuntores tripolares.

En este sentido, las dimensiones de los dispositivos de protección también diferirán significativamente. Incluso en una máquina eléctrica ya se ahorran dos módulos. Y en cuanto a dimensiones son unos 36 mm, lo que afectará notablemente a la hora de colocar las máquinas. Y durante la instalación, el ahorro de espacio será de más de 100 mm.

Redes trifásicas y monofásicas para una vivienda particular

El consumo de electricidad por parte de la población aumenta constantemente. A mediados del siglo pasado, en las casas particulares había relativamente pocos electrodomésticos. Hoy el panorama es completamente diferente en este sentido. Los consumidores de energía doméstica en hogares privados se están multiplicando a pasos agigantados. Por lo tanto, en su propiedad privada ya no existe la cuestión de qué redes de suministro de energía elegir para la conexión. Muy a menudo, en edificios privados, se instalan redes eléctricas trifásicas y se abandona una red monofásica.

Pero, ¿merece la pena una instalación tan superior en una red trifásica? Mucha gente cree que conectando tres fases será posible utilizar una gran cantidad de dispositivos. Pero esto no siempre funciona. La potencia máxima permitida se determina en las condiciones técnicas de conexión. Normalmente, este parámetro es de 15 kW para todo el hogar privado. En el caso de una red monofásica, este parámetro es aproximadamente el mismo. Por tanto, está claro que no existe ningún beneficio particular en términos de potencia.

Pero hay que recordar que si las redes trifásicas y monofásicas tienen la misma potencia, entonces para una red trifásica se puede utilizar, ya que la potencia y la corriente se distribuyen en todas las fases, por lo que hay menos carga en los conductores de fase individuales. La corriente nominal del disyuntor para una red trifásica también será menor.

De gran importancia es el tamaño, que para una red trifásica será notablemente mayor. Esto depende del tamaño de la trifásica, que tiene unas dimensiones mayores que la monofásica, y la máquina de entrada también ocupará más espacio. Por lo tanto, el cuadro de distribución de una red trifásica constará de varios niveles, lo cual es una desventaja de esta red.

Pero la energía trifásica también tiene sus ventajas, que se expresan en el hecho de que se pueden conectar receptores de corriente trifásica. También pueden ser otros dispositivos potentes, lo que es una ventaja de una red trifásica. El voltaje de funcionamiento de una red trifásica es de 380 V, que es mayor que el de una monofásica, lo que significa que habrá que prestar más atención a las cuestiones de seguridad eléctrica. Lo mismo se aplica a la seguridad contra incendios.

Desventajas de una red trifásica para una vivienda particular

Como resultado, se pueden identificar varias desventajas de utilizar una red trifásica para una vivienda privada:

• Es necesario obtener condiciones técnicas y permiso para conectar la red desde la fuente de alimentación.
• Existe un mayor riesgo de descarga eléctrica y también riesgo de incendio debido al aumento de voltaje.
• Dimensiones totales significativas del cuadro de distribución de energía. Para los propietarios de casas de campo, esta desventaja no es de gran importancia, ya que disponen de suficiente espacio.
• Se requiere instalación en forma de módulos en el panel de entrada. En una red trifásica esto es especialmente cierto.

Ventajas del suministro eléctrico trifásico para viviendas particulares

• Es posible distribuir la carga uniformemente entre las fases para evitar el desequilibrio de fases.
• A la red se pueden conectar potentes consumidores de energía trifásica. Este es el beneficio más tangible.
• Reducir los valores nominales de los dispositivos de protección en la entrada, así como reducir la entrada.
• En muchos casos, es posible obtener permiso de la empresa comercializadora de energía para aumentar el nivel máximo permitido de consumo de energía eléctrica.

Como resultado, podemos concluir que prácticamente se recomienda introducir una red de suministro de energía trifásica para edificios privados y casas con una superficie habitable de más de 100 m2. La energía trifásica es especialmente adecuada para aquellos propietarios que vayan a instalar una sierra circular, una caldera de calefacción o varios mecanismos de accionamiento con motores eléctricos trifásicos.

Otros propietarios de casas privadas no necesitan cambiar a una fuente de alimentación trifásica, ya que esto sólo puede crear problemas adicionales.

Las ventajas de la corriente trifásica son obvias sólo para los especialistas en electricidad. Lo que es la corriente trifásica es muy vago para la persona promedio. Aclaremos la incertidumbre.

Corriente alterna trifásica

La mayoría de las personas, a excepción de los electricistas, tienen una idea muy vaga de lo que es la llamada corriente alterna "trifásica" y, a menudo, se confunden en los conceptos de intensidad de corriente, voltaje y potencial eléctrico, como así como el poder.

Intentemos dar una comprensión inicial de esto en un lenguaje sencillo. Para hacer esto, recurramos a analogías. Comencemos con el más simple: el flujo de corriente continua a través de conductores. Se puede comparar con un flujo de agua en la naturaleza. El agua, como sabemos, siempre fluye desde un punto más alto de la superficie hacia uno más bajo. Elige siempre el camino más económico (el más corto). La analogía con el flujo de corriente es completa. Además, la cantidad de agua que fluye por unidad de tiempo a través de una determinada sección del flujo será similar a la intensidad de la corriente en el circuito eléctrico. La altura de cualquier punto del lecho del río con respecto al punto cero (el nivel del mar) corresponderá al potencial eléctrico de cualquier punto de la cadena. Y la diferencia de altura de dos puntos cualesquiera del río corresponderá al voltaje entre los dos puntos del circuito.

Usando esta analogía, puedes imaginar fácilmente las leyes del flujo de corriente eléctrica directa en un circuito. Cuanto mayor sea el voltaje, la diferencia de altura, mayor será la velocidad del flujo y, en consecuencia, la cantidad de agua que fluye a lo largo del río por unidad de tiempo.

Un flujo de agua, al igual que una corriente eléctrica, experimenta la resistencia del lecho del río durante su movimiento: a lo largo de un lecho rocoso, el agua fluirá violentamente, cambiando de dirección y calentándose un poco (los arroyos tormentosos, incluso en heladas severas, no se congelan debido al calentamiento por la resistencia del lecho del río). En un canal o tubería lisa, el agua fluirá rápidamente y, como resultado, en una unidad de tiempo por el canal pasará mucha más agua que por un canal sinuoso y rocoso. La resistencia al flujo de agua es exactamente la misma que la resistencia eléctrica en un circuito.

Ahora imagina una botella cerrada con un poco de agua. Si comenzamos a girar esta botella alrededor de un eje transversal, el agua que contiene fluirá alternativamente desde el cuello hasta el fondo y viceversa. Esta idea es una analogía con la corriente alterna. Parecería que la misma agua fluye de un lado a otro, ¿y qué? Sin embargo, este flujo alterno de agua es capaz de realizar trabajo.

¿De dónde surgió el concepto de corriente alterna?

Sí, desde que la humanidad aprendió que mover un imán cerca de un conductor provoca una corriente eléctrica en el conductor. Es el movimiento del imán el que provoca la corriente; si el imán se coloca al lado del cable y no se mueve, no provocará ninguna corriente en el conductor. A continuación, queremos recibir (generar) corriente en el conductor para poder utilizarla en el futuro para algún propósito. Para hacer esto, haremos una bobina de alambre de cobre y comenzaremos a mover un imán cerca de ella. El imán se puede mover cerca de la bobina como desee: muévalo en línea recta hacia adelante y hacia atrás, pero para no mover el imán con las manos, crear un mecanismo de este tipo es técnicamente más difícil que simplemente comenzar a girarlo cerca de la bobina. bobina, similar a girar una botella de agua del ejemplo anterior. De esta manera, por razones técnicas, obtuvimos la corriente alterna sinusoidal, que ahora se utiliza en todas partes. Una onda sinusoidal es una descripción de rotación expandida en el tiempo.

Más tarde resultó que las leyes del flujo de corriente alterna en un circuito difieren del flujo de corriente continua. Por ejemplo, para que fluya corriente continua, la resistencia de la bobina es simplemente igual a la resistencia óhmica de los cables. Y para la corriente alterna, la resistencia de la bobina de alambre aumenta significativamente debido a la aparición de la llamada reactancia inductiva. La corriente continua no pasa a través de un condensador cargado; para ello, el condensador es un circuito abierto. Y la corriente alterna puede fluir libremente a través de un condensador con cierta resistencia. Además, se descubrió que la corriente alterna se puede convertir mediante transformadores en corriente alterna de otros voltajes o corrientes. La corriente continua no se presta a tal transformación, y si conectamos cualquier transformador a una red de corriente continua (lo cual es absolutamente imposible de hacer), inevitablemente se quemará, ya que la corriente continua solo será resistida por la resistencia óhmica. del cable, que se hace lo más pequeño posible, y a través del devanado primario fluirá una gran corriente en modo de cortocircuito.

Tenga en cuenta también que los motores eléctricos pueden diseñarse para funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna. Pero la diferencia entre ellos es la siguiente: los motores eléctricos de CC son más difíciles de fabricar, pero permiten cambiar suavemente la velocidad de rotación con la ayuda de un reóstato convencional que regula la intensidad de la corriente. Y los motores eléctricos de CA son mucho más sencillos y económicos de fabricar, pero giran a una sola velocidad, determinada por el diseño. Por tanto, ambos se utilizan ampliamente en la práctica. Dependiendo del propósito. Para fines de control y regulación, se utilizan motores de CC y motores de CA como centrales eléctricas.

Además, la idea de diseño del inventor del generador se movió aproximadamente en esta dirección: si es más conveniente utilizar la rotación de un imán junto a una bobina para generar corriente, entonces ¿por qué no colocar varias bobinas alrededor de un imán giratorio? de una bobina generadora (hay tanto espacio alrededor)?

Inmediatamente obtendrá lo que parecen varios generadores impulsados ​​por un solo imán giratorio. Además, la corriente alterna en las bobinas diferirá en fase: la corriente máxima en las bobinas posteriores estará algo retrasada en relación con las anteriores. Es decir, las sinusoides actuales, si se representan gráficamente, parecerán desplazadas entre sí. Esta importante propiedad es el cambio de fase, que analizaremos a continuación.

Razonando aproximadamente de esta manera, el inventor estadounidense Nikola Tesla inventó primero la corriente alterna y luego un sistema de generación de corriente trifásico con seis cables. Colocó tres bobinas alrededor de un imán a distancias iguales en ángulos de 120 grados, si se toma el eje de rotación del imán como centro de los ángulos.

(El número de bobinas (fases) en realidad puede ser cualquiera, pero para obtener todos los beneficios que proporciona un sistema de generación de corriente multifásico basta con un mínimo de tres).

A continuación, el ingeniero eléctrico ruso Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky desarrolló el invento de N. Tesla, proponiendo primero un sistema de tres y cuatro hilos para transmitir corriente alterna trifásica. Propuso conectar un extremo de los tres devanados del generador a un punto y transmitir electricidad a través de sólo cuatro cables. (Los ahorros en costosos metales no ferrosos son significativos). Resultó que con una carga simétrica de cada fase (igual resistencia), la corriente en este cable común es cero. Porque al sumar (algebraicamente, teniendo en cuenta los signos) las corrientes desplazadas en fase 120 grados, se cancelan entre sí. Este cable común se llamó neutro. Dado que la corriente en él surge solo cuando las cargas de las fases son desiguales y numéricamente es pequeña, mucho menor que las corrientes de fase, fue posible usar un cable de una sección transversal más pequeña como cable "cero" que para la fase. cables.

Por la misma razón (desfase de 120 grados), los trifásicos resultaron ser mucho menos intensivos en material, ya que la absorción mutua de los flujos magnéticos se produce en el núcleo magnético del transformador y se puede realizar con una cruz más pequeña. sección.

Hoy en día, un sistema de suministro de energía trifásico se realiza mediante cuatro cables, tres de ellos se llaman fase y están designados con letras latinas: en el generador - A, B y C, en el consumidor - L1, L2 y L3. El cable neutro se designa como 0.

La tensión entre el hilo neutro y cualquiera de los hilos de fase se denomina fase y en las redes de consumo es de 220 voltios.

También hay un voltaje entre los cables de fase, y mucho más alto que el voltaje de fase. Este voltaje se llama lineal y es de 380 voltios en los circuitos de consumo. ¿Por qué es más grande que la fase? Sí, todo esto se debe a un cambio de fase de 120 grados. Por lo tanto, si en un cable, por ejemplo, en un momento dado el potencial es de más 200 voltios, entonces en el otro cable de fase en el mismo momento el potencial será de menos 180 voltios. El voltaje es la diferencia de potencial, es decir, será + 200 - (-180) = +380 V.

Surge la pregunta: si no fluye corriente a través del cable neutro, entonces es posible eliminarlo por completo. Poder. Y obtendremos un sistema de alimentación de tres cables. Con la conexión de los consumidores en el llamado "triángulo", entre los cables de fase. Sin embargo, cabe señalar que con una carga desigual en los lados del "triángulo", el generador estará sujeto a cargas destructivas, por lo que este sistema se puede utilizar con una gran cantidad de consumidores, cuando las cargas desiguales están niveladas. Así es como se transfiere la electricidad desde las grandes centrales eléctricas a altos voltajes de fase y de línea (cientos de miles de voltios). ¿Por qué se utiliza un voltaje tan alto? La respuesta es simple: reducir las pérdidas de calor en los cables. Dado que el calentamiento de los cables (pérdida de energía) es proporcional al cuadrado de la corriente que fluye, es deseable que la corriente que fluye sea mínima. Bueno, para transmitir la potencia requerida con una corriente mínima, es necesario aumentar el voltaje. (líneas eléctricas) se designan de esta manera, por ejemplo, línea eléctrica - 500 es una línea de transmisión de energía con un voltaje de 500 kilovoltios.

Por cierto, las pérdidas en los cables de las líneas eléctricas se pueden reducir aún más mediante el uso de transmisión de corriente continua de alto voltaje (el componente capacitivo de las pérdidas que actúa entre los cables deja de funcionar), incluso se han llevado a cabo experimentos de este tipo, pero tal sistema no ha existido. aún se está generalizando, aparentemente debido al mayor ahorro en cableado con sistema de generación trifásico.

Conclusiones: ventajas de un sistema trifásico

Para concluir el artículo, resumamos: ¿qué ventajas ofrece un sistema de generación y suministro de energía trifásico?

1. Ahorro en el número de cables necesarios para transmitir electricidad. Teniendo en cuenta las distancias considerables (cientos y miles de kilómetros) y el hecho de que para los cables se utilizan metales no ferrosos con baja resistividad eléctrica, los ahorros son bastante significativos.
2. Los transformadores trifásicos, de igual potencia que los monofásicos, tienen tamaños de núcleo magnético significativamente más pequeños. Esto le permite obtener importantes ahorros.
3. Es muy importante que un sistema de transmisión de electricidad trifásico cree, cuando un consumidor está conectado a tres fases, una especie de campo electromagnético giratorio. Nuevamente, debido al cambio de fase. Esta propiedad ha permitido crear motores eléctricos trifásicos extremadamente simples y confiables que no tienen conmutador, y el rotor, de hecho, es un simple "espacio en blanco" en los cojinetes, al que no es necesario conectar cables. (De hecho, el diseño de un rotor de jaula de ardilla tiene sus propias características y no es en absoluto una pieza en bruto). Estos son los llamados motores eléctricos asíncronos trifásicos con rotor de jaula de ardilla. Muy extendido hoy en día como centrales eléctricas. Una propiedad notable de tales motores es la capacidad de cambiar la dirección de rotación del rotor a la dirección opuesta simplemente cambiando dos cables de fase.
4. Posibilidad de obtener dos tensiones de funcionamiento en redes trifásicas. En otras palabras, cambie la potencia de un motor eléctrico o de una instalación de calefacción simplemente cambiando los cables de alimentación.
5. La capacidad de reducir significativamente el parpadeo y el efecto estroboscópico de las lámparas que utilizan lámparas fluorescentes colocando tres lámparas en la lámpara, alimentadas desde diferentes fases.

Gracias a estas ventajas, los sistemas de suministro de energía trifásicos se han generalizado en el mundo.

La mayoría de los generadores de corriente alterna, así como las líneas de transmisión de energía, utilizan sistemas trifásicos. La transmisión de corriente se realiza por tres líneas (o cuatro) en lugar de dos. La corriente trifásica es un sistema de corriente eléctrica alterna donde los valores de las corrientes y los voltajes cambian según una ley sinusoidal. La frecuencia de las oscilaciones de corriente sinusoidal en Rusia y Europa es de 50 Hz.

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Línea eléctrica trifásica

¿Por qué utilizar corriente trifásica?

El transporte de electricidad desde centrales eléctricas a lugares remotos implica el uso de alambres y cables muy largos y de alta resistencia. Esto significa que se perderá algo de energía, que se disipará en forma de calor. Al reducir las corrientes transmitidas a lo largo de las líneas eléctricas, las pérdidas se pueden reducir significativamente.

La forma más común de producción de electricidad es la generación trifásica. En la industria, la corriente alterna trifásica se utiliza a menudo para accionar motores eléctricos.

Ventajas de un sistema trifásico:

1. La posibilidad de tener voltajes de fase y lineales en circuitos trifásicos de dos valores diferentes: alto - para consumidores potentes, bajo - para otros;
2. Reducción de las pérdidas durante el transporte de energía, de ahí el uso de alambres y cables más baratos;
3. Las máquinas trifásicas tienen un par más estable que las monofásicas (mayor rendimiento);
4. Mejor desempeño en generadores trifásicos;
5. En algunos casos, la corriente continua debe obtenerse de corriente alterna. Al mismo tiempo, el uso de corriente trifásica es una ventaja significativa, ya que la ondulación de la tensión rectificada es mucho menor.

¿Qué es la corriente trifásica?

Un sistema de CA trifásico consta de tres señales de corriente sinusoidales, cuyas diferencias son de un tercio de ciclo o 120 grados eléctricos (un ciclo completo son 360°). Pasan por sus máximos en un orden regular llamado secuencia de fases. El voltaje sinusoidal es proporcional al coseno o seno de la fase.

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Corriente trifásica

Por lo general, se suministran tres fases a través de tres (o cuatro) cables, y los voltajes de fase y línea en circuitos trifásicos representan las diferencias de potencial entre pares de conductores. Las corrientes de fase son cantidades de corriente en cada conductor.

Diagramas de circuitos trifásicos.

En una configuración de circuito en estrella, hay cables trifásicos. Si los puntos cero del sistema de alimentación y el receptor están conectados, se obtiene una "estrella" de cuatro hilos.

El circuito distingue entre la tensión entre fases situada entre los conductores de fase (también llamada lineal) y la tensión de fase, entre los conductores de fase individuales y el conductor N.

El voltaje de fase se determina más claramente mediante la construcción de vectores: estos son tres vectores simétricos U(A), U(B) y U(C). Aquí puedes ver qué voltaje de línea es:

• U(AB) = U(A) – U(B);
• U(BC) = U(B) – U(C);
• U(CA) = U(C) – U(A).

¡Importante! Las construcciones vectoriales dan una idea del cambio entre los voltajes de fase constante y de interfase: 30°.

Por lo tanto, el voltaje de línea para un circuito en estrella con cargas uniformes se puede calcular de la siguiente manera:

Uab = 2 x Ua x cos 30° = 2 x Ua x √3/2 = √3 x Ua.

Otros indicadores de voltaje de fase se encuentran de manera similar.

La tensión lineal y de fase, si sumamos las cantidades vectoriales de todas las fases, son iguales a cero:

• U(A) + U(B) + U(C) = 0;
• U(AB) + U(BC) + U(CA) = 0.

Si se conecta a la estrella un receptor eléctrico con resistencia idéntica en cada fase:

entonces puedes calcular las corrientes lineales y de fase:

• Ia = Ua/Za;
• Ib = Ub/Zb;
• Ic = Uc/Zc.

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Construcción de vectores en el diagrama “Y”

En lo que respecta a los casos generales de un sistema en “estrella”, las cantidades de corriente lineal son idénticas a las de fase.

Generalmente se supone que la fuente que alimenta los receptores eléctricos es simétrica y que sólo la impedancia determina el funcionamiento del circuito.

Dado que el indicador de corriente sumadora corresponde a cero (ley de Kirchhoff), en un sistema de cuatro hilos no fluye corriente por el conductor neutro. El sistema se comportará igual haya o no conductor neutro.

Para la potencia activa de un receptor trifásico es válida la fórmula:

P = √3 x Uф I x cos φ.

Poder reactivo:

Q = √3 x Uф I x sen φ.

"Y" para carga asimétrica

Esta es una configuración de circuito donde la magnitud de la corriente de una fase es diferente de otra, o los cambios de fase de las corrientes son diferentes en comparación con los voltajes. Los voltajes de interfase permanecerán simétricos. Utilizando construcciones vectoriales, se determina la apariencia de un desplazamiento del punto cero desde el centro del triángulo. El resultado es la asimetría de los valores de tensión de fase y la aparición de Uo:

Uo = 1/3 (U(A) + U(B) + U(C)).

A pesar de la carga asimétrica, el indicador de corriente sumadora es cero.

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"Y" sin conductor N con carga asimétrica

¡Importante! El funcionamiento del circuito con carga asimétrica depende de si hay o no un conductor N.

El circuito se comporta de manera diferente cuando se conecta un conductor N con impedancia insignificante Zo = 0. Los puntos cero de la fuente de alimentación y del receptor de energía están conectados galvánicamente y tienen el mismo potencial. La tensión de fase de diferentes fases adquiere valores idénticos, y el valor actual esnorte-conductor:

Yo = Yo(A) + Yo(B) + Yo(C).

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Circuito "Y" de cuatro hilos

A la hora de transmitir energía, es común utilizar sistemas de tres hilos en niveles de alta y media tensión. En niveles de tensión bajos, donde es difícil evitar cargas desequilibradas, se utilizan sistemas de cuatro hilos.

Esquema "Δ"

Conectando el final de cada fase del receptor de potencia al inicio de la siguiente, se puede obtener una corriente trifásica con fases conectadas en serie. La configuración del circuito resultante se llama "triángulo". De esta forma, sólo puede funcionar como uno de tres hilos.

Con la ayuda de construcciones vectoriales, comprensibles incluso para principiantes, se ilustran tensiones y corrientes de fase y lineales. Cada fase del receptor eléctrico está conectada a un voltaje lineal entre dos conductores. Los voltajes de línea y de fase son idénticos en el receptor de energía.

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Esquema “Δ” y construcción de vectores.

Las corrientes de interfase para el “triángulo” son I(A), I(B), I(C). Fase – I(AB), IBC), I(CA).

Las corrientes lineales se encuentran a partir de construcciones vectoriales:

• Yo(A) = Yo(AB) – Yo(CA);
• Yo(B) = Yo(BC) – Yo(AB);
• Yo(C) = Yo(CA) – Yo(BC).

La cantidad de corriente sumadora en un sistema simétrico corresponde a cero. Valores RMS de corrientes de fase:

I(AB) = I(BC) = I(CA) = U/Z.

Dado que el cambio de fase entre U e I es de 30°, la corriente de línea en esta configuración será igual a:

I(A) = I(AB) – I(CA) = 2 x I(AB) x cos 30° = 2 x Iph x √3/2 = √3 x Iph.

¡Importante! El valor efectivo de la corriente de línea es √3 veces el valor efectivo de la corriente de fase.

Corriente trifásica y monofásica

La configuración del circuito en “Y” permite utilizar dos voltajes diferentes cuando se alimentan consumidores en redes domésticas e industriales: 220 V y 380 V. 220 V se obtienen utilizando dos conductores. Uno de ellos es fase, el otro es conductor N. El voltaje entre ellos corresponde al voltaje de fase. Si toma 2 conductores, ambos representan fases, entonces el voltaje entre las fases se llama lineal y es igual a 380 V. Las 3 fases se utilizan para la conexión.

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Distribución de tensión en sistemas monofásicos y trifásicos.

Las principales diferencias entre sistemas monofásicos y trifásicos:

1. La corriente monofásica implica energía a través de un conductor, trifásica, a través de tres;
2. Para completar un circuito de alimentación monofásico se necesitan 2 conductores: otro neutro, para trifásico - 4 (más neutro);
3. La mayor potencia se transmite en tres fases, a diferencia de un sistema monofásico;
4. La red monofásica es más sencilla;
5. Si un cable de fase falla en una red monofásica, la energía se pierde por completo; en una red trifásica, se suministra a través de las dos fases restantes.

Interesante. Nikola Tesla, el descubridor de las corrientes polifásicas e inventor del motor de inducción, utilizó una corriente bifásica con una diferencia de fase de 90°. Un sistema de este tipo es adecuado para crear un campo magnético giratorio mayor que el monofásico, pero menor que tres. -fase. El sistema de dos fases se generalizó por primera vez en los Estados Unidos, pero luego desapareció por completo de su uso.

Hoy en día, casi todo el suministro de energía eléctrica se basa en corriente trifásica de baja frecuencia utilizando fases individuales en paralelo. Casi todas las centrales eléctricas tienen generadores que producen corriente trifásica. Los transformadores pueden funcionar con corriente trifásica o monofásica. La presencia de potencia reactiva en dichas redes requiere la instalación de equipos de compensación.

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El término "fase" en ingeniería energética suele entenderse como una parte separada del circuito eléctrico de un sistema multifásico o, alternativamente, como un momento en el tiempo en la expresión sinusoidal de vectores de corriente o tensión.

La característica principal de multifase. (norte) Los sistemas consisten en combinar circuitos separados con los mismos parámetros eléctricos de fem, voltaje y corriente, los cuales están espaciados en el tiempo en los mismos intervalos del período. ∆t=T/n expresado, también en valores de fase angular ∆ωt=360/n(en grados) o ∆ωt=2π/n(en radianes).

Circuitos trifásicos. En el sector energético se utilizan tres circuitos eléctricos combinados (fases), norte=3. En consecuencia, todas las cadenas están espaciadas 120 grados angulares. Para designarlos de acuerdo con GOST, se utiliza lo siguiente:

Letras latinas mayúsculas A B C como designación principal;
- números arábigos 1, 2, 3 para marcado adicional;
- letras latinas mayúsculas R, S, T en formato internacional.

Durante la operación, la organización matriz selecciona aleatoriamente la primera fase. "A", y numera el resto en la secuencia de paso de los vectores de voltaje. (tú) y actual (i) coordenadas de dirección norte.

En un sistema trifásico, se acostumbra entender la secuencia directa como la rotación de vectores en funcionamiento normal. A>B>C>A en sentido anti-horario. En este caso, los vectores en el circuito B van a la zaga del circuito. A y adelantar a la cadena C 120°.

La rotación opuesta de los vectores en el sentido de las agujas del reloj se considera una secuencia inversa.

Las fases creadas en el sistema se pueden combinar en un solo circuito o funcionar de forma aislada, sin conexiones mutuas. En un sistema desacoplado, las magnitudes de la FEM instantánea en las fases están separadas por un ángulo de 120° y se alternan según el esquema. A>B>C>A. Sus valores se describen mediante las fórmulas:

e A =E m sinωt, E A =Ee j0°;
e B =E m sin(ωt-120°), E B =Ee -j120°;
e C =E m sin(ωt-240°)=E m sin(ωt+120°), E C =Ee j120°.

Los diagramas de gráficos de funciones y las expresiones vectoriales se explican con las figuras correspondientes.

En un circuito trifásico simétrico independiente, siempre se aplica la regla: cualquier cantidad variable e, u, i en cada momento del tiempo cuando se suma es igual a cero. En otras palabras: tu A + tu B + tu C = 0.

Como ejemplo, demostramos el cálculo de sumas de FEM en tres valores de ángulo:

Con igual carga para cada fase, cuando Z A =Z B =Z C =Ze jφ, se forman vectores de corriente de fase idénticos en longitud pero desplazados en ángulo con respecto a las tensiones (EMF). Están separados por 120° y también crean un sistema simétrico trifásico en el que se aplican las siguientes leyes:

yo A +yo B +yo C =0;
I A +I B +I C =0.

A partir de tres sistemas no conectados, se forma uno solo conectado conectando (combinando) los cables de retorno (retorno) en una sola línea. Con este método, en un cable generalizado, la corriente total de las tres fases se sumará y será igual a cero. El proceso se describe mediante la primera ley de Kirchhoff:

yo N = yo A + yo B + yo C = 0.

La conclusión práctica es obvia: no es necesario un cable de retorno, lo que genera importantes ahorros en recursos materiales para transportar electricidad desde un generador trifásico a un receptor de energía trifásico.

Ventajas de los sistemas trifásicos:

1. El transporte de energía eléctrica mediante un circuito trifásico a los consumidores desde las fuentes es económicamente más eficiente que con un número diferente de fases. Al reducir el número de carreteras de 6 a 3, no solo se ahorra dinero en cables, sino que también se reducen las pérdidas de energía en los mismos;

2. Para crear un sistema trifásico, no es necesario crear estructuras técnicas complejas. El movimiento giratorio circular se ha utilizado durante mucho tiempo para operar varios generadores y motores;

3. La tecnología de fabricación de generadores, transformadores y motores trifásicos es simple y optimizada, y todos los dispositivos son confiables, duraderos, baratos y de tamaño reducido;

4. El circuito trifásico permite el uso simultáneo de receptores eléctricos con diferentes voltajes, diferenciándose por √3 , que está determinado por la presencia de 2 niveles de tensión (fase y lineal). Ul=√3xUф.

Estas ventajas obvias de los sistemas se han utilizado ampliamente en el sector energético para generar energía eléctrica y transmitirla/distribuirla a receptores de energía desde 1989.

Su fundador y desarrollador es el ingeniero Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky, que trabajó para la empresa alemana AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft).