Sistemas trifsicos. 1.1. Sistemas trifsicos La generacin, transmisin y distribucin de la energa elctrica se efecta, generalmente, mediante sistemas trifsicos. El siguiente esquema ilustra el flujo de energa desde el generador hacia los consumidores o cargas: Figura 1.1 La representacin de la Figura 1.1, se denomina unilineal, debido a que slo se dibuja una lnea, en lugar de los tres o cuatro conductores que emplean los sistemas trifsicos. Se indica con pequeos trazos verticales, sobre la lnea, el nmero de conductores que posee el sistema. Se transmite con tensiones altas, ya que para un flujo de energa determinado las corrientes sern menores, y tanto menores cuanto mayores sean las tensiones. A corrientes menores se tendrn menores prdidas por disipacin en las lneas de transmisin. Recurdese que la disipacin en una resistencia es proporcional al cuadrado de la corriente, y tambin vara proporcionalmente con el largo de la lnea e inversamente con la seccin del conductor. Se distribuye con tensiones menores por la forma de emplear la energa elctrica y por razones de seguridad. Los usos ms difundidos de la energa elctrica son: alumbrado, fuerza motriz y calefaccin; en todos ellos es deseable tener corrientes elevadas. En el caso de los motores, recurdese que la fuerza entre dos conductores que llevan corrientes es proporcional al producto de stas. En planchas, radiadores y calefactores en general interesa tener alta disipacin, y sta es proporcional al cuadrado de la corriente. La resistencia del cuerpo humano entre mano y pie, es de 1000 a 3000 Ohms. Entre ambas manos, aproximadamente, 700 a 1000 Ohms. Si una persona, apoyada en tierra, toca un conductor que est con cierta tensin respecto a tierra, permitir que circule una corriente elctrica a travs de su cuerpo. Corrientes de 1,2 a 1,6 mA producen cosquillas. Corrientes de 50 mA y mayores pueden causar la muerte. Sistemas trifsicos 3 Profesor Leopoldo Silva Bijit 21-09-2009 Los valores dados son muy variables y dependen de diversos factores. Por ejemplo, del estado de aislacin respecto a tierra, zapatos, guantes, humedad de las manos, calidad conductora del suelo, etc. Corrientes que circulen entre ambas manos son ms peligrosas, debido a la mayor circulacin en zonas cercanas al corazn. Por razones de seguridad para los seres humanos, convendra disponer de tensiones bajas en redes de distribucin. Sin embargo, esto implicara artefactos carsimos, ya que sera necesario construirlos de tal modo que soportaran corrientes altas, en el caso de requerirse una potencia determinada. Las tensiones normalizadas de distribucin domiciliaria son 220 110 Volts. Los sistemas trifsicos de potencia pueden ser analizados con los conceptos bsicos de la teora de redes. Sin embargo, debido a la importancia y uso que ellos tienen, se desarrollarn procedimientos prcticos para analizarlos. Nuestro objetivo ser familiarizar con el lenguaje, nomenclatura y definiciones usuales de los sistemas trifsicos. Para ellos desarrollaremos modelos y los analizaremos desde el punto de vista de las redes elctricas; no obstante, se introducir el punto de vista fsico cuando ste logre enriquecer la informacin necesaria para cumplir con el objetivo propuesto. Se estudiarn sistemas trifsicos en estado estacionario y con seales sinusoidales de igual frecuencia angular. Se tratarn, en general, sistemas trifsicos en condiciones normales de operacin. Fenmenos transitorios, armnicas y fallas en sistemas trifsicos no sern desarrollados en este texto. 1.2 Definiciones Bsicas 1.2.1 Seales trifsicas son tres variables sinusoidales de igual frecuencia angular y que difieren en sus fases temporales. 1.2.2 Seales trifsicas equilibradas o simtricas o balanceadas son aquellas que tienen valores mximos iguales y cuyas fases difieren en 120. Ejemplo 1.1 En la Figura 1.2 se ilustra un conjunto de voltajes trifsicos equilibrados. La Figura 1.3 muestra corrientes trifsicas desequilibradas. Figura 1.2 Figura 1.3 Ejemplo 1.2 En la Figura 1.4 se muestran las formas de ondas asociadas a los fasores de la Figura 1.2 Si nos fijamos en los instantes en que las seales tienen un valor determinado, veremos que la seal adquiere ese valor despus que la seal ; y que un instante despus toma dicho valor la seal . 2 e 1 e 3 e 4 Redes Elctricas Profesor Leopoldo Silva Bijit 21-09-2009 Figura 1.4 Se aprecia mejor la secuencia, si se observan los valores mnimos, mximos o los cruces por cero. Para las seales de la Figura 1.4, la secuencia de fases es (1, 2, 3); esto tambin puede observarse directamente en la Figura 1.2, recordando que los fasores son las transformadas fasoriales de las seales girando en sentido contrario al del reloj. Tambin puede decirse que la secuencia es (2, 3, 1) (3,