Sistemas trifásicos desequilibrados

En esta sección vamos a estudiar el caso de un sistema trifásico de tensiones equilibrado, pero que trabaja alimentando a una carga desequilibrada. Se entiende que una carga es desequilibrada cuando las impedancias de cada fase no son iguales, situación que encontramos en la distribución de energía eléctrica en BT a los edificios. En este caso, las intensidades absorbidas por la carga serán desequilibradas, con lo cual no tienen porque ser iguales en valor eficaz ni estar desfasadas 120º.

Para conseguir un suministro de tensión constante a las instalaciones monofásicas (viviendas, locales comerciales, etc) a partir de una red trifásica, es imprescindible un cuarto conductor activo llamado conductor neutro, cuya interrupción puede causar sobretensiones que pueden derivar en grave riesgo para las personas y las instalaciones.

Carga desequilibrada en estrella. Necesidad del conductor neutro

         Si repasas lo que vimos hasta ahora y vuelves a Fig., puedes ver que para una carga equilibrada en estrella, el punto neutro de la alimentación y el de la carga son eléctricamente el mismo, por lo que cada impedancia soporta la tensión de fase de la red y las corrientes absorbidas son equilibradas. Si la carga es desequilibrada, no se cumple esta propiedad y los puntos neutros son eléctricamente distintos, por lo que la tensión en cada impedancia dependerá de los valores óhmicos de las mismas y las corrientes absorbidas serán desequilibradas.

En Fig.  puedes ver el resultado de una simulación mediante software electrotécnico, en la que se conecta una cargadesequilibrada en estrella (resistencias por fase de 43, 20 y 82 Ω) a una red trifásica de 230 (V) de tensión de fase y 400 (V) de tensión de línea.

Las conclusiones de la simulación son las siguientes:

1. Los puntos neutros son eléctricamente distintos (N y N’), por lo que la tensión en las impedancias ya no es 230 (V).
2. Las impedancias de 43 y 82 (Ω) sufren sobretensiones de 266 y 302 (V) respectivamente, por lo que pueden calentarse demasiado, quemarse y dañarse sus aislamientos.
3. La impedancia de 20 (Ω) sufre una caída de tensión que impedirá su correcto funcionamiento. Si fuese por ejemplo una lámpara, brillaría muy poco.
4. Las corrientes absorbidas son lógicamente desequilibradas (tienen distinto valor eficaz).

            Para que la tensión de cada impedancia sea la tensión de fase de la red, hay que conseguir que el punto neutro de la carga sea el punto neutro de la alimentación de red. Para ello basta con conectar un conductor entre ambos puntos neutros, llamado conductor neutro. En Fig.  podemos ver una simulación con conductor neutro, en la que puedes ver que las impedancias están a la tensión de fase de la red (230 V) y no sufren sobretensiones ni pérdidas  de tensión.

Por otra parte si hay un conductor más, hay una corriente más, llamada corriente de retorno por neutro (I_N). Si aplicamos la LCK en el punto neutro de la estrella tenemos:

donde todas las corrientes son evidentemente fasores. Puedes comprobar fácilmente, como la suma de los valores eficaces de las corrientes de línea, no coincide con el valor eficaz de la corriente de retorno por neutro, puesto que se trata de una suma fasorial de corrientes desequilibradas.

Las conclusiones de la simulación son las siguientes:

1. Las impedancias soportan la tensión de fase de la red, de forma estable, pues los dos puntos neutros son eléctricamente el mismo (N).
2. Las corrientes absorbidas son desquilibradas.
3. Existe corriente de retorno por neutro.

!! Si la carga trifásica es desequilibrada, el conductor neutro es imprescindible para garantizar la estabilidad de las tensiones de fase de la carga y evitar sobretensiones o caídas de tensión.

            Finalmente y como curiosidad, ten en cuenta que en secciones anteriores se han estudiado las cargas equilibradas, y no se mencionó al conductor neutro. En Fig.  puedes ver una simulación donde conectamos un neutro a una carga equilibrada:

Puedes ver que el conductor neutro no sirve para nada si la carga es equilibrada, pues no circula corriente por el, ya que la sumafasorial de las corrientes equilibradas de línea es nula.

  Además los puntos neutros de la red y de la carga son eléctricamente idénticos aunque no halla conductor neutro. Este es el motivo por el que se estudiaron anteriormente las cargas equilibradas, sin considerar al conductor neutro.

!! Ante carga trifásica equilibrada (motores, transformadores), el conductor neutro no se conecta porque no es necesario.

Carga desequilibrada en triángulo

            Actualmente este tipo de conexión está en desuso debido a las exigencias reglamentarias de tensión. Las redes de BT normalizadas son:

• 220/380 (V), red antigua en proceso de sustitución.
• 230/400 (V), red actual desde la implantación del REBT 2002.

            En estas redes puesto que los circuitos monofásicos deben alimentarse a la tensión de fase (220 o 230 V, según la normativa en vigor), estos circuitos se distribuyen entre fase y neutro, con lo que los receptores forman en su conjunto una carga trifásica desequilibrada en estrella.

            Si conectásemos estos circuitos monofásicos en triángulo, cada receptor estaría conectado a 400 (V), superando con mucho su tensión nominal, con lo que la intensidad absorbida por estos también aumentaría por encima de la nominal, produciéndose grandes calentamientos  que pueden derivar en deterioro definido de los receptores y ser además causa de incendio. Por este motivo, laconexión triángulo carece actualmente de aplicación práctica.

            Sin embargo, todavía es posible encontrar en edificios antiguos redes de 220 (V) de tensión de línea, con lo que los circuitos monofásicos deben conectarse entre fases y los receptores forman en su conjunto una carga desequilibrada en triángulo. El conductor neutro es por tanto innecesario.

tomado de http://www.cifp-mantenimiento.es/