Sistemas Trifásicos y Transformadores: Componentes, Tipos y Clasificación

Conceptos Fundamentales de Sistemas Trifásicos

Un sistema trifásico se compone de varias partes o fases, cada una generando, transmitiendo o utilizando una de las tensiones del sistema. El orden en que se suceden estas fases se conoce como secuencia de fases. Los sistemas trifásicos pueden emplearse para alimentar cargas monofásicas individualmente (conexión independiente). Para optimizar el número de conductores, se utilizan las configuraciones en estrella o triángulo.

• Tensión simple o de fase: Diferencia de potencial en cada rama monofásica del sistema trifásico.
• Tensión de línea o compuesta: Diferencia de potencial entre dos conductores de línea o terminales de fase.
• Intensidad de fase: Corriente que circula por cada rama monofásica.
• Intensidad de línea: Corriente que circula por cada conductor de línea.

Es importante destacar que:

• En un sistema conectado en triángulo, la tensión de línea y de fase son iguales.
• En un sistema conectado en estrella, la intensidad de fase y de línea son iguales.

Transformadores: Principios y Características

Un transformador es una máquina eléctrica estática que convierte corriente alterna en otra corriente alterna, modificando la tensión e intensidad. Se compone de un núcleo de hierro y dos devanados (arrollamientos) separados y aislados. Un autotransformador, en cambio, posee una sola bobina intermedia, compartiendo partes entre el primario y el secundario.

La potencia nominal de un transformador se expresa en potencia aparente (VA), ya que no se conoce si transforma potencia activa o reactiva. El índice de carga es la relación entre la potencia de consumo y la nominal.

Un transformador real experimenta pérdidas de energía en forma de calor durante la conversión. Estas pérdidas se deben a:

• Pérdidas en el hierro (o de vacío): Causadas por la histéresis del hierro y las corrientes de Foucault.
• Pérdidas en el cobre: Debidas al efecto Joule en los bobinados y a los flujos de dispersión.

Fórmulas Clave para Transformadores

Transformador Ideal:

m = V₁ / V₂ = N₁ / N₂ = I₂ / I₁

P₁ = P₂ = V₁ * I₁ * Cos(φ) = V₂ * I₂ * Cos(φ)

Transformador Real (Caso 1):

S_N = V_1N * I_1N = V_2N * I_2N

C = S₁ / S_N = I₁ / I_1N = I₂ / I_2N

P_FE = P_O

P_CU = C² * P_CC

u_{cc (%)} = U_{CC (V)} / V_1N

R = P_UTIL / P_ABS = P₂ / P₁ = P₂ / (P₂ + P_FE + P_CU) = P₂ / (P₂ + P_O + C² * P_CC)

Transformador Real (Caso 2):

P_O = V₁² / R_O

I_O = V₁ / R_O

P_CC = I_2N² * R_CC

P_CU = I₂² * R_CC

I_CC = I_2N / u_cc

S_CC = S_N / u_cc = I_CC * V_2N

Transformador Trifásico:

m = V_F1 / V_F2 = N₁ / N₂ = I_F2 / I_F1

Conexión Estrella: I_L = I_F; V_L = √3 * V_F

Conexión Triángulo: I_L = √3 * I_F; V_L = V_F

Clasificación y Constitución de los Centros de Transformación (CT)

Los centros de transformación (CT) se clasifican según varios criterios:

Según su Alimentación:

• Alimentación en punta o radial: Una sola línea de alimentación.
• Alimentación en paso o anillo: La línea de distribución en MT forma un anillo, entrando y saliendo de cada CT.
• Alimentación con doble procedencia: Dos líneas de alimentación desde dos estaciones transformadoras AT/MT diferentes, requiriendo dos interruptores.

Según su Propiedad:

• CT de empresa: Propiedad de la empresa suministradora, que se encarga del mantenimiento. Forman parte de la red pública y no tienen equipo de medida.
• CT de clientes: El abonado instala y mantiene su propio CT. Ofrece ventajas como independencia, tarificación en MT y posibilidad de ampliación.

Según su Emplazamiento:

• Interiores: El CT está dentro de un edificio o nave.
• Exteriores: El CT no forma parte de un edificio. Pueden ser de superficie, subterráneos, semisubterráneos o de intemperie.

Según su Acometida:

• Alimentados por línea aérea.
• Alimentados por cable subterráneo.

Constitución de un CT

Las dimensiones de un CT deben permitir:

• El movimiento y colocación de los elementos y maquinaria.
• La ejecución de maniobras de explotación en condiciones seguras.
• El mantenimiento del material.

Los componentes básicos son:

• Celdas de MT con aparamenta de maniobra y protección.
• Celda del transformador de MT/BT.
• Cuadro de BT.

Tipos de Transformadores de Potencia

• En baño de aceite mineral: Comunes en CT de redes públicas. La dilatación del aceite se compensa con la deformación de las aletas de la cuba.
• Transformadores secos: Bobinas encapsuladas en resina termoendurecible. Más frecuentes en CT de abonado.