¿Qué es la carga simétrica y asimétrica?

En una red trifásica que funciona normalmente, los voltajes de línea (voltajes entre cada par de conductores de fase) son iguales en magnitud y difieren en fase en 120 grados. En consecuencia, los voltajes de fase (voltajes entre cada conductor de fase y un conductor neutro) son de igual magnitud y tienen diferencias de fase similares.

Como se deduce de lo anterior, los ángulos de fase entre estos voltajes son iguales entre sí. Esto se llama "Sistema de voltaje trifásico simétrico".

Si conecta una carga simétrica a dicha red, es decir, una carga trifásica a la cual las corrientes de cada fase son iguales en magnitud y fase, entonces dicha carga creará un sistema simétrico de corrientes (con el mismo ángulo de fase entre ellas). Esto es posible siempre que en las tres fases de la carga haya resistencias reactivas y activas idénticas, es decir, Za = Zb = Zc.

Por lo tanto, las corrientes de fase son iguales en magnitud y en el ángulo de fase entre ellas en estas condiciones. Ejemplos de cargas simétricas: un motor de inducción trifásico, tres lámparas incandescentes idénticas, cada una en su propia fase, un transformador trifásico con carga simétrica, etc.

Considere un diagrama vectorial de las corrientes de una carga trifásica simétrica. Es fácil ver aquí que la suma geométrica de los vectores de las corrientes trifásicas se desvanece. Esto significa que con una carga simétrica, la corriente del conductor neutro será cero, y prácticamente no hay necesidad de usarlo.

Si conecta una carga asimétrica a esta red trifásica con un sistema de voltaje simétrico, es decir, una carga en la cual las resistencias de carga complejas en cada fase son diferentes (Za ≠ Zb ≠ Zc), entonces la carga creará un sistema de corrientes que diferirán en tamaño y en dirección (en comparación con el diagrama actual característico de una carga simétrica). Los valores de estas corrientes de fase se pueden encontrar de acuerdo con la ley de Ohm.

Y luego la suma geométrica de las corrientes no desaparece, lo que significa que tendrá lugar una corriente alterna en el conductor neutro, por lo que es necesario un conductor neutro en este caso. Ejemplos de cargas asimétricas: lámparas incandescentes de diferentes capacidades en tres fases, transformador trifásico con carga asimétrica, cargas con diferentes factores de potencia en tres fases, etc.

El cable neutro en este caso asegurará la conservación de la simetría de voltaje de fase a pesar del hecho de que la carga es asimétrica. Es por eso que una red de cuatro hilos permite la inclusión de consumidores monofásicos de diferentes capacidades y la naturaleza de la impedancia en diferentes fases. El circuito de cada fase cargada estará bajo el voltaje de fase del generador, independientemente de la diferencia de cargas entre las fases.

Aquí hay un diagrama vectorial de una carga asimétrica. Es fácil ver en el diagrama que, debido a la presencia de un cable neutro, la corriente en él representa la suma geométrica de los vectores de corriente de cada fase, mientras que los voltajes de fase no experimentan distorsión, lo que ciertamente habría surgido si no hubiera habido un cable neutro con una carga asimétrica.

Si por alguna razón el cable neutro se rompe durante el suministro de una carga desequilibrada, habrá una distorsión aguda de los voltajes y corrientes de la red trifásica, lo que puede provocar un accidente.

La distorsión ocurrirá en este caso porque los tres circuitos de carga suministrados por la fuente trifásica, junto con la resistencia interna de la fuente, forman tres circuitos de diferente impedancia, la caída de voltaje en cada uno de ellos será diferente y el sistema de voltaje de la red trifásica dejará de ser simétrico.Vea más sobre esto aquí:Causas y consecuencias de una rotura de cable cero en la red eléctrica

Comments

[#1 Nikolay]

Es casi imposible crear la misma carga de fase. Según datos experimentales, incluso en redes de cable en Moscú y San Petersburgo, donde las entradas a grandes edificios residenciales son, por regla general, trifásicas, las cargas de fase difieren en un 20-25% o más, especialmente en casas con estufas eléctricas.

Las cargas desequilibradas causan una polarización neutra y desviaciones de voltaje adicionales en fases individuales de la red en diferentes direcciones (positivas y negativas). Teniendo en cuenta que todos los medios de regulación de voltaje, como regla, afectan las tres fases de la red eléctrica, para asegurar que las desviaciones de voltaje de los receptores de potencia no excedan los límites aceptables, uno debe enfocarse en cargas correspondientemente aumentadas o pérdidas de voltaje permisibles proporcionalmente reducidas .

La magnitud de la asimetría se detecta mediante numerosas y largas mediciones en varios puntos de la red, y después del procesamiento matemático, se introducen factores de corrección en las fórmulas de cálculo, que luego permiten calcular las pérdidas de voltaje, como para una red con una carga de fase uniforme.

Sí, y con una carga asimétrica, las desviaciones de fase de la tensión consisten en dos componentes: desviaciones correspondientes al modo de red con carga uniforme y desviaciones determinadas por cargas asimétricas.