Sistema trifásico en estrella

La conexión del sistema trifásico en estrella es la que se encuentra en la red del sistema forma en que se suministra la energía eléctrica en los hogares debe ser en configuración estrella ya que se genera el neutro en el lado secundario del transformador y de esta manera en las acometidas se tiene el par formado por fase y neutro.

Antes de iniciar con esta tercera parte, recordaremos brevemente lo presentado en la edición anterior. Como recordarás, se analizó de manera simple la conexión Δ, la cual generalmente se encuentra en el devanado primario o lado de alta del transformador, describimos lo correspondiente a las tensiones de línea (E_L) que son iguales entre sí y corresponden al potencial existente entre fases. Las corrientes de fase (I_F) se determinan con la tensión de línea y el valor de la impedancia aplicando la ecuación simplificada de Ohm (I_F = E_L/Z_u).

Asimismo mencionamos la existencia de otras corrientes en la conexión Δ, que son las corrientes de línea (I_L), cuyo valor se obtuvo de un breve análisis matemático partiendo de la geometría del diagrama fasorial de corrientes.

Repasado lo anterior entremos de lleno con la conexión en estrella (Y).

La función principal del transformador de distribución es bajar una tensión de entrada a otra de salida, en el caso del tema que estamos tratando la tensión de salida es aproximadamente de 127 V. La conexión de los devanados del lado secundario o de baja es en estrella (Y). La razón es simple, sin embargo, usaremos el siguiente diagrama para ilustrarlo:

Como es posible apreciar, se conecta una terminal de cada devanado con los demás para formar un nodo común, de esta manera se genera automáticamente el neutro. En la mayoría de los casos el neutro se conecta a tierra por medio de un conductor de cobre hasta la varilla de tierra instalada al pie del poste. A este conductor lo conocemos como conductor de puesta a tierra y al neutro como puesto a tierra.

A fin de hacer otro análisis de tensiones y corrientes, cambiaremos los devanados de la configuración Y por fuentes senoidales de tensión. Es posible hacer esta sustitución debido al comportamiento de un devanado, en otras palabras: cuando se acerca un campo electromagnético a un conductor enrollado en forma de bobina, se da un fenómeno de inducción, el cual es posible medir directamente en las terminales del conductor, ya que existe una diferencia de potencial. La forma en que se construyen los transformadores varía, sin embargo, los devanados de alta y baja siempre están juntos, por lo que el fenómeno de inducción existe.

Por lo anterior podemos decir que la conexión de los devanados de lado de baja es una conexión en estrella de fuentes de tensión.

A continuación mostraremos y describiremos las corrientes de línea (I_a, I_b, I_c ), corrientes de fase (I_ab, I_bc, I_ca), tensiones de línea (E_ab, E_bc, E_ca ) y tensiones de fase (E_aN, E_bN, E_cN ).

Ver también: Análisis del circuito trifásico conectado en delta

Las corrientes de línea son las que se generan de la fase de alimentación hacia la carga. Corrientes de fase son las que se presentan entre fases. Tensiones de línea, las que existe entre las fases de la conexión Y. Tensiones de fase son las que existen entre el punto común o neutro, y fase.

Observando el siguiente diagrama entenderemos mejor los conceptos anteriores, cabe mencionar que la carga debe cumplir con la característica de estar balanceada, es decir los valores de impedancia (Z) deben ser iguales, de tal forma que Z_A = Z_B = Z_C.

En realidad la característica de carga balanceada existe solo en sistemas controlados, en redes de distribución en baja tensión la carga por lo general está desbalanceada, ya que los equipos y aparatos dentro de una vivienda varían con respecto a otra.

Continuemos con el análisis de esta conexión en Y con una carga balanceada también conectada en Y, a esta conexión la llamamos conexión Y-Y.

Como ya se mencionó anteriormente, las corrientes de línea (I_L) son las que se generan en el conductor de conexión de la carga, las identificamos con los subíndices correspondientes de la fase, en el caso de la conexión con la carga balanceada son las mismas, es decir: I_L = I_a = I_b = I_c. También podemos decir que las corrientes de línea son las que se generan en cada fase en relación con el neutro.

Las corrientes de fase se generan en las cargas conectadas a las fases y dependen del valor de la carga; del mismo modo, si la carga es balanceada, las corrientes de fase son iguales entre sí: I_F = I_ab = I_bc = I_ca.

Las tensiones de línea son iguales entre sí, tomando como principio que los devanados del transformador y la inducción del primario sobre el secundario es exactamente la misma, por lo cual: E_L = E_ab = E_bc = E_ca. La tensión de fase es la diferencia de potencial que hay entre el neutro (N) y fase, siguiendo la idea de que son sistemas balanceados: E_F = E_aN = E_bN = E_cN.

De las E_L y E_F podemos decir que las primeras son mayores con respecto a las segundas en un 73.2% aproximadamente. Esto debido a que están afectadas por una 3 , resultado de un análisis de un diagrama fasorial, similar al que se realizó en el número anterior. Por lo tanto: E_L = 3 E_F, además de que existe un desfasamiento entre ellas de 30º.

Veamos el siguiente diagrama fasorial:

En este diagrama podemos observar los desfasamientos que existen entre las tensiones de fase y tensiones de línea. Del desarrollo del diagrama fasorial tenemos lo siguiente:

La tensión de fase (E_aN)se toma como referencia, por lo tanto no tiene ángulo de desfasamiento, así que podemos representarla de la siguiente manera: E_aN = E_L∠0º ; la otra tensión de fase E_bN sí tiene un desfasamiento de 120º respecto a la de referencia, entonces se representa de la siguiente manera: E_bN = E_L∠120º , lo mismo ocurre con la tensión de E_cN , que está desfasada 120º con respecto a la E_bN y 240º con respecto a E_aN, que es la de referencia; por lo tanto la representamos así: E_cN = E_L∠240º o bien E_cN = E_L∠ −120º .