INTRODUCCIN A SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA

19 de noviembre de 2013[INTRODUCCIN A SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA]

FRECUENCIA INDUSTRIAL, VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE 50 HZ Y 60 HZ

La tensin secundaria, baja tensin, que se utiliza en distribucin, usada en nuestro ambiente es 220 - 380 V, 220 V fase neutro, 380 V trifsico (entre lneas) recordemos que nuestra frecuencia es 50 Hz. Esta tensin era la normal en Europa continental, mientras que en Gran Bretaa la tensin normal era 240 - 420 V, hace ya algunos aos en un esfuerzo de unificacin se normalizo a nivel europeo 230 - 400 V. En el pasado tambin se distribuy energa con un sistema en tringulo220 V con una fase a tierra. En los pases de 60 Hz, frecuentemente la distribucin (para iluminacin y cargas pequeas) es monofsica 2 * 120 V, 2 * 240 V, la distribucin de fuerza motriz es 3 * 240 V, o 3 * 480 V y tambin se encuentran otras combinaciones. Para poder distribuir energa monofsica y trifsica en estos ltimos sistemas una de las ramas del tringulo 3 * 480 V tiene punto medio (neutro), con lo que se tiene una distribucin con 4 hilos, pero contenciones compuestas el doble de la tensin simple (fase neutro),mientras que en los sistemas Y la tensin compuesta es raz(3) veces la simple.

La prctica actual de diseo.

La red de baja tensin se construye con distintas tcnicas, difundidas en distintas reas del mundo (digamos en distintas zonas de influencia tecnolgica).Podemos hablar de una tcnica Americana (caracterstica de los 60 Hz) con distribucin en media tensin (5 a 10 kV) con muchos transformadores chicos (5 a 50 kVA), y con lneas de baja tensin de radio de accin muy corto. Esta red es naturalmente econmica con cargas dispersas, baja densidad, y permite realizar la distribucin con transformadores monofsicos y solo trifsicos donde indispensables. O una tcnica Europea (caracterstica de los 50 Hz) con distribucin en media tensin de mayor valor (10 a 20 kV) con transformadores de mayor potencia (100 a 500 kVA) lneas de baja tensin con radio de accin grande. Esta solucin es buena con altas densidades de carga, y en ella se usan casi exclusivamente transformadores trifsicos. Con bajas densidades de carga la red de baja tensin es radial pura, cada lnea alcanza pocos usuariosCon mayores densidades, toma apariencia de red mallada, pensamos en lneas principales y derivadas, que llegan desde el punto de inyeccin de potencia (el transformador) a todos los usuarios. Esta red tiene notable relacin con la geografa del rea servida, si se trata de manzanas cuadradas, observamos que las lneas recorren las calles, que se cruzan y se unen en las esquina.1. CUALES SON LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE 50 y 60 HZ EN EL SISTEMA ELECTRICO?

La frecuencia de la red seeligia finales delsiglo XIX, cuando se implant ladistribucinde corriente alterna trifsica, de acuerdo con las caractersticas de los materiales magnticos de entonces, que mejoraron mucho posteriormente. Baste para ello considerar, que en los aviones se utiliza una frecuencia de 400 Hz. Todo hace pensar que la frecuencia que se elegira en la actualidad, sera sustancialmente ms elevada, con lo que se ganara en volumen, peso y coste de los aparatos electromagnticos.En la actualidad en que la Electrnica ha inundado todos los aspectos de la Electricidad, se vuelve a considerar el empleo de la corriente continua, al contrario de la resolucin de la clebre polmica entre Edison y Tesla abogando ste ltimo por la alterna y ganndola, gracias a la facilidad de la corriente alterna de cambiar los parmetros de tensin y corriente, que hizo posible la transmisin de la energa elctrica a grandes distancias.No es que se piense en llevar a los puntos de consumo corriente continua, no, lo que se considera y se lleva ya a cabo en algunos sitios, es la transmisin a distancia de corriente continua, gracias a los rectificadores y convertidores capaces de manejar altas tensiones y potencias, con elevados rendimientos.Con el empleo de corriente continua se evitaran una parte de las prdidas de transmisin, y sobre todo la pesadilla del Factor de Potencia.Por el contrario la corriente alterna trifsica sigue siendo imprescindible para accionar los motores de induccin trifsicos, que son los ms sencillos robustos Y baratos.Lo que parece que se va implantar en un futuro de forma general, ser generacin de corriente alterna, rectificacin de alta tensin, transporte en continua, y ondulacin trifsica de baja tensin.

2. LA CORRIETE DE 50 Y 60 HZ:Losaparatosquesimplementecalientan algo,hornillos, planchas e incluso las bombillas funcionan igual.No obstante los aparatos que incluyen transformadores elctricos diseados para 50 Hz funcionan perfectamente a una frecuencia superior. Es ms trabajarn ms descansados.Por el contrario, al revs los diseados para 60 Hz conectados a 50 Hz se recalentarn y acabarn por quemarse. Esto incluye tambin aparatos que llevan motores asincrnicos que aparte de que vern variada su velocidad m porque depende de la frecuencia, se recalentaran y posiblemente se quemarn con el paso de 60 a 50, como por ejemplo un refrigerador, pero no al revs.En la actualidad existen muchos aparatos que admiten ambas frecuencias y lo que es ms difcil de conseguir un margen amplio de tensiones que abara desde menos de 110 Voltios a ms de 220 V.Se llaman Universales y equipan aparatos de relativo bajo consumo;Orednadores porttiles, sintonizadores de TDT, reproductores de DVD, cargadores para telfonos mviles, etc. La corriente normal tiene una frecuencia de 50 o 60Hz. 50 HZ = 50 ciclos por segundo.Alta frecuencia, en nuestro caso, tiene un mximo de 440 Hz = 440 ciclos por segundo.Alta frecuencia, usada por algunos de nuestros competidores 1000 Hz = 1000 ciclos por segundo.

En el grafico superior se representa el voltaje en un eje y el tiempo en el otro.Si hay 50 ondas por segundo, la frecuencia es de 50 Hz.Si hay 440 ondas por segundo, la frecuencia es de 440 Hz.Si hay1000 ondas por segundo, la frecuencia es de 1000 Hz.Debajo mostramos una representacin visual de una corriente alterna trifsica.

3. POR QUE USAR UNA MAYOR FRECUENCIA DE 50 HZ?La razn por la que queremos usar una mayor frecuencia que los 50 Hz es porque queremos que los motores giren a mayor velocidad que los motores estndar.Mayor Frecuencia (Hz) = Mayor Velocidad (rpm) = Mayor Potencia (kW)Un motor elctrico asincrnico trifsico de un determinado tamao puede producir una mayor potencia de salida si su velocidad de rotacin se aumenta. Para conseguir que el motor gire ms rpidamente, el campo magntico debe tambin girar ms rpidamente y esto se consigue incrementando la frecuencia de la corriente.La mayora de los motores asincrnicos trifsicos se parecen en el interior de su carcasa. Aqu debajo mostramos la imagen de un estator y un rotor de alta frecuencia. En la foto pueden apreciar que la parte final del rotor es de cobre. Este tipo de rotor es de fabricacin manual y se llama copper squirrel cage type rotor. Este tipo de rotor es un 30 35% ms eficiente que los convencionales.Un motor elctrico puede producir un cierto par de potencia a una velocidad y esto depende principalmente del nmero de polos del motor y de la frecuencia con la que gira. En nuestro caso usamos un motor de4-polos.Si el par de un motor se mantiene constante, la potencia se ver incrementada proporcionalmente al incremento de la frecuencia. Si doblamos la frecuencia, la velocidad del motor se ver aumentada al doble y con un par constante, la potencia se ver incrementada al doble.La potencia es proporcional a la velocidad:P = M x n 9550P = potencia en kWM = Par en Nmn = velocidad de rotacin en revoluciones por minuto.9550 = constanteEjemplo para un sistema de 50 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de rotacin del motor es n = 1.450 rpm:P = 11 Nm x 1450 rpm = 1.67 kW 9550Ejemplo para un sistema de 440 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de rotacin del motor es n = 13.000 rpm:P = 11 Nm x 13000 rpm = 15 kW 9550Ejemplo para un sistema de 1000 Hz y un motor de 4-polos, la velocidad de rotacin del motor es n = 29.000 rpm:P = 11 Nm x 29000 rpm = 33.4 kW 9550