¿Cuáles son los perjuicios del desequilibrio trifásico en los sistemas eléctricos?

El desequilibrio trifásico en los sistemas de energía eléctrica causa numerosos efectos adversos, incluyendo un aumento de la pérdida de energía eléctrica en las líneas, un aumento de la pérdida de energía eléctrica en los transformadores de distribución, una reducción de la capacidad de salida de los transformadores de distribución, la generación de corriente de secuencia cero en los transformadores de distribución, la afectación de la operación segura de los equipos eléctricos y la disminución de la eficiencia de los motores eléctricos. ¿Cómo se puede mitigar el desequilibrio trifásico en los sistemas de energía eléctrica? La siguiente sección de Nantong Zhifeng Electric Technology Co., Ltd. proporciona una explicación detallada de los daños causados por el desequilibrio trifásico y enfoques para su mejora.

Daños causados por el desequilibrio trifásico en los sistemas de energía eléctrica:

1. Aumento de las pérdidas de energía eléctrica en las líneas

En una red de alimentación trifásica de cuatro hilos, cuando la corriente fluye a través del conductor de línea, se producen pérdidas de energía eléctrica inevitablemente debido a la presencia de impedancia, y estas pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente. Cuando la red de baja tensión es alimentada por un sistema trifásico de cuatro hilos, la presencia de cargas monofásicas provoca inevitablemente un desequilibrio en la carga trifásica. Bajo tales condiciones de carga desequilibrada, la corriente fluye a través del conductor neutro. Esto provoca no solo pérdidas en los conductores de fase, sino también pérdidas en el conductor neutro, aumentando así las pérdidas totales en las líneas de la red eléctrica.

2.Aumento de las pérdidas de energía eléctrica en los transformadores de distribución

El transformador de distribución es el equipo principal de suministro eléctrico en la red de baja tensión. Cuando opera bajo condiciones de desequilibrio de carga trifásica, provoca un aumento en las pérdidas del transformador, ya que las pérdidas de potencia del transformador varían según el grado de desequilibrio de carga.

3. Reducción de la salida del transformador de distribución

En el diseño de un transformador de distribución, su estructura de devanado se basa en condiciones de operación de carga equilibrada, con un rendimiento de los devanados esencialmente uniforme y una capacidad nominal igual para cada fase. La salida máxima permitida del transformador de distribución está limitada por la capacidad nominal de cada fase. Cuando el transformador de distribución opera bajo condiciones de desequilibrio de carga trifásica, la fase con poca carga tiene capacidad de reserva, lo que provoca una reducción en la salida del transformador. El grado de reducción de la salida está relacionado con la magnitud del desequilibrio de carga trifásica. Cuanto mayor sea el desequilibrio, más disminuirá la salida del transformador de distribución. Por consiguiente, cuando opera bajo condiciones de desequilibrio de carga trifásica, la capacidad de salida del transformador de distribución no puede alcanzar su valor nominal, su capacidad de reserva se reduce en consecuencia y su capacidad de sobrecarga disminuye. Si el transformador de distribución opera bajo condiciones de sobrecarga, es muy probable que cause calentamiento del transformador, lo cual, en casos graves, podría incluso resultar en daños severos al transformador.

4. Generación de corriente de secuencia cero por el transformador de distribución

Cuando el transformador de distribución opera bajo condiciones de desequilibrio de carga trifásica, se genera una corriente de secuencia cero. Esta corriente varía con el grado de desequilibrio de la carga trifásica; cuanto mayor sea el desequilibrio, más intensa será la corriente de secuencia cero. Si existe corriente de secuencia cero en el transformador de distribución en funcionamiento, se generará un flujo de secuencia cero en su núcleo. (No hay corriente de secuencia cero en el lado de alta tensión). Esto obliga al flujo de secuencia cero a atravesar únicamente la pared del tanque de aceite y los componentes estructurales de acero. Debido a que la permeabilidad magnética de los componentes de acero es relativamente baja, cuando la corriente de secuencia cero pasa a través de estos componentes metálicos, se producen pérdidas por histéresis y corrientes parásitas, causando un aumento localizado de la temperatura y el calentamiento de los componentes de acero del transformador. El aislamiento del devanado del transformador de distribución envejece prematuramente debido al sobrecalentamiento, lo que resulta en una vida útil reducida del equipo. Además, la presencia de corriente de secuencia cero incrementa las pérdidas del transformador de distribución.

5. Impacto en el funcionamiento seguro de los equipos eléctricos

El transformador de distribución está diseñado sobre la base de condiciones de operación con carga trifásica equilibrada, siendo esencialmente idénticas la resistencia, la reactancia de dispersión y la impedancia de magnetización de cada devanado de fase. Cuando el transformador de distribución opera bajo cargas trifásicas equilibradas, las corrientes trifásicas son esencialmente iguales, y las caídas de tensión en cada fase del transformador también son esencialmente las mismas; por lo tanto, las tensiones de salida trifásicas del transformador están equilibradas. Si el transformador de distribución opera bajo desequilibrio de carga trifásica, las corrientes de salida de cada fase serán desiguales, y las caídas de tensión internas de las fases del transformador serán diferentes, lo que inevitablemente provocará un desequilibrio de tensión trifásica en la salida del transformador.

Simultáneamente, cuando el transformador de distribución opera bajo desequilibrio de carga trifásica, las corrientes de salida trifásicas son desiguales, provocando el flujo de corriente a través del conductor neutro. Esto causa una caída de tensión por impedancia en el conductor neutro, lo que lleva al desplazamiento del punto neutro, alterando así los voltajes de fase de cada fase. El voltaje de la fase con mayor carga disminuye, mientras que el voltaje de la fase con menor carga aumenta. Suministrar energía en condiciones de desequilibrio de voltaje puede causar fácilmente daños en los equipos eléctricos conectados a la fase de mayor voltaje, mientras que los equipos conectados a la fase de menor voltaje podrían dejar de funcionar. Por lo tanto, operar bajo desequilibrio de carga trifásica pone seriamente en peligro la operación segura de los equipos eléctricos.

6. Reducción en la Eficiencia del Motor Eléctrico

Cuando un transformador de distribución opera bajo condiciones de desequilibrio de carga trifásica, provoca un desequilibrio trifásico en el voltaje de salida. Dado que el voltaje desequilibrado está compuesto por componentes de voltaje de secuencia positiva, secuencia negativa y secuencia cero, cuando este voltaje desequilibrado se aplica a un motor eléctrico, el voltaje de secuencia negativa genera un campo magnético rotatorio opuesto al producido por el voltaje de secuencia positiva, ejerciendo un efecto de frenado. Sin embargo, debido a que el campo magnético de secuencia positiva es significativamente más fuerte que el campo magnético de secuencia negativa, el motor eléctrico continúa girando en la dirección del campo magnético de secuencia positiva. Debido al efecto de frenado del campo magnético de secuencia negativa, la potencia de salida del motor eléctrico disminuye inevitablemente, lo que resulta en una reducción de la eficiencia del motor. Al mismo tiempo, el aumento de temperatura y las pérdidas de potencia reactiva del motor eléctrico también incrementan con el grado de desequilibrio de voltaje trifásico. Por lo tanto, operar un motor eléctrico bajo condiciones de desequilibrio de voltaje trifásico es altamente antieconómico e inseguro.