Cómo resolver el desequilibrio trifásico en la calidad de la energía eléctrica

Definición de desequilibrio trifásico
El desequilibrio trifásico se refiere a que las amplitudes de las corrientes (o tensiones) de las tres fases en un sistema eléctrico no son consistentes, y la diferencia de amplitud supera el rango especificado. Esto es causado por una distribución desigual de la carga entre las fases y es un problema fundamental de configuración de carga. El desequilibrio trifásico está relacionado con las características de carga del usuario, así como con la planificación del sistema eléctrico y la asignación de cargas. En un sistema de red eléctrica, el equilibrio trifásico se refiere principalmente a que las magnitudes de los fasores de tensión de las tres fases son iguales, y si se organizan en el orden A, B, C, el ángulo entre cada par de fases es de 2π/3. El desequilibrio trifásico se refiere a la inconsistencia tanto en las magnitudes de los fasores como en los ángulos. Según las normas IEC, esto se aplica a frecuencias nominales de CA de 50/60 Hz. Durante la operación normal del sistema eléctrico, el desequilibrio de tensión en el punto de conexión PCC (Punto de Acoplamiento Común) es causado por componentes de secuencia negativa.

La norma establece que el desequilibrio permitido en el PCC en condiciones normales de operación es del 2%, y no debe exceder el 4% durante períodos cortos. Imagine tres caballos tirando de un carro grande. Si un caballo se debilita repentinamente o ejerce demasiada fuerza, o si un caballo no camina en la misma dirección, el carro no solo tendrá dificultades para moverse en línea recta, sino que todo el trayecto será accidentado e inestable, consumiendo aún más la energía de los caballos. Esta es una ilustración vívida del desequilibrio trifásico en un sistema eléctrico. El desequilibrio trifásico ocurre cuando la diferencia de amplitud de la corriente (o tensión) de las tres fases supera un rango razonable, o cuando el ángulo de fase se desvía de los 120 grados estándar. Las siguientes figuras comparan las formas de onda de tensión y los diagramas vectoriales para condiciones equilibradas y desequilibradas trifásicas.
Formas de onda de tensión y diagramas vectoriales trifásicos equilibrados
Formas de onda de tensión y diagramas vectoriales trifásicos desequilibrados
Los peligros del desequilibrio de potencia trifásico:
1. Reducción de la vida útil del equipo y fallos frecuentes: Los motores trifásicos se ven forzados a soportar corriente de secuencia negativa bajo corriente desequilibrada, similar a un corazón sometido continuamente a impactos rítmicos anormales. Esto provoca un calentamiento anormal del motor, envejecimiento acelerado de los materiales aislantes, desgaste anormal de los rodamientos y, finalmente, fallos prematuros. Los transformadores enfrentan situaciones similares, con una disminución en la utilización de la capacidad y un aumento en las pérdidas internas.
2. Aumento de las pérdidas en las líneas y degradación de la eficiencia energética: La corriente desequilibrada provoca un aumento drástico de la corriente en el neutro (hasta más del doble de la corriente de fase), lo que resulta en un aumento de las pérdidas adicionales de cobre y hierro en las líneas y transformadores. Los estudios muestran que un desequilibrio de tensión del 1% puede provocar pérdidas adicionales del 6% al 10% en los motores y un aumento significativo en las pérdidas de la red, lo que se traduce directamente en facturas de electricidad altas e innecesarias.
3. Mal funcionamiento de los sistemas de protección e interrupciones de producción: Los equipos electrónicos de precisión se ven ex