La corriente adelantada y atrasada son fenómenos que ocurren como resultado de la corriente alterna . En un circuito con corriente alterna, el valor del voltaje y la corriente varían sinusoidalmente. En este tipo de circuito, los términos adelanto, retraso y en fase se usan para describir la corriente con referencia al voltaje. La corriente está en fase con el voltaje cuando no hay desplazamiento de fase entre las sinusoides que describen su comportamiento variable en el tiempo. Esto generalmente ocurre cuando la carga que atrae la corriente es resistiva.
En el flujo de energía eléctrica, es importante saber cuánta corriente está adelantando o retrasando porque crea la potencia reactiva en el sistema, en oposición a la potencia activa (real). También puede desempeñar un papel importante en la operación de sistemas de energía eléctrica trifásicos .
Anotación de ángulo [ editar ]
La notación de ángulo puede describir fácilmente la corriente principal y retrasada:
En esta ecuación, el valor de theta es el factor importante para la corriente principal y secundaria. Como se mencionó en la introducción anterior, la corriente adelantada o atrasada representa un cambio de tiempo entre las curvas sinusoidales de corriente y voltaje, que se representa por el ángulo por el cual la curva está adelante o atrás de donde estaría inicialmente. Por ejemplo, si θ es cero, la curva tendrá amplitud cero en el tiempo cero. [2] El uso de números complejos es una forma de simplificar el análisis de ciertos componentes en los circuitos RLC . Por ejemplo, es muy fácil convertirlos entre coordenadas polares y rectangulares. A partir de la notación polar, puede representar el vector o la notación rectangular ambos tienen magnitudes de 1.
Corriente rezagada [ editar ]
La corriente retrasada puede definirse formalmente como "una corriente alterna que alcanza su valor máximo hasta 90 grados más tarde que el voltaje que la produce". Esto significa que la corriente retrasa el voltaje cuando , el ángulo de la onda sinusoidal actual con respecto a una referencia elegida arbitrariamente es menor que , el ángulo de la onda sinusoidal de tensión con respecto a la misma referencia. Por lo tanto, la corriente puede identificarse rápidamente como retrasada si el ánguloes positivo. Por ejemplo, si el ángulo de voltaje es cero, la corriente se retrasará si es negativo Este suele ser el caso porque el voltaje se toma como referencia.
En circuitos con cargas principalmente inductivas, la corriente atrasa el voltaje. Esto sucede porque en una carga inductiva, es la fuerza electromotriz inducida la que hace que la corriente fluya. Tenga en cuenta que en la definición anterior, la corriente es producida por el voltaje. La fuerza electromotriz inducida es causada por un cambio en el flujo magnético que une las bobinas de un inductor.
Corriente principal [ editar ]
La corriente principal se puede definir formalmente como "una corriente alterna que alcanza su valor máximo hasta 90 grados por delante del voltaje que produce". Esto significa que la corriente conduce el voltaje cuando , el ángulo de la onda sinusoidal actual con respecto a una referencia elegida arbitrariamente es mayor que , el ángulo de la onda sinusoidal de tensión con respecto a la misma referencia. Por lo tanto, la corriente se puede identificar rápidamente como líder si el ánguloes negativo Por ejemplo, si el ángulo de voltaje es cero, la corriente conducirá si es positivo. Este suele ser el caso porque el voltaje se toma como referencia.
En circuitos con cargas principalmente capacitivas, la corriente conduce al voltaje. Esto es cierto porque la corriente primero debe fluir a las dos placas del condensador, donde se almacena la carga. Solo después de que la carga se acumula en las placas de un condensador se establece una diferencia de voltaje. El comportamiento del voltaje depende de la corriente de comportamiento y de la cantidad de carga acumulada. Es por eso que la definición formal establece que la corriente produce el voltaje.
Visualizando la corriente principal y retrasada [ editar ]
Se puede usar un diagrama fasorial simple con un sistema de coordenadas cartesianas bidimensionales y fasores para visualizar la corriente adelantada y atrasada en un momento fijo en el tiempo. En el sistema de coordenadas complejo real, un período de una onda sinusoidal corresponde a un círculo completo en el plano complejo. Como el voltaje y la corriente tienen la misma frecuencia, en cualquier momento esas cantidades pueden representarse fácilmente mediante puntos estacionarios en el círculo, mientras que las flechas desde el centro del círculo hasta esos puntos se denominan fasores. Dado que la diferencia de tiempo relativa entre funciones es constante, también tienen una diferencia de ángulo constante entre ellas, representada por el ángulo entre puntos en el círculo. [2]
Documentos históricos sobre corrientes adelantadas y atrasadas [ editar ]
Una fuente temprana de datos es un artículo de la Academia Americana de Artes y Ciencias de 1911 de Arthur E. Kennelly . Kennelly utiliza métodos tradicionales para resolver diagramas vectoriales para circuitos oscilantes, que también pueden incluir circuitos de corriente alterna.
resistencia líquida es una resistencia eléctrica en la cual el elemento resistivo es un líquido. Las resistencias líquidas de valor fijo se usan típicamente donde se requiere una disipación de potencia muy alta. Se utilizan en los circuitos de rotor de motores de inducción de anillo deslizante grandes para controlar la corriente de arranque, el par y limitar las corrientes de falla eléctrica grandes (mientras que otros sistemas de protección funcionan para eliminar o aislar la falla). Por lo general, tienen electrodos hechos de placas de acero soldadas ( galvanizadas para reducir la corrosión), suspendidas por conexiones aisladas en una solución química conductora contenida en un tanque, que puede estar abierta o cerrada. El cuerpo del tanque normalmente está sólidamente conectado a tierra. Una unidad típica se puede clasificar para uso continuo, o por períodos cortos cuando se usa para limitar la corriente en los sistemas de protección.
Resistencia de puesta a tierra de líquido neutro [ editar ]
Un uso común en la industria de generación y distribución de energía eléctrica es como un limitador de corriente de falla en la rama neutral común de grandes transformadores y generadores trifásicos. En el Reino Unido se les conoce como Resistencias de conexión a tierra líquidas neutras (LNER).
Una calificación de 0.5 megavatios por 30 segundos no sería inusual para proteger el devanado de un generador de 660 MW. En esta aplicación donde fluye una corriente de rama neutral debido a un desequilibrio de corriente entre el generador o los devanados del transformador debido a una falla, la resistencia limita su magnitud.
Un transformador de corriente (CT) instalado permanentemente, fijado alrededor del alimentador de rama neutral al LNER, detecta la corriente. El CT envía una corriente de señal a un circuito de detección externo (el sistema de protección) que luego envía una señal al disyuntor correspondiente para abrir y desconectar el suministro o aislar el generador (o transformador) de la falla. El valor óhmico de la resistencia se calcula en función de la corriente de falla permisible y el voltaje del sistema a tierra. [1]
Electrolitos en la industria energética LNER [ editar ]
El electrolito es normalmente una solución personalizada de carbonato de sodio ( carbonato de sodio) mezclado en el sitio para el trabajo específico.
Esta sal es alcalina y los efectos de corrosión de electrodos en tanques de acero galvanizado son manejables si es posible la re-galvanización.
La resistencia del electrolito a granel es función de la temperatura y la concentración de la sal [2] gobernada por la fórmula:
- R θ = R 01 + 0,03 θ
donde θ es la temperatura (en grados Celsius) y R 0 es la temperatura de calibración estándar o de referencia.
Se requiere una técnica especializada para calibrar con precisión un valor de resistencia a granel de electrolitos LNER y normalmente la llevan a cabo ingenieros y técnicos de potencia con experiencia. Esta tarea debe realizarse sin carga a intervalos de rutina (aproximadamente de 2 a 4 años, dependiendo de los resultados del monitoreo de rutina) para mantener el valor de resistencia dentro de la tolerancia y facilitar la inspección del LNER.
Un reóstato líquido o reóstato de agua [1] o reóstato de agua salada es un tipo de resistencia variable . Esto puede usarse como una carga ficticia o como una resistencia de arranque para motores de anillos colectores grandes.
En la forma más simple, consiste en un tanque que contiene salmuera u otra solución electrolítica, en la cual los electrodos se sumergen para crear una carga eléctrica . Los electrodos se pueden subir o bajar al líquido para disminuir o aumentar respectivamente la resistencia eléctrica de la carga. Para estabilizar la carga, no debe dejarse hervir la mezcla.
Los diseños modernos usan electrodos de acero inoxidable y carbonato de sodio u otras sales, y no usan el recipiente como un electrodo. En algunos diseños, los electrodos se fijan y el líquido se sube y baja mediante un cilindro externo o bomba. Los sistemas de arranque del motor con una cadencia de arranque rápido pueden incluir circulación de agua a intercambiadores de calor externos. En tales casos, los aditivos anticongelantes y anticorrosivos deben elegirse cuidadosamente para no cambiar la resistencia o apoyar el crecimiento de algas o bacterias.
El reóstato de agua salada funciona con un factor de potencia unitario y presenta una resistencia con inductancia en serie insignificante en comparación con un equivalente de bobinado de alambre, y fue ampliamente utilizado por los ensambladores de generadores, hasta hace 20 años, por supuesto. A veces todavía se construyen en el sitio para la puesta en marcha de grandes generadores diesel en lugares remotos, donde los tambores de petróleo y los tubos de andamio desechados pueden formar un tanque y electrodos improvisados.
Descripción [ editar ]
Típicamente, un reóstato líquido tradicional consiste en un cilindro de acero (el negativo ), de aproximadamente 5 pies (1,5 m) de tamaño, parado sobre aisladores, en el que se suspendió un cilindro de acero hueco. Este actuó como el electrodo positivo y fue soportado por una cuerda de acero y un aislante de una polea ajustable. La conexión de la tubería de agua incluía una sección aislada. El tanque contenía agua salada, pero no a la concentración que podría describirse como "salmuera". Todo el dispositivo fue cercado por seguridad.
La operación fue muy simple, ya que agregar más sal, más agua o variar la altura del electrodo central variaría la carga. [2] La carga demostró ser bastante estable, variando solo ligeramente a medida que el agua se calentaba. Nunca llegó a hervir. La disipación de energía fue de aproximadamente 1 megavatio , con un potencial de aproximadamente 700 voltios y una corriente de aproximadamente 1,500 amperios .
Los diseños modernos usan electrodos de acero inoxidable y carbonato de sodio u otras sales, y no usan el recipiente como un electrodo.
Los sistemas con una cadencia de inicio rápido [se necesita aclaración ] pueden incluir circulación de agua a intercambiadores de calor externos. En tales casos, los aditivos anticongelantes y anticorrosivos deben elegirse cuidadosamente para no cambiar la resistencia o apoyar el crecimiento de algas o bacterias.
Ventajas y desventajas [ editar ]
Una ventaja es la operación silenciosa, sin el ruido del ventilador de los diseños de red resistiva actuales .
Las desventajas incluyen:
- corrosión a los cables de conexión de cobre y al cable
- falta de aislamiento del suelo que puede disparar un sistema de detección de tierra
Usos [ editar ]
Los ferrocarriles solían utilizar bancos de carga de agua salada en la década de 1950 para probar la potencia de salida de las locomotoras diesel-eléctricas . [3] Posteriormente fueron reemplazados por bancos de carga resistiva especialmente diseñados . Estos diseños posteriores, clasificados para 4,000 caballos de fuerza (3,000 kW), actualmente cuestan en la región de 100,000 a 180,000 euros . Por lo tanto, es económicamente ventajoso para los ferrocarriles construir su propio tipo de agua salada. Algunas locomotoras eléctricas también utilizan reóstatos líquidos, en particular en Italia para los primeros tipos de corriente alterna trifásica, como el FS Clase E550 . Algunos diseños de corriente continua también los usaron como resistencias de arranque.
Los reóstatos líquidos a veces se usaban en accionamientos de motores de rotor bobinado grandes (miles de kilovatios / caballos de fuerza) , para controlar la resistencia del circuito del rotor y, por lo tanto, la velocidad del motor. La posición del electrodo se puede ajustar con un pequeño cabrestante eléctrico o un cilindro neumático. Se proporcionó una bomba de enfriamiento y un intercambiador de calor para permitir que la energía de deslizamiento se disipe en el agua de proceso u otro sistema de agua. [4]
Uso actual [ editar ]
Las redes de distribución de alto voltaje utilizan resistencias electrolíticas fijas para conectar a tierra el neutro, para proporcionar una acción de limitación de corriente, de modo que el voltaje a través del suelo durante la falla se mantenga a un nivel seguro. A diferencia de una resistencia sólida, la resistencia líquida se autocura en caso de sobrecarga. Normalmente, la resistencia se configura durante la puesta en marcha y luego se deja fija. [5]
Los arrancadores de motor modernos [6] están totalmente cerrados y el movimiento del electrodo está controlado por un servomotor. Normalmente, un tanque de 1 tonelada arrancará un motor de anillo deslizante de 1 megavatio, pero hay una variación considerable en el tiempo de arranque según la aplicación.
Problemas de seguridad con diseños antiguos [ editar ]
El banco de carga de agua totalmente salada data de una era anterior, menos regulada y litigiosa. Para aprobar la legislación de seguridad actual se requieren diseños más cerrados.
No son más peligrosos que los calentadores de electrodos , que funcionan según el mismo principio, pero con agua corriente o calentadores de inmersión eléctricos, siempre que se tomen las precauciones correctas. Esto requiere conectar el contenedor a tierra y neutro y romper todos los polos con un disyuntor de sobrecorriente vinculado . Si está al aire libre, se requieren barreras de seguridad .
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