Sistema Trifásico
O sistema trifásico é a forma mais comum de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica em corrente alternada. Este sistema incorpora o uso de três ondas senoidais balanceadas, defasadas em 120 graus
entre si, de forma a balancear o sistema, tornando-a muito mais
eficiente ao se comparar com três sistemas isolados. As máquinas
elétricas trifásicas tendem a ser mais eficientes pela utilização plena
dos circuitos magnéticos. As linhas de transmissão permitem a ausência do neutro, e o acoplamento entre as fases reduz significantemente os campos eletromagnéticos. Finalmente, o sistema trifásico permite a flexibilidade entre dois níveis de tensão.
O sistema responsável pelo transporte de energia elétrica das unidades geradoras para as unidades consumidoras é composta basicamente por três subsistemas:
- Sistema de geração de energia
- composta pelos elementos responsáveis pela conversão da energia de alguma fonte primária em energia elétrica e quaisquer outros componentes das unidades de geração.
- Sistema de transmissão
- composta pelos elementos responsáveis pelo transporte da energia obtida dos vários sistemas de geração para o(s) sistema(s) de distribuição interligados pelo sistema de transmissão.
Linhas de transmissão trifásicas
- Sistemas de distribuição
- composta pelos elementos responsáveis pela adequação da energia para o uso de consumidores de grande, médio e pequeno porte.
A transmissão de energia elétrica é feita por meio de um sistema de transformadores e condutores elétricos também chamados de linhas de transmissão os quais transmitem a energia elétrica gerada nas unidades geradoras para as unidades consumidoras ou cargas.
O sistema de transmissão permite que a tensão eléctrica proveniente dos terminais dos geradores localizados nas unidades de geração alcance a alimentação das unidades de consumo atendidas pelo sistema.
Nos primórdios da implementação do sistema de transmissão de energia
de longa distância, graças ao avanço tecnológico principalmente devido
ao trabalho de Nikola Tesla foi utilizado o sistema alternado
para as tensões e correntes, de forma a permitir o transporte de
energia a longas distâncias sem perdas significativas a ponto de
inviabilizar o processo.
Para a geração de tensões e correntes alternadas, utiliza-se geradores síncronos ou de indução
que em teoria poderiam fornecer qualquer número de sinais de tensões e
correntes alternadas igualmente defasadas entre si dependendo da
construção dos geradores.
Por questões de praticidade, econômicas (economia de material) e
técnicas (qualidade da energia fornecida), optou-se por utilizar o
sistema trifásico.
Definição:
Os sistemas trifásicos de energia elétrica são compostos de 3 tensões alternadas, no qual a energia elétrica é transmitida por meio da composição dos três sinais de tensão defasados de radianos (120°,1/3 de um ciclo).
A cada sinal de tensão alternada utilizado no sistema atribui-se o
nome de fase, e portanto no sistema com 3 sinais temos um sistema trifásico
Originalmente o sistema é projetado para fornecer sinais de tensão senoidais no tempo, mas com o aumento das cargas eletrônicas (não lineares) a forma de onda do sinal de tensão sofre deformações o que causa o surgimento de harmônicos no sinal de tensão.
Configuração variável e definições básicas
Ao se trabalhar com sistemas trifásicos, é comum se definir algumas variáveis relacionadas a tensão e a corrente, para facilitar o cálculo da potência elétrica transmitida. Considerando um sistema trifásico com uma distribuição simétrica de cargas nas 3 fases[1] e supondo que as formas de onda da tensão são senoidais temos:
Definindo
onde é o tempo, a freqüência e a velocidade angular.
Utilizando , as formas de onda para sistemas trifásicos são:
onde é valor eficaz dos sinais de tensão.
Quando se mede as tensões que estão aplicadas diretamente sobre as cargas temos o sinal de 'tensão de fase'. , e são as tensões de fase.
Ligação Estrela e Triângulo
As cargas trifásicas podem ser interligadas ao sistema de dois modos distintos:
- em estrela, também chamado de Y: um dos terminais das cargas é conectado a uma das fases do sistema enquanto o outro terminal é conectado a um ponto comum que é o neutro utilizado para se medir as tensões de fase.
- em triângulo, também chamado de delta: nesta configuração um dos terminais das cargas é conectado a um outro terminal de outra carga e as fases do sistema são interligadas nos pontos de junção dos terminais da carga.
Na conexão estrela podemos calcular o valor eficaz das 'tensões de linha' a partir dos valores eficazes das 'tensões de fase':
E as 'correntes de fase' são idênticas às 'correntes de linha', pois a corrente que circula por uma das cargas é a mesma que circula por uma das fases.
Na conexão triângulo ou delta a 'tensão de fase' é igual a 'tensão de linha' pois a tensão aplicada sobre cada uma das cargas é a diferença entre as tensões aplicadas às cargas vizinhas. E os valores eficazes das 'correntes de linha' podem ser calculadas com os valores eficazes das 'correntes de fase':
Pressupondo um sistema balanceado, que nem sempre ocorre na prática.
Transferência de potência constante
Uma propriedade importante do sistema trifásico é que a potência disponível para uma carga, , é constante no decorrer do tempo (válido para sistemas simétricos).
Para simplificar o cálculo, definimos uma variável intermediária adimensional:
Assim, substituindo:
Como o
foi eliminado, observa-se que a potência total não varia com o tempo.
Essa propriedade é essencial para manter grandes motores e geradores
rodando suavemente.
Modelagem de sistemas trifásicos
Um sistema trifásico genérico pressupõe, no mínimo, o triplo de
trabalho para modelar o circuito de cada fase e as interações entre
eles. Um método de estudo consagrado são as componentes simétricas,
no qual um circuito trifásico pode ser decomposto em três circuitos
monofásicos. Cada circuito representa uma componente: zero, positiva e
negativa (ou homopolar, direta e inversa).
Esta modelagem é usada em estudos de sistemas de potência, com as grandezas frequentemente representadas em pu.
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Opa,
ResponderExcluirEu entendo que no brasil utilizamos o sistema trifásico. Entretanto, na minha casa por exemplo eles entregam bifásico.
Eles retificam as ondas para defasarem 180 graus ou entregam defasados em 120 graus mesmo deixando um gap de 120 graus sem onda nenhuma?
Preciso urgente de sistema de alarme residencial. Obrigada!
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