Sistema Trifàsic

Definició i característiques dels sistemes tri-fàsics

Un sistema tri-fàsic es defineix com un sistema elèctric que consta de tres fases. En aquesta configuració, la corrent elèctrica flueix a través de tres fils diferents, mentre que un fil neutre serveix com a camí perquè la corrent de fal·lia pugui descarregar-se segurament a terra. Alternativament, es pot descriure com un sistema que utilitza tres fils per als processos de generació, transmissió i distribució d'electricitat. A més, un sistema tri-fàsic pot funcionar com un sistema monofàsic extreient una de les seves fases juntament amb el fil neutre. En un sistema tri-fàsic equilibrat, la suma de les corrents de línia és precisament zero, i les fases estan separades per un desplaçament angular de 120º.

Un sistema tri-fàsic típic utilitza quatre fils: tres conductors portadors de corrent i un fil neutre. Notablement, la secció transversal del conductor neutre sol ser la meitat de la dels fils actius. La corrent en el fil neutre és igual a la suma vectorial de les corrents de línia de les tres fases. Matemàticament, és equivalent a √3 vegades el component de seqüència de fase zero de la corrent.

Els sistemes tri-fàsics ofereixen nombroses avantatges significatives. En comparació amb els sistemes monofàsics, requereixen menys conductors, reduint els costos d'infraestructura. També asseguren un subministrament continu d'energia a la càrrega, augmentant la fiabilitat del servei elèctric. A més, els sistemes tri-fàsics són coneguts per la seva major eficiència i la minimització de les pèrdues d'energia durant la transmissió i l'operació.

Les tensions tri-fàsiques són generades dins d'un generador, produint tres tensions sinusoidals de magnitud i freqüència iguals, però desplaçades en fase 120º respecte a cada una. Aquesta configuració proporciona un subministrament d'energia ininterromput. En cas que una fase del sistema experimenti una pertorbació, les altres dues fases poden continuar subministrant energia, mantenint els serveis elèctrics essencials. És important assenyalar que en un sistema tri-fàsic equilibrat, la magnitud de la corrent en qualsevol fase és igual a la suma vectorial de les corrents en les altres dues fases, seguint els principis de la teoria dels circuits elèctrics.

Un desplaçament en fase de 120º entre les tres fases és crucial per al bon i fiable funcionament d'un sistema tri-fàsic. Sense aquesta relació de fase precisa, el sistema és molt vulnerable a danys, que poden conduir a interrupcions en el subministrament d'energia, fallades d'equips i possibles riscos de seguretat.

Tipus de connexions en el sistema tri-fàsic

Els sistemes tri-fàsics es poden configurar de dues maneres principals: connexió en estrella i connexió en delta. Cada un d'aquests mètodes de connexió té característiques i aplicacions distintes, que es detallen a continuació.

Connexió en estrella

La connexió en estrella, també coneguda com a connexió Y, utilitza quatre fils: tres conductors de fase i un conductor neutre. Aquest tipus de connexió és especialment adequat per a la transmissió elèctrica a llarga distància. La presència del punt neutre és una gran avantatge. Serveix com a camí per les corrents desequilibrades, permetent-les fluir segurament a terra. Gestionant efectivament aquestes corrents desequilibrades, la connexió en estrella ajuda a mantenir l'equilibri general del sistema elèctric, reduint el risc de sobrecàrrega i assegurant un subministrament estable d'energia a distàncies llargues.

En un sistema tri-fàsic connectat en estrella, hi ha dos nivells de tensió disponibles: 230 V i 440 V. Específicament, la tensió mesurada entre un conductor de fase i el neutre és de 230 V, mentre que la tensió entre dos conductors de fase és de 440 V. Aquesta característica de doble tensió fa que la connexió en estrella sigui versàtil per a diverses aplicacions elèctriques, atenent tant als requisits domèstics de baixa tensió com als industrials de alta tensió.

Connexió en delta

En contrast, la connexió en delta només utilitza tres fils i no té un punt neutre, tal com es mostra en la figura inferior. Una de les característiques definidòries de la connexió en delta és que la tensió de línia és idèntica a la tensió de fase. Aquesta configuració simplifica la instal·lació elèctrica en certes situacions, particularment quan l'absència d'un fil neutre és acceptable i quan el disseny del sistema beneficia de l'equivalència directa entre les tensions de línia i de fase.

Connexió de càrregues en sistemes tri-fàsics

En un sistema elèctric tri-fàsic, les càrregues es poden connectar en configuració en estrella (Y) o en delta (Δ). Aquests dos mètodes de connexió tenen característiques elèctriques i aplicacions distintes. Les diagrames a continuació il·lustren com es connecten les càrregues tri-fàsiques tant en la configuració delta com en la configuració en estrella, proporcionant una representació visual clara de les seves diferències estructurals i comportaments elèctrics.

En un sistema elèctric tri-fàsic, la càrrega es pot categoritzar com equilibrada o desequilibrada. Una càrrega tri-fàsic es considera equilibrada quan les tres càrregues individuals (representades per impedàncies) Z1, Z2 i Z3 presenten magnituds i angles de fase idèntics. En aquestes condicions equilibrades, no només totes les tensions de fase mantenen magnituds iguals, sinó que les tensions de línia també comparteixen aquesta característica d'igualtat en magnitud. Aquesta simetria en valors de tensió i impedància resulta en una operació elèctrica més estable i eficient, minimitzant les pèrdues d'energia i assegurant una distribució uniforme de l'energia elèctrica a través del sistema.