Sistema trifase

Definizione e caratteristiche dei sistemi trifase

Un sistema trifase è definito come un sistema elettrico composto da tre fasi. In questa configurazione, la corrente elettrica scorre attraverso tre fili distinti, mentre un filo neutro serve come percorso per il deflusso sicuro della corrente di guasto verso terra. Alternativamente, può essere descritto come un sistema che utilizza tre fili per i processi di generazione, trasmissione e distribuzione elettrica. Inoltre, un sistema trifase può funzionare come un sistema monofase estrattone una delle sue fasi insieme al filo neutro. In un sistema trifase bilanciato, la somma delle correnti lineari è esattamente zero, e le fasi sono separate da uno spostamento angolare di 120º.

Un tipico sistema trifase utilizza quattro fili: tre conduttori portatori di corrente e un filo neutro. Notoriamente, la sezione trasversale del conduttore neutro è solitamente la metà di quella dei fili attivi. La corrente nel filo neutro è uguale alla somma vettoriale delle correnti lineari delle tre fasi. Matematicamente, è equivalente a √3 volte il componente di sequenza zero-fase della corrente.

I sistemi trifase offrono numerosi vantaggi significativi. Rispetto ai sistemi monofase, richiedono meno conduttori, riducendo i costi infrastrutturali. Garantiscono inoltre un'energia elettrica continua al carico, migliorando l'affidabilità del servizio elettrico. Inoltre, i sistemi trifase sono noti per la loro maggiore efficienza e per la riduzione delle perdite di energia durante la trasmissione e l'operazione.

Le tensioni trifase sono generate all'interno di un generatore, producendo tre tensioni sinusoidali di uguale ampiezza e frequenza, ma sfasate di 120º rispetto a ciascuna. Questa configurazione fornisce un'energia elettrica ininterrotta. In caso di disturbo in una fase del sistema, le altre due fasi possono continuare a fornire energia, mantenendo i servizi elettrici essenziali. È importante notare che in un sistema trifase bilanciato, l'ampiezza della corrente in una qualsiasi fase è uguale alla somma vettoriale delle correnti nelle altre due fasi, conformemente ai principi della teoria dei circuiti elettrici.

Uno sfasamento di 120º tra le tre fasi è cruciale per il corretto e affidabile funzionamento di un sistema trifase. Senza questa precisa relazione di fase, il sistema è altamente vulnerabile a danni, che possono portare a interruzioni nella fornitura di energia, guasti agli apparecchi e potenziali rischi per la sicurezza.

Tipi di connessioni nei sistemi trifase

I sistemi trifase possono essere configurati in due modi principali: connessione stella e connessione triangolo. Ognuno di questi metodi di connessione ha caratteristiche e applicazioni distinte, che sono dettagliate di seguito.

Connessione stella

La connessione stella, anche nota come connessione Y, utilizza quattro fili: tre conduttori di fase e un conduttore neutro. Questo tipo di connessione è particolarmente adatto per la trasmissione elettrica a lunga distanza. La presenza del punto neutro è un vantaggio chiave. Serve come percorso per le correnti non bilanciate, consentendo loro di fluire in sicurezza verso terra. Gestendo efficacemente queste correnti non bilanciate, la connessione stella contribuisce a mantenere l'equilibrio complessivo del sistema elettrico, riducendo il rischio di sovraccarico e garantendo una fornitura stabile di energia su lunghe distanze.

In un sistema trifase connesso in stella, sono disponibili due livelli di tensione distinti: 230 V e 440 V. Specificatamente, la tensione misurata tra un singolo conduttore di fase e il neutro è di 230 V, mentre la tensione tra due conduttori di fase ammonta a 440 V. Questa caratteristica di doppia tensione rende la connessione stella versatile per varie applicazioni elettriche, soddisfacendo sia le esigenze domestiche a bassa tensione che quelle industriali a alta tensione.

Connessione triangolo

La connessione triangolo, al contrario, utilizza solo tre fili e manca di un punto neutro, come illustrato nella figura sottostante. Una delle caratteristiche distinctive della connessione triangolo è che la tensione di linea è identica alla tensione di fase. Questa configurazione semplifica l'impianto elettrico in certi scenari, specialmente quando l'assenza di un filo neutro è accettabile e quando la progettazione del sistema beneficia dell'equivalenza diretta tra tensione di linea e tensione di fase.

Connessione dei carichi nei sistemi trifase

In un sistema elettrico trifase, i carichi possono essere connessi in configurazione stella (Y) o triangolo (Δ). Questi due metodi di connessione hanno caratteristiche e applicazioni elettriche distinte. Le figure sottostanti illustrano come i carichi trifase sono connessi sia in configurazione triangolo che stella, fornendo una rappresentazione visiva chiara delle loro differenze strutturali e comportamenti elettrici.

In un sistema elettrico trifase, il carico può essere categorizzato come bilanciato o non bilanciato. Un carico trifase è considerato bilanciato quando i tre carichi individuali (rappresentati da impedenze) Z1, Z2 e Z3 presentano ampiezze e angoli di fase identici. In tali condizioni bilanciate, non solo tutte le tensioni di fase mantengono ampiezze uguali, ma anche le tensioni di linea condividono questa caratteristica di avere ampiezze uguali. Questa simmetria nelle tensioni e nei valori di impedenza risultano in un'operazione elettrica più stabile ed efficiente, minimizzando le perdite di energia e assicurando una distribuzione uniforme dell'energia elettrica nel sistema.