Sistema Trifásico

Definição e Características dos Sistemas Trifásicos

Um sistema trifásico é definido como um sistema elétrico composto por três fases. Nessa configuração, a corrente elétrica flui através de três fios distintos, enquanto um fio neutro serve como caminho para a corrente de falha descarregar-se de forma segura na terra. Alternativamente, pode ser descrito como um sistema que utiliza três fios para os processos de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Além disso, um sistema trifásico pode funcionar como um sistema monofásico ao extrair uma de suas fases juntamente com o fio neutro. Em um sistema trifásico equilibrado, a soma das correntes de linha é exatamente zero, e as fases estão separadas por um deslocamento angular de 120º.

Um sistema trifásico típico emprega quatro fios: três condutores de corrente e um fio neutro. Notavelmente, a seção transversal do condutor neutro é geralmente metade da dos fios ativos. A corrente no fio neutro é igual à soma vetorial das correntes de linha das três fases. Matematicamente, é equivalente a √3 vezes o componente de sequência de fase zero da corrente.

Os sistemas trifásicos oferecem numerosas vantagens significativas. Comparados aos sistemas monofásicos, eles requerem menos condutores, reduzindo os custos de infraestrutura. Eles também garantem um fornecimento contínuo de energia à carga, aumentando a confiabilidade do serviço elétrico. Além disso, os sistemas trifásicos são conhecidos por sua maior eficiência e minimização de perdas de energia durante a transmissão e operação.

As tensões trifásicas são geradas dentro de um gerador, produzindo três tensões senoidais de magnitude e frequência iguais, mas desfasadas em 120º em relação a cada uma. Essa configuração fornece um fornecimento ininterrupto de energia. No caso de uma perturbação em uma fase do sistema, as outras duas fases podem continuar a fornecer energia, mantendo serviços elétricos essenciais. É importante notar que, em um sistema trifásico equilibrado, a magnitude da corrente em qualquer uma das fases é igual à soma vetorial das correntes nas outras duas fases, conforme os princípios da teoria de circuitos elétricos.

Uma diferença de fase de 120º entre as três fases é crucial para o funcionamento adequado e confiável de um sistema trifásico. Sem essa relação de fase precisa, o sistema é altamente vulnerável a danos, o que pode levar a interrupções no fornecimento de energia, falhas de equipamentos e potenciais riscos de segurança.

Tipos de Conexões em Sistemas Trifásicos

Os sistemas trifásicos podem ser configurados de duas maneiras principais: conexão estrela e conexão delta. Cada um desses métodos de conexão tem características e aplicações distintas, detalhadas abaixo.

Conexão Estrela

A conexão estrela, também conhecida como conexão Y, utiliza quatro fios: três condutores de fase e um condutor neutro. Esse tipo de conexão é particularmente adequado para a transmissão de energia elétrica a longa distância. A presença do ponto neutro é uma grande vantagem. Ele serve como caminho para as correntes desequilibradas, permitindo que fluam de forma segura para a terra. Ao lidar efetivamente com essas correntes desequilibradas, a conexão estrela ajuda a manter o equilíbrio geral do sistema elétrico, reduzindo o risco de sobrecarga e garantindo a entrega estável de energia sobre distâncias prolongadas.

Em um sistema trifásico conectado em estrela, dois níveis de tensão distintos estão disponíveis: 230 V e 440 V. Especificamente, a tensão medida entre um condutor de fase e o neutro é de 230 V, enquanto a tensão entre dois condutores de fase é de 440 V. Essa característica de dupla tensão torna a conexão estrela versátil para várias aplicações elétricas, atendendo tanto a requisitos domésticos de baixa tensão quanto a requisitos industriais de alta tensão.

Conexão Delta

A conexão delta, por outro lado, utiliza apenas três fios e não possui um ponto neutro, como ilustrado na figura abaixo. Uma das características definidoras da conexão delta é que a tensão de linha é idêntica à tensão de fase. Essa configuração simplifica a instalação elétrica em determinados cenários, especialmente quando a ausência de um fio neutro é aceitável e quando o design do sistema beneficia da equivalência direta entre tensões de linha e de fase.

Conexão de Cargas em Sistemas Trifásicos

Em um sistema elétrico trifásico, as cargas podem ser conectadas em uma configuração em estrela (Y) ou delta (Δ). Esses dois métodos de conexão têm características e aplicações elétricas distintas. Os diagramas abaixo ilustram como as cargas trifásicas são conectadas tanto na configuração delta quanto na estrela, fornecendo uma representação visual clara de suas diferenças estruturais e comportamentos elétricos.

Em um sistema elétrico trifásico, a carga pode ser categorizada como equilibrada ou desequilibrada. Uma carga trifásica é considerada equilibrada quando as três cargas individuais (representadas por impedâncias) Z1, Z2 e Z3 exibem magnitudes e ângulos de fase idênticos. Sob tais condições equilibradas, não só todas as tensões de fase mantêm magnitudes iguais, mas as tensões de linha também compartilham essa característica de terem magnitudes iguais. Essa simetria nas magnitudes de tensão e impedância resulta em uma operação elétrica mais estável e eficiente, minimizando perdas de energia e garantindo a distribuição uniforme de energia elétrica pelo sistema.