(Parte 1 de 3)

Teoria 4 Sistema Trifásico

4.1 Introdução:

Até bem pouco tempo, para que tivéssemos uma rede de energia elétrica em sistema trifásico ela deveria ser obtida a partir da geração, ou seja, era necessário que tivéssemos um gerador trifásico. Com os recentes avanços no campo dos componentes de chaveamento para eletrônica de potência tornou-se possível a conversão de potentes linhas de transmissão em corrente continua de elevadas tensões para corrente alternada trifásica.

O Brasil é um dos expoentes mundiais neste tipo de tecnologia aplicada ao “linhão” de C de ITAIPU, que pertence à concessionária FURNAS - Centrais Elétricas S.A., o qual tem seu ponto de inicio na Subestação de FOZ DO IGUAÇU, onde a energia excedente do Paraguai, em CA senoidal de 50Hz é retificada, sendo então transmitida em C.C., de 600 KV, percorrendo centenas de quilômetros, até chegar na subestação de IBIUNA-SP, onde é reconvertida para C.A. trifásica. O sistema de reconversão é composto de 24 válvulas conversoras com 15 metros de altura e 384 tiristores de alta potência cada uma e mais um total de 600 Km de fibras ópticas para conduzir os sinais de disparo dos tiristores. Após a reconversão, a energia é injetada no Sistema Sudoeste. As válvulas conversoras são bidirecionais, ou seja, podem tanto receber C e liberar C.A. como receber CA e liberar C.

4.2 Geração de Energia Elétrica CA Trifásica:

Muito embora os geradores de eletricidade possam produzir tanto energia em corrente contínua (C) ou corrente alternada (CA), a maior parte da energia elétrica gerada não só no Brasil, mas em todo o mundo é em corrente alternada no sistema trifásico, na freqüência de 60 Hz.

SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI E-Mail: nai106@sp.senai.br

Isto ocorre, pois a corrente alternada, permite elevar ou diminuir os valores de tensão de uma forma muito mais simples e barata, se comparado com os sistemas disponíveis para C.

Isto é feito por meio de transformadores. Além disso, a corrente alternada facilita bastante em vários aspectos da transmissão e distribuição de energia elétrica desde a usina geradora até os consumidores.

Nesse sistema, utiliza-se um gerador de CA que funciona pelo princípio de indução eletromagnética. A indução eletromagnética se dá por duas maneiras:

• Espiras girando em um campo magnético estacionário;

• Espiras fixas em um campo magnético variável.

Transmissão da Alta Tensão

Na prática o segundo caso é mais usado, assim, desde de 1887 quando a empresa norte-americana Westinghouse comprou a patente do gerador CA trifásico de seu inventor, o cientista húngaro Nikolas Tesla, este equipamento é constituído por:

Um indutor alimentado por corrente contínua que gera um campo magnético de intensidade de fluxo constante, mas que é forçado a girar em torno de seu centro com velocidade constante. No caso dos geradores de hidroelétrica, a força do fluxo de água nas pás da turbina é que força o rotor a girar e a velocidade constante é obtida por um controle da vazão da água.

SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI E-Mail: nai106@sp.senai.br

Estator:

SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI E-Mail: nai106@sp.senai.br

Três bobinas (S1, S2, S3) fixadas na periferia de giro do rotor e dispostas a 120º uma da outra. Cada uma das três bobinas, estando sob efeito do campo magnético girante do rotor, produz FCEM induzida. A FCEM (Força Contra Eletromotriz) é proporcional a intensidade do fluxo magnético e como, em um dado momento, cada uma das bobinas fixas ao estator está sob efeito de uma intensidade de fluxo magnético diferente em 120º uma em relação às outras, então teremos a geração de três FCEM, ou seja, três correntes alternadas distintas, defasadas em 120º uma das outras.

Nota: A quantidade de energia elétrica em C.C. usada para alimentar o indutor do rotor é bem pequena se comparada com a quantidade de energia C.A. que é gerada nas bobinas do estator. Neste processo de transformação de energia, a grande quantidade de energia elétrica disponível na saída do gerador, provém, de fato, da energia mecânica que está forçando o rotor a girar.

Num gráfico, as correntes das bobinas S1, S2 e S3 fornecem a seguinte configuração:

A defasagem de 120º entre as correntes alternadas e as suas variações para valores positivos e negativos ocorre tanto para os valores de tensão (V), quanto para os valores da intensidade da corrente elétrica (I).

Em um sistema trifásico simétrico os valores de pico e ângulos de fase são iguais implicando em que a soma dos componentes instantâneos de fase é igual a zero:

4.3 Ligações em um Sistema Trifásico:

Como já vimos, a energia elétrica é gerada industrialmente em corrente alternada no sistema trifásico por meio de geradores trifásicos constituídos por três bobinas dispostas geometricamente de tal forma que as tensões induzidas ficam defasadas 120º. As três fases são independentes entre si e geram formas de onda também defasadas 120º.

SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI E-Mail: nai106@sp.senai.br

As três bobinas do gerador produzem três tensões CA monofásicas. Teoricamente, para transportar essas três tensões CA monofásicas até os consumidores, seriam necessários seis condutores:

Na prática, porém, é possível diminuir esse número de condutores para apenas três ou quatro. Para isso, o gerador pode ser ligado de duas formas diferentes:

• Por meio da ligação em estrela, representada simbolicamente pela letra Y;

• Por meio da ligação em triângulo (ou delta), representada pela letra grega Δ (delta).

4.3.1 Ligação em estrela:

Tem-se uma ligação em estrela quando, respeitando-se o sentido de enrolamento das bobinas de geração, uma das extremidades de cada uma delas é ligada em um ponto em comum. Esse ponto comum é denominado neutro e a ligação para as cargas poderá ser feita com condutor do neutro presente (a quatro fios) ou sem o condutor do neutro (a três fios).

A ligação em estrela que utiliza o condutor neutro recebe também o nome “sistema a quatro fios”. Nesse tipo de ligação, os três fios por onde retornam as correntes são reunidos para formar um só condutor ou fio neutro. Esse condutor recolhe todas as correntes das três cargas e as conduz ao ponto comum das bobinas de geração.

A figura que segue mostra a representação esquemática desse tipo de ligação.

Observe um pequeno circulo preto assinalado na extremidade de cada símbolo de enrolamento. Ele indica início de enrolamento em cada bobina.

A tensão entre as duas extremidades de cada bobina é chamada de tensão de fase (VF). Veja a localização das tensões de fase na representação esquemática anterior.

Cada uma das três fases de um sistema trifásico será denominada neste capítulo, respectivamente pelas letras R, S e T. Fazendo um trocadilho podemos dizer:

R ede de
S istema
T rifásico

SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI E-Mail: nai106@sp.senai.br

A tensão entre duas fases (seja entre a fase

R e a fase S ou entre a fase S e a fase T ou ainda entre a fase T e a fase R) é chamada de tensão de linha (VL).

É normal a utilização das letras U, V e W para designição simbólica das três fases de um sistema CA trifásico.

Um fato interessante de se notar é que em um sistema trifásico o qual esteja devidamente balanceado, ou seja, com o formato e valor de pico da CA das três fases iguais entre si, para qualquer instante, a somatória das três tensões será equivalente a zero. Isso acontece porque quando a tensão na fase R assume seu valor máximo positivo, ao mesmo tempo ambas as tensões nas fases S e T apresentam um valor negativo equivalente à metade do valor máximo. Assim, matematicamente, esses valores se anulam.

Isso significa que a soma das correntes de cada carga, num sistema de cargas balanceadas é nula no fio neutro. Por esse motivo, ele pode ser retirado. Dessa remoção, resulta uma ligação em estrela, mas sem o condutor neutro. Esta ligação também é denominada de “sistema a três fios”.

Mas para que isso de fato possa ser verdade, tanto as tensões como as cargas devem estar efetivamente balanceadas. Veja a representação esquemática desse tipo de ligação:

4.3.2 Tensão de fase e tensão de linha na ligação estrela:

O diagrama apresentado anteriormente representa o secundário de um transformador trifásico ligado em estrela, onde estão assinaladas as grandezas denominadas tensões de fase

(VFR, VFS e VFT) e tensões de linha (VL1, VL2 e VL3).

Tais grandezas são grandezas do tipo vetoriais, ou seja, que têm um módulo ou intensidade (que corresponde a medida do comprimento do raio no diagrama a seguir) e direção e sentido, que corresponde a posição angular (ângulo de fase). Sendo assim, tais grandezas podem ser geometricamente representadas em um diagrama de fasores. No diagrama a seguir representamos as tensões de fase:

SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI E-Mail: nai106@sp.senai.br

Uma das formas de expressarmos literalmente uma grandeza vetorial é indicando o valor de sua intensidade (ou módulo) e sua posição angular.

(Parte 1 de 3)

Comentários