CARGAS TRIFÁSICAS EQUILIBRADAS CAPÍTULO 06

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Manuela Lencastre Bandeira
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2 2 6.1 Introdução Todo o sistema elétrico tem origem em uma fonte de energia abundante e barata, onde e instalado um conversor de energia, gerador, que a converte em energia elétrica. A este conjunto fonte/gerador denominamos usina geradora de energia elétrica, que em sua maioria no Brasil são usinas hidroelétricas e, em menor número, as termoelétricas e atômicas. Geralmente essas fontes abundantes de energia estão ou são instaladas longe dos grandes centros urbanos e precisam ser transportadas ou transmitidas com eficiência e segurança até os centros e consumidores. O transporte é feito pelas linhas de transmissão até os perímetros urbanos. A eficiência fica por conta das subestacões elevadoras, que aumentam em muito os níveis de tensão de transmissão ( V ) para que grandes potencias ( P= V x I ), possam ser transportadas com ( I = P/V ) pequenos valores de corrente. Para uma grande potência, um elevado valor de tensão resulta em uma corrente pequena a ser transmitida que, conseqüentemente, exige condutores de menor bitola, mais leves, mais baratos e com menos perda de potencia por efeito joule ( P = I 2 x R ). Além disso, as estruturas (torres) são também mais leves, mais econômicas e em menor número. Ao chegar na periferia urbana, essa tensão deve ser abaixada para níveis mais seguros para que possam ser transmitidas através dos centros urbanos. Neste ponto é necessária uma subestação abaixadora que subdivide a linha de transmissão A.T. em várias redes de distribuição primarias. 6.2 Sistema Elétrico Acompanhe no esboço dado na Figura 6.1 a composição de um sistema elétrico, desde a geração até os pontos de consumo. Estas redes de distribuição primárias atendem aos diversos bairros de uma cidade, mas sua tensão ainda é alta, (13,8 kv ou 23,1kV) imprópria para o consumo residencial seguro, porém necessária para amenizar as perdas de distribuição devido as distâncias entre bairros. Ao atingir as diversas ruas de um bairro, as três fases da rede primária são conectadas a transformadores de distribuição que baixam a tensão para 110V/220V ou 220V/380V, próprias para o consumo residencial, originando no secundário do trafo uma rede de distribuição secundária com três fases A, B, C ou ( R, S, T ), mais um fio neutro aterrado como referencial zero volt, ( 0V ). Tipos de Fornecimentos O atendimento a grandes e médios consumidores, como grandes e médias indústrias, é feito com linhas ou redes de alta tensão, necessitando o consumidor da instalação de subestação abaixadora própria para a geração de sua rede secundária de baixa tensão. O atendimento a edifícios de uso coletivo seja comercial ou residencial, também é feito em tensão primária 13,8KV (23,1KV) necessitando também de subestação abaixador ou trafo abaixador instalado no poste de atendimento. Consumidores unifamiliares ou estabelecimentos comerciais singelos são atendidos em tensão secundária. De acordo com a potência total da instalação, o atendimento pode ser monofásico, bifásico ou trifásico a dois, três ou quatro fios. Veja detalhes nas normas de entradas de consumidores das concessionárias locais de energia elétrica.

3 3 Figura 6.1 Sistema Elétrico Tensão de Fornecimento Originalmente as tensões das linhas e redes trifásicas são geradas nos geradores de indução eletromagnéticos, cujos grupos de bobinas estão montados mecanicamente defasados de 120 elétricos entre si. Cada fase, portanto, possui o mesmo valor de tensão eficaz que as demais, mas apresentam DDP (diferença de potencial) entre si porque estes valores estão defasados no tempo, conforme mostra a Figura 6.2.

4 4 Segue a divisão das tensões: Figura 6.2 Geração de tensão trifásica Tensão de fase ( V F ) - Tensão induzida em cada bobina do gerador ou seja, tensão eficaz de uma fase do gerador em relação ao referencial zero. Tensão de linha (V L ) - Diferença de potencial entre duas fases da linha trifásica. Na analise vetorial da Figura 6.3, podemos observar que as tensões de linha são 3 vezes maiores que as tensões de fase. Figura 6.3 Tensões e correntes trifásicas, representação vetorial. 6.3 Cargas Trifásicas Equilibradas É toda a carga trifásica composta por três componentes eletricamente iguais. Denominamos de fase da carga a cada componente da carga trifásica e conectado a uma fase diferente da linha. Toda carga trifásica equilibrada pode ser ligada a rede em estrela (Y), ou em triângulo (Δ), dependendo da tensão de linha da rede. Ligação em Triângulo Consiste em ligar cada fase da carga entre duas fases diferentes da rede. Ou, para economizar condutores, interligar o final de cada fase da carga com o inicio da outra e alimentar os três inícios ou três finais com as fases R, S e T. Conforme esquema da Figura 6.4.

5 5 Figura 6.4 Ligação em Triângulo Ligação em Estrela Consiste em conectar uma fase da rede em cada início de fase de carga e curto-circuitar os três terminais restantes. Ou vice-versa. Veja esquema da Figura 6.5. Figura 6.5 Ligação Estrela Relações entre Tensões e Correntes Relações entre tensões de linha e de fase e de correntes de linha e de fase. Figura 6.6 Ligação Estela Triângulo

6 6 Ligação Triângulo Ligação Estrela Exercício Resolvido 01) A Figura 6.7 consiste de uma rede elétrica trifásica com tensão V Rede =380V com duas cargas trifásicas equilibradas conectadas. Identifique ou determine os valores das tensões e correntes. a) Tensão de fase e corrente de fase da carga em triângulo; b) Tensão de linha e corrente de linha da carga em triângulo; c) Tensão de fase e corrente de fase da carga em estrela; d) Tensão de linha e corrente de linha da carga em estrela; e) Tensão e corrente da rede elétrica. Figura 6.7 Cargas trifásicas equilibradas. Solução do exemplo: a) Tensão de fase e corrente de fase da carga em triângulo: V FaseΔ = V LΔ = V REDE = 380V

7 7 Tensão de fase da carga em triângulo = Tensão de linha da carga em triângulo = Tensão entre duas fases da rede elétrica. Dado fornecido: I LΔ = 34,6A Corrente de linha da carga em triângulo. I F IL 34,6 Corrente de Fase = 20A 3 3 b) Tensão de linha e corrente de linha da carga em triângulo: V LΔ = V REDE = 380V Dado fornecido: I LΔ = 34,6A Corrente de linha da carga em triângulo. c) Tensão de fase e corrente de fase da carga em estrela: V LY = V REDE = 380V Dado fornecido, tensão da rede e tensão de linha da carga em estrela; V FY VLY V 3 3 I I 10A FY LY d) Tensão de linha e corrente de linha da carga em estrela: V LΔ = V REDE = 380V Dado fornecido: I LΔ = 34,6A Corrente de linha da carga em triângulo. e) Tensão e corrente da rede elétrica: V REDE = 380V I Rede = I LΥ + I LΔ = 34,6A + 10A = 44,6A Corrente de linha da rede = Corrente de linha da carga em estrela + corrente de linha da carga em triângulo.

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