Energia monofásica, bifásica e trifásica
Esse assunto acerca de circuitos ou mesmo a força (tensão, volts) em sistemas elétricos monofásicos, bifásicos e trifásicos é muito confuso não só na boca de pessoas leigas, mas também quando falam os profissionais da área e ainda mais pela Internet afora.
Mas hoje vou neste post esclarecer tudo, como de costume sem termos técnicos indecifráveis nem escrevendo contas de raizes quadradas elevadas à potências não sei das quantas…
No princípio da era da eletricidade o fornecimento da energia elétrica só era economicamente viável a curtas distâncias do lugar aonde era gerada, pois tinha-se que aplicar nos cabos uma corrente contínua – de sentido único, sempre de sinal + (positivo) – muito alta, para que a energia vencesse a resistência dos materiais condutores e chegasse aos consumidores com uma força elétrica que fizesse os aparelhos funcionarem, e correntes muito altas fazem as coisas esquentarem, exigindo materiais mais robustos para as suportarem
Então um certo cientista chamado Nikola Tesla, aprendendo com a recente descoberta que mudaria para sempre a história da humanidade raciocinou que se fosse invertido o procedimento, se em vez de se produzir uma alta corrente se fornecesse uma alta tensão, a energia poderia diminuir a resistência dos cabos em longas distâncias entregando no seu destino a eletricidade necessária, com pouca perda de força, e consequentemente os cabos não esquentariam tanto e poderiam ser bem menos grossos, e os equipamentos de distribuição requereriam menos gastos com a sua fabricação.
Torres de transmissão de energia elétrica na Rússia
Assim criou-se a perigosa alta tensão, ou melhor, a corrente alternada – de sentido trocado (alternado) *60 vezes por segundo, num momento de sinal + (positivo), em outro – (negativo), gerando as **fases positivas e negativas, e dos centros de produção de energia elétrica (usinas hidrelétricas, termoelétricas, eólicas, atômicas, etc.), saem atualmente as tensões alternadas em três cabos, ou seja, três fases na força de até 750.000 volts em cada um.
*Valor da frequência elétrica no Brasil. Na maior parte do mundo a frequência é 50 Hertz
**O valor de pico-a-pico de uma tensão alternada é definido como a diferença entre o seu pico positivo e o seu pico negativo
A eletricidade nestes cabos ao chegar nas cidades vai primeiro para uma estação de distribuição que abaixa a tensão para mais ou menos 138.000 volts e remete parte dessa energia para as indústrias, em seguida a outra parte segue para uma segunda estação onde a força elétrica cai para algo em torno de 23.000 volts em cada cabo, e então é repassada para as áreas rurais e postes nas ruas chegando àqueles transformadores que todos conhecemos, e finalmente quando a energia sai do transformador ela é entregue nas casas, prédios e comércios nas tensões de 127, 220 e 380 volts.
As altas tensões variam em sua voltagem a partir das usinas e estações de abaixamento, e sua potência em cada cabo (milhares de volts), está dimensionada conforme a distância a ser superada para chegar às torres, estações e transformadores dos postes de distribuição.
Dos transformadores podem sair de dois até quatro cabos, sendo os cabos que têm energia chamados de fases, e um que não tem energia de neutro. O cabo neutro não tem energia porque não vem da usina de geração, é oriundo do transformador no poste – do fechamento do enrolamento de cobre deste, e sua medida de tensão é sempre zero.
Cabos da rede trifásica urbana em alta tensão de até 23.000 volts, suspensos na parte superior dos postes. Estes cabos estão ligados aos transformadores de baixa tensão nas ruas
Cabos de energia já saindo do transformador nas baixas tensões de 127, 220 e 380 volts. De cima para baixo: fase 1, fase 2, fase 3 e por último o cabo de neutro
A quantidade e a força elétrica – tensão, dos cabos de fases estão condicionados à necessidade do consumidor, que pode ter a sua instalação elétrica projetada para operar com uma, duas ou três fases (mais o cabo de neutro, usado para fechar o circuito quando se precisa dele junto à uma fase para se obter 110 V, por exemplo), e o número de fases e sua respectiva força estarão relacionados à potência de aparelhos ou iluminação que serão ligados no lugar, denominados de cargas a serem energizadas.
As fases tecnicamente estão designadas como RST (Rede do Sistema Trifásico), e RST corresponde a R = 1, S = 2 e T = 3, ou seja, fase 1, fase 2 e fase 3.
A fase 1 (R) tem a cor vermelha, a fase 2 (S) a cor verde, e a fase 3 (T) a cor azul.
Isto serve para que se distribuam as cargas de forma igual em cada fase (balanceamento nas fases), e também esta ordem tem que ser obedecida ao se ligarem motores trifásicos ou os mesmos girarão em sentido anti-horário.
Se no lugar tem pouco objeto elétrico basta uma fase e um neutro (sistema monofásico), se tem muitos, se precisará de 2 fases e um neutro (bifásico), e se tem tantos equipamentos, máquinas e iluminação como em uma grande empresa ou um edifício, se faz necessário o uso de 3 fases mais um cabo de neutro (trifásico).
Agora é que vem a questão que causa muita confusão: a tensão de cada fase está sujeita à carga (instalação elétrica) a ser alimentada no total de sua potência, chamada de watts, e todo equipamento tem isso expresso na corrente elétrica (um número seguido da letra A, de amperes) requerida pelo objeto para funcionar, de modo que diante do que a instalação do local pedir a fase poderá chegar cada uma na tensão de 127, 220 ou 380 volts!
Muita gente sem conhecimento (formação técnica) se atém à corrente elétrica, imaginando que a concessionária de energia tem que fornecer tal corrente e coisa e tal.
Negativo, a concessionária fornece só tensão, a corrente é ditada pelos equipamentos (carga) que serão ligados no endereço, você nunca vai solicitar à empresa de energia que ela forneça essa ou aquela corrente, mas informará qual tensão, quantas fases e a corrente ou a potência elétrica da carga que você ligará no local, e ela dimensionará os cabos e o conjunto do padrão de entrada de eletricidade diante da carga prevista no seu pedido de ligação.
A carga é que determina a corrente que será puxada, e diante da carga, ou seja; da corrente que ela requererá, é que se calculam a bitola dos cabos e especificações do padrão de entrada de energia elétrica no imóvel.
Portanto, quanto maior for a tensão aplicada maior será a corrente disponível.
O que importa é a tensão de fase, portanto, em um sistema em que a fase chega em 220 e houver somente mais um cabo de neutro, o sistema será monofásico em 220 (uma fase + um neutro), e assim por diante com as demais tensões de fase em que exista somente um cabo de fase e outro de neutro, conforme o exemplo abaixo:
1 fase 127 + 1 neutro = monofásico em 127 volts
1 fase 220 + 1 neutro = monofásico em 220 volts
1 fase 380 + 1 neutro = monofásico em 380 volts
Assim fica claro que sempre que se tiver uma fase mais um neutro será monofásico, duas fases mais um neutro bifásico, e três fases mais um neutro trifásico, independente da tensão de fase.
1 fase + 1 neutro = monfásico
2 fases + 1 neutro = bifásico
3 fases + 1 neutro = trifásico
Você saberá qual a tensão de fase do lugar pegando um multímetro (aparelho de medir energia elétrica), e ao ligá-lo aos cabos de entrada de eletricidade do lugar o que aparecer na tela será a tensão entre fases (sistema bifásico e trifásico) ou entre fase e neutro (sistema monofásico) na medida de 127, 220 e 380 volts.
Para se ter 127 à parte numa instalação bifásica ou trifásica em 220 basta ter disponível também um cabo de neutro.
Deve-se estar atento ainda a uma particularidade em fornecimento trifásico: observe se a fase central do circuíto trifásico está identificada com fita vermelha, se sim, o sistema de alimentação da concessionária na região é triângulo aberto, onde a terceira fase tem valor diferenciado das demais em relação ao neutro, e a tensão nominal entre fase 1 e neutro, bem como entre a fase 2 e neutro é 115V, enquanto que o valor da tensão nominal entre a terceira fase e neutro é 200V (115 x 1.73). O valor de tensão nominal entre fases é 220V.
Para os sistemas iguais ou superiores a 380 volts – monofásico, bifásico, trifásico, será preciso fazer uso de um autotransformador no local para se derivar circuitos em 127, pois a partir dessa tensão a combinação de fase + neutro (exceto em monofase, quando dará a tensão da fase) sempre se terá a tensão da fase dividida por 1,73 (raiz quadrada de três) ou seja, uma fase de 380 + um neutro = 380 ÷ 1,73 = 220 volts (tensão que resultará de uma fase conjugada com um neutro, quando houver mais de uma fase no sistema).
Há ainda as tensões de fase em 440 e 760 volts ou mais, que são obtidas através de transformadores (cabines primárias) instalados dentro dos locais onde se fazem necessárias estas tensões, tais como em indústrias e fábricas de grande porte, que como foi dito no início deste post, recebem a tensão original da rede em até 138.000 volts.
Para que tudo fique bem claro, coexistem as tensões de 110 e de 127 volts em muitas localidades no Brasil, mas as concessionárias de energia que ainda trabalham com 110 estão se adaptando para fornecerem 127, e a unificação (padronização) da tensão de 110 para 127 em todo o território nacional está sendo posta em prática através de um acordo firmado entre todas as empresas de energia do país. Na realidade o que se tem de fato é uma flutuação da tensão elétrica entre 115 a 139 volts por fase em 127, e todas as coisas são fabricadas para suportarem essa variação, daí o porquê de se ver objetos elétricos nomeados para a tensão de 115, 117 e 127 volts.
Se você vir algum aparelho descrito para operar em 110 volts, mas com a frequência de 50 hertz (a nossa frequência é 60), com certeza ele é importado, pois muitos países fazem uso dessa tensão com essa frequência, e se for ligado em nossa rede elétrica em pouco tempo apresentará problemas, e por fim queimará.
Em nosso país há ainda regiões onde a tensão elétrica está disponível em 127 e em outras em 220, e estas diferenças no fornecimento da energia aos consumidores de lugar para lugar têm sua explicação e origem no começo da implantação do sistema elétrico no Brasil, que foi loteado e entregue a diferentes empresas estrangeiras (como se fez recentemente com a privatização da telefonia) e cada uma delas optou em construir usinas, linhas de transmissão e transformadores da forma que melhor lhes conviesse, pois o governo da época não ditou regras a esse respeito.
Porém isso nunca será alvo de mudanças no sistema elétrico nacional, ainda é motivo de aborrecimento para muitas pessoas ao mudarem de cidade levando seus objetos elétricos, mas por pouco tempo, em breve tudo se tornará bivolt.
Finalmente, chama-se tensão de linha quando medimos entre duas fases, e tensão de fase quando medimos entre uma fase e um neutro.
Equipamento de medição de grandezas elétricas – multímetro. Observe que quando as pontas de prova estão entre as fases, têm-se a leitura da tensão de linha numa instalação elétrica de 380 volts. Quando se posicionam as pontas de prova com uma tocando de um lado o neutro (linha branca à esquerda) e a outra tocando umas das fases R, S, T, têm-se uma leitura de fase com neutro – 220 volts
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