Alimentação Trifásica: Por que usamos? | Benefícios de energia trifásica

A maioria dos aparelhos eléctricos utilizados em residências e empresas funciona com corrente alternada (CA), o que significa que a tensão fornecida é pulsante, ao contrário da saída constante de uma bateria (corrente contínua, CC). Nos EUA, a tensão fornecida pelas concessionárias tem frequência de 60 Hertz, o que significa que alterna entre a polaridade positiva e negativa 60 vezes por segundo.

A maioria das fontes de alimentação CA pode ser classificada em monofásica ou trifásica, dependendo das características da tensão fornecida. Como o próprio nome indica, um sistema trifásico possui três tensões CA separadas, cada uma com uma frequência de 60 Hz. Porém, essas tensões alternam entre positivo e negativo em sequência, e não simultaneamente, proporcionando uma alimentação constante que não é possível com um sistema monofásico.

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Como a energia trifásica torna as instalações elétricas mais baratas

A capacidade dos sistemas de energia CA é medida em volt-amperes (VA) e é calculada multiplicando a tensão e a corrente.

• Por exemplo, um circuito de 120 V com fiação de 20 A pode transportar 2.400 VA.
• Um circuito trifásico usando fiação de 20A pode transportar 7.200 VA.

Considere que você precisa de um condutor neutro e um condutor de aterramento em ambos os casos, além de um condutor vivo para cada saída de tensão. Isso significa que você precisa de três fios para o sistema monofásico e cinco fios para o sistema trifásico. Ou seja, o sistema trifásico tem 300% da capacidade do sistema monofásico, utilizando apenas dois fios adicionais (apenas 67% mais cobre). Quando você considera a redução da fiação resultante do uso de energia trifásica em uma grande instalação comercial ou industrial, a economia é significativa.

A energia monofásica é normalmente usada em aplicações residenciais, onde as cargas são muito pequenas para justificar a complexidade de um sistema trifásico. No entanto, o fornecimento monofásico para residências individuais é normalmente derivado de um sistema trifásico maior.

• As residências unifamiliares e outras pequenas construções obtêm energia monofásica do sistema de distribuição trifásico de propriedade da concessionária.
• Os edifícios multifamiliares de maior dimensão têm normalmente a sua própria entrada de serviço trifásica.

Vantagens de desempenho de equipamentos trifásicos

Além de economizar na fiação, os sistemas trifásicos apresentam vantagens notáveis ​​de desempenho em relação aos seus equivalentes monofásicos. Isto é especialmente verdadeiro para motores elétricos:

• Para uma determinada potência, os motores trifásicos têm eficiência superior aos motores monofásicos. Considerando os altos preços do quilowatt-hora em Nova York, esta é uma vantagem significativa.
• Os motores trifásicos também têm um fator de potência mais alto, o que significa que consomem menos volt-amperes para uma determinada carga e eficiência. Algumas tarifas de eletricidade incluem cobranças por fator de potência deficiente, e os motores trifásicos podem ajudar a reduzi-los.
• Como os sistemas monofásicos fornecem energia pulsante, os motores tendem a sofrer mais vibração, enquanto o fornecimento constante de sistemas trifásicos resulta em uma operação mais estável.
• Os motores monofásicos não podem partir sozinhos, necessitando de dispositivos externos. Por outro lado, motores trifásicos podem partir apenas com a fonte de alimentação, podendo até inverter a direção se você trocar dois condutores entre si.

Um sistema trifásico também é mais versátil do que uma instalação monofásica. Se você precisar operar um dispositivo monofásico com fonte de alimentação trifásica, poderá usar apenas um dos três condutores. No entanto, o contrário não se aplica: os aparelhos trifásicos não podem funcionar com alimentação monofásica. Os motores são uma exceção: você pode operar um motor trifásico com uma fonte de alimentação monofásica, mas a potência mecânica do motor é drasticamente reduzida e sua vida útil é drasticamente reduzida.

Requisitos de cor da fiação

O Código Elétrico Nacional estabelece requisitos de cores de fiação para sistemas elétricos. Isso facilita a identificação dos condutores, reduzindo a chance de erro humano e melhorando a segurança. Os requisitos estão resumidos na tabela a seguir.

Quando um sistema trifásico alimenta cargas trifásicas e monofásicas, a prática recomendada é equilibrar as cargas monofásicas entre as três fases. Uma fonte de tensão desequilibrada pode ser prejudicial para alguns tipos de equipamentos. O condutor neutro também transporta uma corrente mais elevada quando o sistema está mal balanceado, e isso causa perda de energia na forma de dissipação de calor.

Observe que a fiação não é o único elemento do circuito que muda entre instalações monofásicas e trifásicas. Componentes como dispositivos de proteção, quadros de distribuição e transformadores também são construídos de forma diferente. No caso de transformadores, você pode usar três unidades monofásicas para aumentar ou diminuir a tensão trifásica, mas um transformador trifásico é mais barato e mais compacto na maioria dos casos.