O que é carga simétrica e assimétrica?

Em uma rede trifásica funcionando normalmente, as tensões da linha (tensões entre cada par de condutores de fase) são iguais em magnitude e diferem na fase em 120 graus. Por conseguinte, as tensões de fase (tensões entre cada condutor de fase e um condutor neutro) são iguais em magnitude e têm diferenças de fase semelhantes.

Como se segue, os ângulos de fase entre essas tensões são iguais entre si. Isso é chamado "Sistema de tensão trifásico simétrico".

Se você conectar uma carga simétrica a uma rede, ou seja, uma carga trifásica na qual as correntes de cada fase são iguais em magnitude e fase, essa carga criará um sistema simétrico de correntes (com o mesmo ângulo de fase entre elas). Isso é possível desde que nas três fases da carga existam resistências reativas e ativas idênticas, ou seja, Za = Zb = Zc.

Portanto, as correntes de fase são iguais em magnitude e no ângulo de fase entre elas nessas condições. Exemplos de cargas simétricas: um motor de indução trifásico, três lâmpadas incandescentes idênticas - cada uma em sua própria fase, um transformador trifásico simetricamente carregado, etc.

Considere um diagrama vetorial das correntes de uma carga trifásica simétrica. É fácil ver aqui que a soma geométrica dos vetores das correntes trifásicas desaparece. Isso significa que, com uma carga simétrica, a corrente do condutor neutro será zero e praticamente não há necessidade de usá-lo.

Se você conectar uma carga assimétrica a esta rede trifásica com um sistema de tensão simétrico, ou seja, uma carga na qual as complexas resistências de carga em cada fase são diferentes (Za ≠ Zb ≠ Zc), a carga criará um sistema de correntes que diferirá em tamanho e na direção (em comparação com a característica atual do diagrama de uma carga simétrica). Os valores dessas correntes de fase podem ser encontrados de acordo com a lei de Ohm.

E então a soma geométrica das correntes não desaparece, o que significa que uma corrente alternada ocorrerá no condutor neutro; portanto, um condutor neutro é necessário neste caso. Exemplos de cargas assimétricas: lâmpadas incandescentes de diferentes capacidades em três fases, transformador trifásico carregado assimetricamente, cargas com diferentes fatores de potência em três fases, etc.

O fio neutro, neste caso, garantirá a conservação da simetria de tensão de fase, apesar de a carga ser assimétrica. É por isso que uma rede de quatro fios permite a inclusão de consumidores monofásicos de diferentes capacidades e a natureza da impedância em diferentes fases. O circuito de cada fase carregada estará abaixo da tensão de fase do gerador, independentemente da diferença de carga entre as fases.

Aqui está um diagrama vetorial de uma carga assimétrica. É fácil ver no diagrama que, devido à presença de um fio neutro, a corrente nele representa a soma geométrica dos vetores de corrente de cada fase, enquanto as tensões de fase não sofrem distorção, o que certamente teria surgido se não houvesse fio neutro com carga assimétrica.

Se, por algum motivo, o fio neutro se romper durante o fornecimento de uma carga desequilibrada, haverá uma distorção acentuada das tensões e correntes da rede trifásica, o que pode levar a um acidente.

A distorção ocorrerá neste caso, porque os três circuitos de carga fornecidos pela fonte trifásica, juntamente com a resistência interna da fonte, formam três circuitos de impedância diferente, cuja queda de tensão em cada um será diferente e o sistema de tensão da rede trifásica deixará de ser simétrico.Veja mais sobre isso aqui:Causas e consequências de uma quebra de fio zero na rede elétrica