Ligação em estrela

A ligação em estrela é um tipo de ligação frequentemente utilizado na engenharia eléctrica, especialmente para aplicações trifásicas. Caracteriza-se por uma disposição das fases em forma de estrela, na qual as cargas são ligadas a um ponto comum, o chamado ponto estrela. Este circuito elétrico permite uma distribuição estável de tensão, corrente e potência e é frequentemente utilizado na distribuição de energia e em transformadores.

Como conceito fundamental da tecnologia trifásica, a ligação em estrela desempenha um papel importante na construção das redes eléctricas modernas. Devido à sua estrutura com condutores exteriores e um condutor neutro, pode ser utilizada tanto para cargas simétricas como assimétricas. Particularmente em redes de fornecimento de energia e sistemas industriais, este tipo de ligação assegura que a energia eléctrica é distribuída eficientemente e que diferentes consumidores podem ser operados de forma fiável.

Estrutura e função da ligação em estrela

Na ligação em estrela, três condutores de fase são ligados cada um a uma extremidade de uma carga. As outras extremidades das três cargas são reunidas no condutor neutro comum, também conhecido como ponto estrela. Isto resulta numa topologia em forma de estrela. Cada carga está localizada entre um condutor de fase e o condutor neutro. As tensões aplicadas a estas cargas são designadas por tensões de fase.

Entre dois condutores de fase existe a chamada tensão do condutor, que é maior do que a tensão de fase. Aplica-se a seguinte relação:

UL = √3 * US

UL significa a tensão do condutor e US significa a tensão de fase. O símbolo “cdot” (*) representa a multiplicação. Numa ligação em estrela simétrica, as tensões de fase são as mesmas, assim como as correntes de fase, se as resistências das cargas individuais forem idênticas.

Um exemplo prático pode ser encontrado na rede eléctrica europeia. Aqui, a tensão entre um condutor exterior e o condutor neutro é tipicamente de 230 volts. Em contrapartida, a tensão do condutor entre dois condutores exteriores é de cerca de 400 volts. Esta diferença é causada pelas tensões fora de fase no sistema trifásico, que estão deslocadas 120 graus uma da outra.

O ponto neutro é um ponto de referência importante para todo o sistema. Pode estabelecer uma referência de tensão estável através do condutor neutro, o que é particularmente importante quando alimenta cargas monofásicas.

Ligação em estrela vs. ligação em delta

Para além da ligação em estrela, existe também a ligação delta, na qual as cargas são ligadas sob a forma de um triângulo fechado. Em contraste com a ligação em estrela, os pontos de ligação das cargas são ligados diretamente uns aos outros, criando um delta elétrico. Ambos os tipos de circuitos são utilizados em circuitos eléctricos, tais como motores eléctricos ou transformadores.

Uma diferença importante reside nas tensões e correntes aplicadas. Na ligação em triângulo, a tensão de fase corresponde à tensão na carga, enquanto que na ligação em estrela, a tensão de fase é aplicada à carga. Com resistência idêntica por fase, as correntes de fase na ligação em estrela são iguais às correntes do condutor de fase.

Outra diferença pode ser vista na carga de corrente das linhas individuais. Enquanto as correntes de fase fluem diretamente através dos condutores exteriores na ligação em estrela, as correntes na ligação em triângulo são distribuídas de forma diferente pelos cabos. Estas diferenças são particularmente relevantes no planeamento de sistemas eléctricos e no dimensionamento de cabos.

Corrente, tensão e resistências

As tensões, correntes e resistências na ligação em estrela podem ser facilmente calculadas. Com a mesma carga – ou seja, as mesmas resistências em todas as fases – os valores de corrente são os mesmos. Neste caso, falamos de uma carga simétrica. A corrente no condutor neutro é então zero, uma vez que as correntes se anulam mutuamente.

O nível da corrente depende da respectiva resistência através da qual flui. Quanto menor for a resistência, maior será a corrente. O valor das resistências nos strings individuais é decisivo para a distribuição da corrente na rede.

No entanto, se existirem diferentes resistências nas cordas, isto é referido como uma carga desequilibrada. Neste caso, flui uma corrente através do condutor neutro, uma vez que as correntes das fases individuais já não se equilibram completamente. O condutor neutro assume então a tarefa de compensar as diferenças de corrente entre os condutores de fase.

O cálculo da corrente e da tensão é, portanto, um componente central no planeamento de sistemas eléctricos. Os engenheiros e técnicos utilizam estas relações para conceber redes estáveis e garantir um fornecimento de energia fiável.

Transformação e aplicação

A ligação em estrela desempenha um papel central na transformação da energia eléctrica. No fornecimento de energia, é frequentemente utilizada em conjunto com transformadores para transportar energia eléctrica de forma eficiente a longas distâncias. A ligação em estrela é particularmente vantajosa, uma vez que podem ser realizadas as mesmas tensões para os consumidores e podem ser fornecidos diferentes níveis de tensão.

Outra vantagem é o facto de as cargas monofásicas também poderem ser alimentadas através do condutor neutro. Isto faz com que a ligação em estrela seja particularmente adequada para redes eléctricas nas quais funcionam tanto aparelhos trifásicos como aparelhos domésticos monofásicos.

A combinação da ligação em estrela e em triângulo significa que os motores podem ser operados em estrela no arranque (menor consumo de corrente). Muitos motores trifásicos são inicialmente operados em estrela aquando do arranque. Neste estado de funcionamento, é aplicada uma tensão mais baixa aos enrolamentos, o que reduz a corrente de arranque. O motor é então frequentemente comutado para ligação em triângulo, de modo a que a potência e o binário totais estejam disponíveis. Estas soluções são típicas da utilização industrial com corrente trifásica.

Este tipo de ligação é também frequentemente utilizado na automação industrial e em grandes instalações de produção, uma vez que permite uma distribuição de energia estável e controlável.

Conclusão

O conteúdo mais importante relacionado com a ligação em estrela inclui a estrutura com condutores de fase, condutores neutros, resistências e o cálculo de tensões e correntes. A ligação em estrela oferece-lhe uma forma estável e segura de distribuir energia sob as mesmas condições de ligação.

A interação entre a tensão do condutor, a tensão de fase e a corrente de fase é particularmente importante. Estas variáveis determinam a forma como a energia eléctrica é distribuída no sistema trifásico e como as cargas podem ser ligadas.

Devido à sua versatilidade, é utilizado tanto em redes industriais como privadas e representa uma das bases mais importantes da engenharia eléctrica. As suas aplicações vão desde simples circuitos eléctricos até complexos sistemas de transformação e modernas redes de fornecimento de energia.