En electricidad y electrónica , la palabra fase se utiliza en diferentes contextos, todos relacionados con corrientes eléctricas alternas.
En electricidad, la palabra fase designa los “canales” de una misma fuente de energía alterna, entre los cuales hay un desfase (dos a 180 ° en monofásico y tres a 120 ° en trifásico ).
Por asimilación, de baja tensión electricistas también utilizan la fase de palabra para designar el conductor activo (s) de una fuente de alimentación CA . En instalaciones domésticas, el conductor normalmente está cableado con un cable de color brillante (rojo, naranja). En general, es el conductor o cables , que se denominan cables de fase , en los que se puede demostrar la presencia de una tensión eléctrica alterna con un " probador de fase ".
En electrónica, hablamos de cambio de fase cuando hay un cambio angular entre señales sinusoidales, detectado por un osciloscopio . Si el paso por el valor cero así como el valor máximo es simultáneo, decimos que están en fase .
NB: Es abusivo e incorrecto hablar de fase para designar la tensión medida en un hilo alimentado con corriente continua . Esta noción, que no tiene relación con su etimología, no será tratada aquí.
Dos voltajes de CA (en dos cables diferentes) están en fase (o en oposición de fase) cuando van a cero simultáneamente. Esto se puede demostrar fácilmente utilizando las entradas X e Y de un osciloscopio para mostrar las curvas de Lissajous .
Por otro lado, el cambio de tiempo del cruce por cero del voltaje y la corriente del mismo cable eléctrico (llamado factor de potencia ) muestra el efecto capacitivo o inductivo de la carga suministrada.
Como la producción de energía eléctrica de alta potencia está generalmente centralizada, su distribución está condicionada por el problema del transporte. Ya en la época de los precursores, el debate se desató entre Thomas Edison, que defendía el uso de la corriente continua, y su empleado, Nikola Tesla, que prefería la corriente alterna, que finalmente demostró claras ventajas sobre la corriente continua. La principal de estas ventajas es la posibilidad, en modo alterno, de utilizar transformadores eléctricos para elevar la tensión a fin de reducir la corriente necesaria para transportar la misma potencia, lo que reduce los costos de metal para las líneas de transmisión, así como su peso. en los pilones. Además, el transformador también permite bajar la tensión para obtener una “tensión razonable” para el usuario final.
Si el usuario doméstico de corriente eléctrica está acostumbrado a verlo llegar por dos hilos de alimentación (monofásico), el uso industrial hace mucho más interesante llevarlo por tres hilos (trifásico) o cuatro ( ídem , con neutro). Primero, porque las líneas se usan con mayor eficiencia, luego porque si en monofásico se cancela la energía cuando las dos fases se cruzan, en trifásico, las tres fases nunca se cruzan al mismo tiempo. A diferencia de la trifásica que proporciona una distribución de energía "rotatoria", en la monofásica, la alternancia de dos fases es capaz de mantener una rotación ya iniciada, pero no define un sentido de rotación prioritario (equivale a dos rotativas campos, idénticos pero en direcciones opuestas), por lo tanto, el arranque de un motor monofásico requiere un dispositivo para crear una ligera diferencia en la intensidad de uno de los dos campos giratorios.
Una fuente de alimentación trifásica se puede considerar como tres fuentes de alimentación no balanceadas monofásicas. Cada uno proporciona una fase alrededor de un neutro común a todas las fases. Si se equilibran los consumos en las diferentes fases, la corriente total en el neutro será casi nula. Es por esto que no siempre es necesario emitir el 4 º alambre, por ejemplo, un motor trifásico funcionará bien sin él. El 4 º alambre, llamado "neutral" debe tener un potencial cero con respecto al suelo, sin embargo, las corrientes de tierra y otros fenómenos naturales que hacen que la electricidad no es siempre el caso.
Para obtener monofásico, basta con tomar una fase y el neutro. En este caso, tenemos una monofásica asimétrica y un destornillador probador indicará la presencia de voltaje solo en el cable de fase. También es posible obtener una monofásica simétrica con una tensión superior a la anterior entre dos fases. Una red trifásica de 400 V suministra 400 V rms entre dos fases y 230 V entre una de las fases y el neutro.
Por razones históricas, algunas redes de distribución suministran 230 V trifásicos y en este caso, el usuario recibe sus 230 V monofásicos entre fases en lugar de entre fase y neutro . Una red doméstica trifásica debe equilibrar sus diferentes circuitos monofásicos en diferentes fases para equilibrar el consumo global en cada una de las fases.
Conectar un alternador a una red de producción es una operación delicada porque es necesario:
Una vez acoplado a la red, el alternador permanecerá síncrono pero se debe incrementar la excitación para suministrar energía a la red y no para consumirla. En el continente europeo todas las redes son síncronas, excepto la del Reino Unido que, aunque también está a 50 Hz , no está sincronizada con el continente. Los enlaces de intercambio de electricidad se realizan mediante una línea de corriente continua y mediante convertidores instalados en cada extremo de las líneas transversales.
El conductor verde-amarillo que aparece en algunos enchufes de pared, y algunas luces de techo (principalmente metálicas), es el " conductor de protección ", o "PE" (tierra de protección). Este conductor cumple dos roles:
El conductor presente en las tomas de pared y en los puntos de iluminación NO es el cable de "tierra", sino el cable de protección que está conectado a la conexión equipotencial propiamente dicha conectada a la barra de tierra conectada a la tierra del edificio.
La puesta a tierra de la vivienda solo tiene sentido si esta puesta a tierra es local (a nivel del edificio). Por tanto, no tiene sentido (e incluso sería peligroso) distribuirlo. Además, la tierra rara vez es distribuida por el proveedor de electricidad. Corresponde al usuario referirse a los suyos, ya sea mediante varillas de tierra (método antiguo), o rodeando el edificio con un cable de cobre enterrado (método actualmente obligatorio Para las nuevas construcciones). El neutro generalmente suministrado por el proveedor suele estar conectado a tierra al nivel del transformador de zona. Además, la diferencia de potencial (ddp) entre el neutro del usuario y su propia tierra suele ser baja (unos pocos voltios como máximo) en una situación normal. Por lo tanto, esta diferencia corresponde de hecho a la diferencia de voltaje entre la tierra local del usuario y la tierra alejada del transformador del distribuidor. En caso de circunstancias especiales (relámpago) el ddp puede alcanzar varias decenas de miles de voltios (o incluso mucho más), y por tanto puede suceder que con el usuario, entre su neutro y su tierra local, aparezca el mismo ddp, que puede provocar arcos destructivos entre el conductor neutro y el conductor de protección, llegando incluso a explotar salidas o alargadores.
La seguridad personal se basa esencialmente en la equipotencialidad de las masas a las que tiene acceso: una electrocución es el resultado de una corriente que atraviesa el cuerpo, resultado en sí mismo de diferencias de potencial entre diferentes puntos del cuerpo. Para conseguir mantener y controlar esta equipotencialidad se dispone de varios mecanismos:
Principios de seguridad:
Neutro es el potencial eléctrico o la referencia de voltaje para las fases; solo hay un neutro común a todas las fases. Su voltaje es cero solo si la carga de cada fase es permanentemente idéntica, lo que rara vez es el caso. A veces se materializa mediante un cable como en el caso de una fuente de alimentación doméstica monofásica, donde el neutro a menudo está conectado a tierra en el lado de la producción de electricidad . Por lo tanto, en principio, no es peligroso tocarlo, incluso si se desaconseja enérgicamente.
Un error generalizado es considerar que el neutro es una fase conectada a tierra. En polifase esto es imposible: tiene un lugar muy especial y si se invirtiera con una de las fases, entonces el sistema obtenido dejaría de ser simétrico y perdería sus propiedades eléctricas (para transporte) y mecánicas (para fabricación). En general, en trifásico, es posible prescindir de transportar el neutro a largas distancias, incluso si el sistema no está equilibrado .
Si el neutro no estuviera conectado a tierra (ni en el lado de distribución ni en el lado del usuario) la corriente no podría fluir a tierra; por lo tanto, no habría peligro en tocar uno (y solo uno) de los conductores. Por otro lado, ya no detectaríamos una posible falla de aislamiento (cuando un cable se pela y toca una carcasa, por ejemplo). En un entorno industrial, este esquema se utiliza pero implica controles específicos. Estas condiciones no se pueden imponer a las personas, porque dicho sistema se volvería demasiado peligroso (en caso de falla, podría ser suficiente tocar dos dispositivos diferentes para lesionarse). Es por esto que para las personas se coloca esta conexión de neutro a tierra y se utilizan disyuntores diferenciales para verificar que no exista en el circuito ninguna corriente de fuga , potencialmente peligrosa para cualquier ser vivo.
En principio, se debe considerar que es peligroso tocar una fase, incluso si la instalación está equipada con un disyuntor diferencial de seguridad ( 30 mA ) que debe detectar la más mínima falla y cortar inmediatamente la alimentación. Para probar este dispositivo, es preferible usar el botón provisto para este propósito.
Dependiendo del país, algunas tomas tienen un dispositivo de codificación que permite distinguir el neutro de la fase. Para la seguridad de los niños, todos los enchufes eléctricos a su alcance deben estar equipados con un "taponador automático de orificios" para evitar la inserción de cualquier objeto conductor de electricidad en el orificio (s) correspondiente al cable de fase.
Es muy importante poder distinguir los tipos de cables eléctricos (la fase (llamada "caliente") de los cables neutros y de tierra). Aunque la tierra se identifica generalmente por un dominante de verde ( ) o por un conductor desnudo, los usos en todo el mundo han visto el nacimiento de varias combinaciones de colores para los diferentes hilos. Han surgido algunos intentos de estandarización, dependiendo de la región, en particular mediante la redacción de estándares.
La siguiente tabla agrupa una serie de combinaciones de colores que se encuentran en diferentes países.
País | Fase 1 (L1) | Fase 2 (L2) | Fase 3 (L3) | Neutro (N) | Tierra (T / G) |
---|---|---|---|---|---|
Unión Europea Reino Unido Suiza |
Castaño | Negro | Gris | Azul |
Verde / amarillo desnudo |
Europa (antiguo)
Francia (antes de 1970) |
Negro
Amarillo |
Castaño
Azul |
Rojo negro |
Azul
Gris |
Verde / amarillo Rojo |
Reino Unido (ex) Sudáfrica Malasia |
Rojo | Amarillo | Azul | Negro |
Verde / amarillo Verde Desnudo |
Estados Unidos (común) | Negro | Rojo | Azul |
Gris blanco |
Verde Verde / amarillo Desnudo |
Estados Unidos (alternativa) | Castaño | naranja | Amarillo |
Gris blanco |
Verde desnudo |
Canadá (oficial) | Rojo | Negro | Azul | Blanco, Blanca |
Verde desnudo |
Canadá (instalaciones aisladas) | naranja | Castaño | Amarillo | Blanco, Blanca |
Verde desnudo |
Australia Nueva Zelanda (AS / NZS 3000: 2000 §3.8.1) |
Rojo |
Blanco Amarillo (obsoleto) |
Azul | Negro |
Verde / amarillo Verde Desnudo |
República Popular China | Amarillo |
Verde azulado |
Rojo | Castaño |
Negro Verde / Amarillo Desnudo |
País | Fase (L) | Neutro (N) | Tierra (T / G) |
---|---|---|---|
Francia (antes de 1970) |
Verde Amarillo Azul Rojo Blanco Castaño |
Gris |
Rojo |
Unión Europea (actual) |
Rojo Negro Naranja Morado Rosa Blanco, Blanca |
Azul |
Verde amarillo
Desnudo |
Es bueno recordar que un código de color solo es viable si es respetado por todos; de lo contrario, existe el riesgo de daños graves.
En algunos casos (instalaciones antiguas en países escandinavos , salida de transformadores del Reino Unido y algunos otros casos) los dos cables de un enchufe doméstico pueden ser fases provenientes de la red trifásica, o en la salida de una sola -Transformador de fase (s 'no está conectado a un potencial neutro). No se recomienda.
En Europa y Reino Unido se utiliza por convención, según la norma HD 308 S2 (identificación y uso de conductores de cables flexibles y aislados) establecida por el Comité Europeo de Normalización en Electrónica y Electrotecnia (CENELEC) recogido por la estándar el NF C 15-100 en Francia: