Jak osiąga się przejście z dystrybucji trójfazowej bez zużycia neutralnego na zużycie trójfazowe z neutralnym?

Typowa sieć dystrybucyjna dostarcza 6 lub 10 kilowoltów prądu przemiennego do podstacji w pobliżu odbiorców. Zwykle odbywa się to za pomocą linii trójfazowej bez przewodu zerowego - tylko trzy przewody biegną równolegle. Następnie jest transformator, który obniża napięcie do około 110 lub 230 woltów prądu przemiennego.

Odbiorniki zwykle mają obciążenie jednofazowe, a więc tutaj pojawia się przewód neutralny - teraz mamy przewody trójfazowe i przewód neutralny jako wyjście transformatora, a te obciążenia jednofazowe od różnych odbiorców są połączone z fazami w sposób okrągły-robin, dzięki czemu miejmy nadzieję, że prąd w neutralnym jest zminimalizowany, a fazy przewodzą równe prądy. Jednak dopóki ładunek nie zostanie idealnie zrównoważony, różne fazy będą przewodzić różne prądy po stronie wtórnej transformatora, a różnica polega na prądzie przepływającym przez przewód neutralny.

Jak to rozwiązać po stronie pierwotnej i linii wysokiego napięcia, gdzie są tylko przewody trójfazowe i bez przewodu neutralnego?

Typowa sieć dystrybucji w Australii będzie wyglądać podobnie do poniższej.

Sekcja „MV” to układ „trójprzewodowy” połączony w trójkąt, więc masz rację twierdząc, że nie ma przewodu neutralnego. Jednakże, nie jest ścieżka neutralnych lub „zerowej” przepływ prądu do ziemi poprzez uziemienie „zygzakowaty” transformatora, który jest zainstalowany w tym celu. (Przyczyny instalacji transformatora uziemiającego zasługują na osobne pytanie i odpowiedź).

Istnieje kilka zjawisk, które mogą powodować powstanie prądu neutralnego na linii przesyłowej SN, ale niezrównoważone obciążenia NN, które powodują przepływ prądu w punkcie gwiazdowym / neutralnym LV, nie powodują prądu neutralnego SN .

Dlaczego?

Powyższe zdjęcie pokazuje trójkątny system wysokiego napięcia z uziemionym układem niskiego napięcia. Istnieje obciążenie jednofazowe, które pobiera 1 jednostkę (1 pu) prądu z uzwojenia niskiego napięcia 1, przy czym prąd powraca przez przewód neutralny niskiego napięcia.

Co dzieje się w HV?

Każde z uzwojeń WN i N transformatora jest magnetycznie sprzężone z rdzeniami żelaznymi, dlatego musi obowiązywać zasada „równowagi amp-turn”. Tj. Zachowanie energii ma zastosowanie między parami uzwojenia WN i NN, HV1-LV1, HV2-LV2 i HV3-LV3.

Oznacza to, że prąd 1 pu na uzwojeniu LV 1 musi zostać zrównoważony przez prąd 1 pu na uzwojeniu HV1. A ponieważ prąd nie płynie w LV2 ani LV3, żaden prąd nie może płynąć w HV2 ani HV 3.

Zgodnie z obowiązującym prawem Kirchoffa prąd 1 pu w uzwojeniu HV1 musi pochodzić z linii wysokiego napięcia L1 i linii wysokiego napięcia L2. To jest:

W przypadku układu trójkąt-trójkąt z uziemioną gwiazdą-NN, jednofazowe obciążenia NN pojawiają się jako obciążenia międzyfazowe w układzie WN.

To odpowiada na twoje pierwotne pytanie: bez względu na to, jak niezrównoważone jest obciążenie po stronie niskiego napięcia, po stronie wysokiego napięcia nie przepłynie żaden prąd neutralny, więc nie jest potrzebny przewód neutralny.

Prowadzi to do pytania: „Jeśli nie jest potrzebny przewód neutralny w systemie połączonym w trójkąt, dlaczego zawracamy sobie głowę umieszczeniem na nim transformatora uziemiającego?”

Kilka powodów, o których mogę pomyśleć - choć nie jestem pewien co do nich, więc nie cytuj mnie tutaj ...

1. Bez połączenia z ziemią sieć delta unosi się względem ziemi i może mieć dowolny dowolny potencjał względem ziemi. Tj. System SN może wzrosnąć do 132 000 V powyżej napięcia uziemienia. Transformator uziemiający jest potrzebny do połączenia systemu SN z ziemią i zabezpieczenia go przed zmianą napięcia na niebezpieczne.
2. „Neutralny” prąd składowej zerowej ma płynąć w sieci średniego napięcia, to jest od pojemnościowego pomiaru prądu ładowania. (Edytuj 2015-09-22: Prąd ładowania jest zrównoważony w normalnych warunkach.) Transformator uziemiający daje tym prądom zerowej sekwencji miejsce do przejścia.
3. Transformator uziemiający będzie najbardziej atrakcyjną drogą powrotną dla dowolnego prądu zwarciowego powstającego w wyniku zwarcia doziemnego z uziemieniem. Jest to więc atrakcyjne miejsce na umieszczenie przekaźnika wykrywania zwarcia doziemnego.

$\Delta$

Prąd nie przepłynie przez pozostałe dwie fazy, a zatem obciążenie nie zmieni napięcia na pozostałych dwóch liniach wtórnego.

Dla porównania mam to zdjęcie od prof. Franco Mastri slajdy .

Strona pierwotna / wysokonapięciowa układu jest w stanie obsłużyć niezrównoważone prądy fazowe, ale w celu optymalnego wykorzystania zasobów powinny być zrównoważone. np. jeśli każda faza ma maksymalne dozwolone obciążenie, powiedzmy 1000A, to jeśli rzeczywiste prądy wynoszą 1000, 900, 1100, musisz zmniejszyć całkowite obciążenie, aby utrzymać maksymalny prąd na <= 1000A, więc zmniejsz o współczynnik 1000/1100 = 0,9091 w każdej fazie, co daje 909, 818, 1000 amperów lub łącznie 2727 A zamiast 3000 hipotetycznych maksimów, więc obsługa mocy wynosi około 91% tego, co powinno być.

Jeśli doprowadzisz trzy fazy bez przewodu zerowego do strony pierwotnej transformatora podłączonego w trójkąt i połączysz trzy uzwojenia fazy wyjściowej w trybie gwiazdy, otrzymasz neutralny (punkt środkowy trójkąta) plus 3 x fazy. Obciążenia wtórne muszą być zrównoważone, jeśli wymagane są zrównoważone prądy pierwotne. Zatem: