Come si ottiene la transizione dalla distribuzione trifase senza consumo neutro a trifase con neutro?

Una tipica griglia di distribuzione fornisce 6 o 10 kilovolt CA a una sottostazione vicino ai consumatori. Questo viene in genere fatto con una linea trifase senza neutro - solo tre fili che vanno in parallelo. Quindi c'è un trasformatore che abbassa la tensione a qualcosa come 110 o 230 volt CA.

I consumatori in genere hanno un carico monofase e quindi ecco che arriva il neutro: ora abbiamo fili trifase e filo neutro come uscita del trasformatore e quei carichi monofase di consumatori diversi sono collegati a fasi in modo round robin in modo che il si spera che la corrente nel neutro sia minimizzata e le fasi conducano correnti uguali. Tuttavia, a meno che il carico non sia perfettamente bilanciato, diverse fasi condurranno correnti diverse sul lato secondario del trasformatore e la differenza è la corrente che fluisce attraverso il neutro.

Come viene indirizzato sul lato primario e sulla linea ad alta tensione dove ci sono solo fili trifase e nessun filo neutro?

Una tipica rete di distribuzione in Australia sarà simile al seguente.

La sezione "MV" è un sistema a "tre fili" collegato a delta, quindi è corretto affermare che non esiste un filo neutro. Tuttavia, v'è un percorso per neutro o correnti "omopolari" a flusso a massa, tramite la messa a terra 'zig-zag' trasformatore che è installata per questo scopo. (Le ragioni per l'installazione di un trasformatore di terra meritano una domanda e una risposta separate.)

Esistono alcuni fenomeni che possono dare origine a corrente neutra su una linea di trasmissione MT, ma carichi BT sbilanciati, che causano un flusso di corrente nel punto stella / neutro BT, non causano corrente neutra MT .

Perché?

L'immagine sopra mostra un delta HV, sistema LV a stella a terra. C'è un carico monofase che assorbe 1 unità (1 pu) di corrente dall'avvolgimento BT 1, con la corrente che ritorna attraverso il neutro BT.

Cosa succede sull'HV?

Ciascuno degli avvolgimenti AT e BT del trasformatore è accoppiato magneticamente da nuclei di ferro, pertanto è necessario applicare la legge del "bilanciamento degli amp-turn". Vale a dire la conservazione dell'energia si applica tra le coppie di avvolgimenti HV e BT, HV1-LV1, HV2-LV2 e HV3-LV3.

Ciò significa che una corrente di 1 pu sull'avvolgimento LV 1 deve essere bilanciata da una corrente di 1 pu sull'avvolgimento HV1. E poiché nessuna corrente scorre in LV2 o LV3, nessuna corrente può fluire in HV2 o HV 3.

Secondo la Legge attuale di Kirchoff, la corrente di 1 pu in Winding HV1 deve essere fornita dalla linea HV L1 e dalla linea HV L2. Questo è:

Per un sistema delta-HV, con messa a terra a stella-BT, i carichi BT monofase compaiono come carichi fase-fase sul sistema HV.

Questo risponde alla tua domanda originale: non importa quanto sia sbilanciato il carico sul lato BT, nessuna corrente neutra scorrerà sul lato AT, quindi non è necessario alcun filo neutro.

Questo porta alla domanda: "Se non è necessario alcun filo neutro sul sistema delta-connesso, perché dovremmo preoccuparci di mettere un trasformatore di terra su di esso?"

Un paio di motivi a cui riesco a pensare, anche se non sono sicuro su questi, quindi non citarmi qui ...

1. Senza una connessione a terra, la rete delta galleggerebbe rispetto a terra e potrebbe trovarsi in qualsiasi potenziale arbitrario rispetto a terra. Vale a dire il sistema MT potrebbe salire fino a 132.000 V sopra la tensione di terra. Il trasformatore di messa a terra è necessario per collegare a terra il sistema MT e impedire che fluttui a tensioni pericolose.
2. 'Neutrali' correnti omopolari non fluiscono sulla rete MT, cioè dalla linea corrente di carica capacitiva. (Modifica 2015-09-22: la corrente di carica è bilanciata in condizioni normali.) Il trasformatore di terra offre a queste correnti a sequenza zero un posto dove andare.
3. Il trasformatore di terra sarà il percorso di ritorno più attraente per qualsiasi corrente di guasto di cortocircuito risultante da un guasto di terra. Quindi è un posto attraente dove mettere un relè di rilevamento guasti a terra.

$\Delta$

La corrente non scorrerà sulle altre due fasi e quindi il carico non cambierà la tensione sulle altre due linee del secondario.

Per riferimento, ho ricevuto questa foto dal prof. Diapositive di Franco Mastri .

Il lato primario / ad alta tensione del sistema è in grado di gestire correnti di fase sbilanciate, ma per un uso ottimale delle risorse dovrebbero essere bilanciate. ad es. se ogni fase ha un carico massimo consentito di dire 1.000A, quindi se le correnti effettive sono 1000, 900, 1100, è necessario ridurre il carico complessivo per mantenere la corrente massima a <= 1000A, quindi si riduce di un fattore di 1000/1100 = 0,9091 in ciascuna fase che fornisce 909, 818, 1000 amp o un totale di 2727 A anziché il massimo nozionale 3000, quindi la gestione della potenza è circa il 91% di quello che dovrebbe essere.

Se si alimentano tre fasi senza neutro a un lato primario del trasformatore collegato a delta e si collegano gli avvolgimenti delle tre fasi di uscita in modalità stella si ottiene un neutro (punto centrale del delta) più 3 fasi x. I carichi secondari devono essere bilanciati se sono richieste correnti di fase primaria bilanciate. Questa convenzione: