Làm thế nào để chuyển từ phân phối ba pha mà không tiêu thụ sang trung tính ba pha với trung tính đạt được?

Một lưới phân phối điển hình cung cấp 6 hoặc 10 kilovolt AC cho một trạm biến áp gần người tiêu dùng. Điều này thường được thực hiện với một dòng ba pha không có trung tính - chỉ có ba dây đi song song. Sau đó, có một máy biến áp làm giảm điện áp xuống mức tương đương 110 hoặc 230 volt AC.

Người tiêu dùng thường có tải một pha và vì vậy ở đây là trung tính - hiện tại chúng ta có ba dây pha và dây trung tính làm đầu ra máy biến áp và các tải một pha từ những người tiêu dùng khác nhau được kết nối với các pha theo kiểu vòng tròn để hiện tại trong trung tính được hy vọng giảm thiểu và các pha dẫn dòng điện bằng nhau. Tuy nhiên, trừ khi tải được cân bằng hoàn hảo, các pha khác nhau sẽ dẫn các dòng điện khác nhau ở phía thứ cấp của máy biến áp và sự khác biệt là dòng điện chạy qua trung tính.

Làm thế nào được giải quyết ở phía sơ cấp và đường dây cao thế, nơi chỉ có ba dây pha và không có dây trung tính?

Một mạng lưới phân phối điển hình ở Úc sẽ trông giống như dưới đây.

Phần "MV" là một hệ thống "ba dây" được kết nối delta, vì vậy bạn đã đúng khi khẳng định rằng không có dây trung tính. Tuy nhiên, có là một con đường cho trung tính hoặc "zero-chuỗi" dòng chảy xuống đất, qua tiếp đất 'zig-zag' biến được cài đặt cho mục đích này. (Những lý do để cài đặt một máy biến áp nối đất xứng đáng có một câu hỏi và câu trả lời riêng.)

Có một vài hiện tượng có thể làm phát ra dòng trung tính trên đường truyền MV, nhưng tải LV không cân bằng, khiến dòng chảy trong điểm sao / trung tính LV, không gây ra dòng trung tính MV .

Tại sao vậy?

Hình trên cho thấy một hệ thống LV đồng bằng, sao nối đất. Có một tải một pha lấy 1 đơn vị (1 pu) dòng điện từ cuộn dây LV 1, với dòng điện trở lại qua trung tính LV.

Điều gì xảy ra trên HV?

Mỗi cuộn dây HV và LV của bộ biến đổi được ghép từ tính bằng lõi sắt, do đó phải áp dụng định luật "cân bằng xoay-amp". Bảo tồn năng lượng được áp dụng giữa các cặp cuộn dây HV và LV, HV1-LV1, HV2-LV2 và HV3-LV3.

Điều đó có nghĩa là dòng điện 1 pu trên cuộn dây LV 1 phải được cân bằng với dòng điện 1 pu trên cuộn dây HV1. Và vì không có dòng điện nào trong LV2 hoặc LV3, nên không có dòng điện nào có thể chảy trong HV2 hoặc HV 3.

Theo Luật hiện hành của Kirchoff, dòng điện 1 pu trong Winding HV1 phải được lấy từ dòng HV L1 và HV dòng L2. Đó là:

Đối với hệ thống delta-HV, căn cứ-sao-LV, tải LV một pha xuất hiện dưới dạng tải pha-pha trên hệ thống HV.

Điều này trả lời câu hỏi ban đầu của bạn: cho dù tải không cân bằng ở phía LV, không có dòng trung tính sẽ chạy ở phía HV, do đó không cần dây trung tính.

Điều này dẫn đến câu hỏi: "Nếu không cần dây trung tính trên hệ thống kết nối delta, tại sao chúng ta lại bận tâm đặt máy biến áp nối đất lên nó?"

Một vài lý do tôi có thể nghĩ ra - mặc dù tôi không chắc về những điều này, vì vậy đừng trích dẫn tôi ở đây ...

1. Nếu không có kết nối với trái đất, mạng delta sẽ nổi tương đối so với mặt đất và có thể ở bất kỳ tiềm năng tùy ý nào so với mặt đất. Tức là hệ thống MV có thể tăng tới 132.000V so với điện áp mặt đất. Máy biến áp nối đất là cần thiết để buộc hệ thống MV xuống đất và giữ cho nó không bị nổi đến điện áp nguy hiểm.
2. 'Neutral' dòng zero-chuỗi làm chảy trên mạng MV, tức là từ dòng dung sạc hiện tại. (Chỉnh sửa 2015-09-22: Dòng sạc được cân bằng trong điều kiện bình thường.) Máy biến áp nối đất cung cấp cho các dòng không tuần tự này một nơi để đi.
3. Biến áp nối đất sẽ là đường hồi lưu hấp dẫn nhất đối với bất kỳ dòng sự cố ngắn mạch nào xảy ra do lỗi nối đất. Vì vậy, đây là một nơi hấp dẫn để đặt rơle phát hiện lỗi trái đất.

$\Delta$

Dòng điện sẽ không chảy trên hai pha còn lại và do đó tải sẽ không thay đổi điện áp trên hai đường dây thứ cấp khác.

Để tham khảo, tôi đã nhận được hình ảnh này từ prof. Franco Mastri slide .

Phía sơ cấp / điện áp cao của hệ thống có khả năng xử lý dòng pha không cân bằng, nhưng để sử dụng tài nguyên tối ưu, chúng nên được cân bằng. ví dụ: nếu mỗi pha có tải tối đa cho phép là 1.000A thì nếu các dòng thực tế là 1000, 900, 1100, bạn phải giảm tải tổng thể để duy trì dòng tối đa ở mức <= 1000A để bạn giảm quy mô xuống 1000/1100 = 0,9091 trong mỗi pha cho 909, 818, 1000 amps hoặc tổng cộng 2727A thay vì tối đa 3000 đáng chú ý để xử lý công suất là khoảng 91% so với mức cần thiết.

Nếu bạn cung cấp ba pha không có trung tính với phía sơ cấp biến áp được kết nối delta và kết nối ba cuộn dây pha đầu ra ở chế độ sao, bạn sẽ có một trung tính (điểm trung tâm của delta) cộng với 3 pha. Tải trọng thứ cấp cần được cân bằng nếu cần có dòng pha chính cân bằng. Do đó: