Wie wird der Übergang von der dreiphasigen Verteilung ohne Neutral zum dreiphasigen Verbrauch mit Neutral erreicht?

Ein typisches Verteilungsnetz versorgt ein Umspannwerk in der Nähe der Verbraucher mit 6 oder 10 Kilovolt Wechselstrom. Dies erfolgt normalerweise mit einer dreiphasigen Leitung ohne Neutralleiter - nur drei parallel verlaufende Drähte. Dann gibt es einen Transformator, der die Spannung auf etwa 110 oder 230 Volt Wechselstrom senkt.

Die Verbraucher haben normalerweise eine einphasige Last, und hier kommt der Neutralleiter - wir haben jetzt drei Phasendrähte und den Neutralleiter als Transformatorausgang, und diese einphasigen Lasten von verschiedenen Verbrauchern sind im Round-Robin-Verfahren mit Phasen verbunden, so dass die Der Strom im Neutralleiter wird hoffentlich minimiert und die Phasen leiten gleiche Ströme. Wenn die Last nicht perfekt ausbalanciert ist, leiten verschiedene Phasen unterschiedliche Ströme auf der Sekundärseite des Transformators und die Differenz ist der Strom, der durch den Neutralleiter fließt.

Wie wird das auf der Primärseite und der Hochspannungsleitung angegangen, wo es nur drei Phasendrähte und keinen Neutralleiter gibt?

Ein typisches Vertriebsnetz in Australien sieht ungefähr so ​​aus.

Der Abschnitt "MV" ist ein Delta-verbundenes "Drei-Draht" -System, sodass Sie zu Recht behaupten, dass kein Neutralleiter vorhanden ist. Es gibt jedoch einen Pfad, über den Neutral- oder Nullstromströme über den zu diesem Zweck installierten Erdungs-Zick-Zack-Transformator zur Erde fließen können. (Die Gründe für die Installation eines Erdungstransformators verdienen eine separate Frage und Antwort.)

Es gibt einige Phänomene, die zu einem Neutralstrom auf einer MV-Übertragungsleitung führen können, aber unsymmetrische LV-Lasten, die dazu führen, dass ein Strom im LV-Sternpunkt / Neutral fließt, verursachen keinen MV-Neutralstrom .

Warum das?

Das Bild oben zeigt ein Delta-HV-LV-System mit geerdetem Stern. Es gibt eine einphasige Last, die 1 Einheit (1 pu) Strom aus der LV-Wicklung 1 zieht, wobei der Strom über den LV-Neutralleiter zurückkehrt.

Was passiert auf der HV?

Jede der HV- und LV-Wicklungen des Transformators ist durch Eisenkerne magnetisch gekoppelt, so dass das Gesetz des "Amp-Turns-Gleichgewichts" gelten muss. Das heißt, die Energieeinsparung gilt zwischen den Paaren von HV- und LV-Wicklungen, HV1-LV1, HV2-LV2 und HV3-LV3.

Dies bedeutet, dass ein Strom von 1 pu an der Wicklung LV 1 durch einen Strom von 1 pu an der Wicklung HV1 ausgeglichen werden muss. Und da in LV2 oder LV3 kein Strom fließt, darf auch in HV2 oder HV3 kein Strom fließen.

Nach dem aktuellen Gesetz von Kirchoff muss der 1-pu-Strom in der Wicklung HV1 von der HV-Leitung L1 und der HV-Leitung L2 bezogen werden. Das ist:

Bei einem Delta-HV-System mit geerdetem Stern-LV erscheinen einphasige LV-Lasten als Phase-zu-Phase-Lasten im HV-System.

Dies beantwortet Ihre ursprüngliche Frage: Unabhängig davon, wie unausgeglichen die Last auf der Niederspannungsseite ist, fließt auf der HV-Seite kein Neutralstrom , sodass kein Neutralleiter benötigt wird.

Dies führt zu der Frage: "Wenn am Delta-System kein Neutralleiter benötigt wird, warum machen wir uns dann die Mühe, einen Erdungstransformator darauf zu setzen?"

Ein paar Gründe, die mir einfallen - obwohl ich mir nicht sicher bin, zitiere mich hier nicht ...

1. Ohne eine Verbindung zur Erde würde das Delta-Netzwerk relativ zur Erde schweben und könnte sich auf einem beliebigen Potential relativ zur Erde befinden. Das heißt, das MV-System könnte bis zu 132.000 V über der Erdspannung ansteigen. Der Erdungstransformator wird benötigt, um das MV-System an Masse zu binden und zu verhindern, dass es zu gefährlichen Spannungen schwimmt.
2. ‚Neutral‘ Nullströme keine Strömung auf der MV - Netzwerk, das heißt von kapazitiven Leitung Ladestrom. (Edit 2015-09-22: Der Ladestrom ist unter normalen Bedingungen ausgeglichen.) Der Erdungstransformator gibt diesen Nullströmen einen Ort, an den sie gehen können.
3. Der Erdungstransformator ist der attraktivste Rückweg für jeden Kurzschlussfehlerstrom, der aus einem Erdungsfehler resultiert. Es ist also ein attraktiver Ort, um ein Erdschlusserkennungsrelais anzubringen.

$\Delta$

Der Strom fließt nicht auf den beiden anderen Phasen und daher ändert die Last die Spannung auf den beiden anderen Leitungen der Sekundärseite nicht.

Als Referenz habe ich dieses Bild von prof. Franco Mastri rutscht .

Die Primär- / Hochspannungsseite des Systems ist in der Lage, Unwuchtphasenströme zu verarbeiten, aber für eine optimale Ressourcennutzung sollten sie ausgeglichen sein. Wenn beispielsweise jede Phase eine maximal zulässige Last von beispielsweise 1.000 A hat, müssen Sie bei Gesamtströmen von 1000, 900, 1100 die Gesamtlast reduzieren, um den maximalen Strom bei <= 1000 A zu halten, sodass Sie um den Faktor 1000/1100 verkleinern = 0,9091 in jeder Phase, was 909, 818, 1000 Ampere oder insgesamt 2727 A anstelle des fiktiven Maximums von 3000 ergibt, so dass die Belastbarkeit etwa 91% dessen beträgt, was sie sein sollte.

Wenn Sie einer Dreieckstransformator-Primärseite drei Phasen ohne Neutralleiter zuführen und die drei Ausgangsphasenwicklungen im Sternmodus anschließen, erhalten Sie einen Neutralleiter (Mittelpunkt des Dreiecks) plus 3 x Phasen. Die Sekundärlasten müssen ausgeglichen werden, wenn ausgeglichene Primärphasenströme erforderlich sind. Also: