Como é alcançada a transição da distribuição trifásica sem consumo neutro para trifásico com neutro?

Uma rede de distribuição típica fornece 6 ou 10 quilovolts CA a uma subestação próxima aos consumidores. Isso geralmente é feito com uma linha trifásica sem neutro - apenas três fios paralelos. Depois, há um transformador que reduz a tensão para algo como 110 ou 230 volts CA.

Os consumidores normalmente têm carga monofásica e, portanto, aqui está o neutro - agora temos fios trifásicos e o fio neutro como saída do transformador e essas cargas monofásicas de diferentes consumidores são conectadas às fases de maneira round robin, para que o espera-se que a corrente no neutro seja minimizada e as fases conduzam correntes iguais. No entanto, a menos que a carga esteja perfeitamente equilibrada, diferentes fases conduzem correntes diferentes no lado secundário do transformador e a diferença é a corrente que flui através do neutro.

Como isso é abordado no lado primário e na linha de alta tensão, onde existem apenas fios trifásicos e sem fio neutro?

Uma rede de distribuição típica na Austrália será semelhante à abaixo.

A seção "MV" é um sistema "três fios" conectado em delta, portanto, você está certo ao afirmar que não há fio neutro. No entanto, não é um caminho para neutro ou correntes "de seqüência-zero" a fluir para a terra, através da ligação à terra 'zig-zag' transformador que está instalado para esse fim. (As razões para instalar um transformador de aterramento merecem uma pergunta e resposta separadas.)

Existem alguns fenômenos que podem dar origem a corrente neutra em uma linha de transmissão de MT, mas cargas desequilibradas de VE, que fazem com que uma corrente flua no ponto estrela / neutro de VE, não causam corrente neutra de MV .

Por que é que?

A figura acima mostra um sistema LV em estrela aterrada de alta tensão delta. Existe uma carga monofásica que extrai 1 unidade (1 pu) de corrente do enrolamento do VE 1, com a corrente retornando pelo neutro do VE.

O que acontece no HV?

Cada um dos enrolamentos HV e LV do transformador é magneticamente acoplado por núcleos de ferro, de modo que a lei do "equilíbrio de voltas-amp" deve ser aplicada. Ou seja, a conservação de energia se aplica entre os pares de enrolamentos HV e LV, HV1-LV1, HV2-LV2 e HV3-LV3.

Isso significa que uma corrente de 1 pu no enrolamento LV 1 deve ser equilibrada por uma corrente de 1 pu no enrolamento HV1. E como nenhuma corrente flui em LV2 ou LV3, nenhuma corrente pode fluir em HV2 ou HV 3 também.

Pela lei atual de Kirchoff, a corrente de 1 pu no Winding HV1 deve ser originária das linhas HV L1 e HV L2. Isso é:

Para um sistema delta-HV, estrela aterrada-LV, as cargas monofásicas do VE aparecem como cargas fase a fase no sistema HV.

Isso responde à sua pergunta original: não importa o quão desequilibrada a carga no lado LV, nenhuma corrente neutra fluirá no lado HV, portanto , nenhum fio neutro é necessário.

Isso leva à questão de: "Se nenhum fio neutro é necessário no sistema conectado ao delta, por que nos incomodamos em colocar um transformador de aterramento nele?"

Algumas razões pelas quais consigo pensar - embora não tenha certeza, não me cite aqui ...

1. Sem uma conexão com a terra, a rede delta flutuaria em relação ao solo e pode ter qualquer potencial arbitrário em relação ao solo. Ou seja, o sistema MV pode subir até 132.000V acima da tensão do solo. O transformador de aterramento é necessário para amarrar o sistema MV ao terra e impedir que ele flutue em tensões perigosas.
2. Correntes de sequência zero 'neutro' que fluem na rede MV, isto é, a partir de linha capacitivo corrente de carregamento. (Editar 2015-09-22: A corrente de carga é balanceada em condições normais.) O transformador de aterramento fornece a essas correntes de sequência zero um lugar para ir.
3. O transformador de aterramento será o caminho de retorno mais atraente para qualquer corrente de falha de curto-circuito resultante de uma falha de aterramento da linha. Portanto, é um local atraente para colocar um relé de detecção de falha à terra.

$\Delta$ ) e o usuário conectado a cada fase de um transformador conectado em estrela com neutro.

A corrente não flui nas outras duas fases e, portanto, a carga não altera a tensão nas outras duas linhas do secundário.

Para referência, eu peguei essa foto do prof. Slides de Franco Mastri .

O lado primário / de alta tensão do sistema é capaz de lidar com correntes de fase de desequilíbrio, mas para o uso ideal dos recursos, elas devem ser equilibradas. por exemplo, se cada fase tiver uma carga máxima permitida de, digamos, 1.000A, se as correntes reais forem 1000, 900, 1100, você deverá reduzir a carga geral para manter a corrente máxima em <= 1000A, para reduzir em um fator de 1000/1100 = 0,9091 em cada fase, fornecendo 909, 818, 1000 amperes ou um total de 2727A em vez do máximo nocional de 3000, para que o manuseio de energia seja cerca de 91% do que deveria ser.

Se você alimentar três fases sem neutro em um lado primário do transformador conectado ao delta e conectar os três enrolamentos da fase de saída no modo estrela, obterá um ponto neutro (ponto central do delta) mais 3 x fases. As cargas secundárias precisam ser balanceadas se forem necessárias correntes de fase primária balanceadas. Assim: