¿Cómo se logra la transición de la distribución trifásica sin neutro al consumo trifásico con neutro?

Una red de distribución típica suministra 6 o 10 kilovoltios de CA a una subestación cerca de los consumidores. Esto generalmente se hace con una línea trifásica sin neutro, solo tres cables que van en paralelo. Luego hay un transformador que reduce el voltaje a algo así como 110 o 230 voltios de corriente alterna.

Los consumidores suelen tener una carga monofásica, por lo que aquí viene el neutro: ahora tenemos cables trifásicos y el cable neutro como salida del transformador y esas cargas monofásicas de diferentes consumidores están conectadas a las fases de forma circular para que el Con suerte, la corriente en el neutro se minimiza y las fases conducen corrientes iguales. Sin embargo, a menos que la carga esté perfectamente equilibrada, diferentes fases conducirán diferentes corrientes en el lado secundario del transformador y la diferencia es la corriente que fluye a través del neutro.

¿Cómo se aborda eso en el lado primario y en la línea de alto voltaje donde solo hay cables trifásicos y ningún cable neutro?

Una red de distribución típica en Australia se parecerá a la siguiente.

La sección "MV" es un sistema de "tres cables" conectado por delta, por lo que tiene razón al afirmar que no hay cable neutro. Sin embargo, no es un camino para neutro o corrientes de secuencia cero "" fluyan a tierra, a través de la puesta a tierra 'zigzag' transformador que está instalado para este propósito. (Las razones para instalar un transformador de puesta a tierra merecen una pregunta y una respuesta por separado).

Hay algunos fenómenos que pueden dar lugar a una corriente neutra en una línea de transmisión de MT, pero las cargas de BT desequilibradas, que hacen que fluya una corriente en el punto estelar / neutro de BT, no causan la corriente de neutro de MT .

¿Porqué es eso?

La imagen de arriba muestra un sistema de estrella de tierra delta HV delta HV. Hay una carga monofásica que extrae 1 unidad (1 pu) de corriente del devanado LV 1, y la corriente regresa a través del LV neutral.

¿Qué pasa en el HV?

Cada uno de los devanados HV y LV del transformador están acoplados magnéticamente por núcleos de hierro, por lo que debe aplicarse la ley del "balance de amperios-vueltas". Es decir, la conservación de energía se aplica entre los pares de bobinados de AT y BT, HV1-LV1, HV2-LV2 y HV3-LV3.

Eso significa que una corriente de 1 pu en el devanado LV 1 debe equilibrarse con una corriente de 1 pu en el devanado HV1. Y dado que no fluye corriente en LV2 o LV3, tampoco puede fluir corriente en HV2 o HV 3.

Según la Ley de Corriente de Kirchoff, la corriente de 1 pu en Winding HV1 debe provenir de la línea H1 L1 y la línea HV L2. Es decir:

Para un sistema delta-HV, estrella-tierra-LV, las cargas LV monofásicas aparecen como cargas de fase a fase en el sistema HV.

Esto responde a su pregunta original: no importa cuán desequilibrada sea la carga en el lado LV, no fluirá corriente neutral en el lado HV, por lo que no se necesita cable neutro.

Esto lleva a la pregunta de: "Si no se necesita un cable neutro en el sistema conectado por delta, ¿por qué nos molestamos en ponerle un transformador de tierra?"

Puedo pensar en un par de razones, aunque no estoy seguro de esto, así que no me cite aquí ...

1. Sin una conexión a tierra, la red delta flotaría en relación con la tierra y podría tener cualquier potencial arbitrario en relación con la tierra. Es decir, el sistema MV podría elevarse hasta 132,000 V sobre el voltaje del suelo. El transformador de puesta a tierra es necesario para conectar el sistema MV a tierra y evitar que flote a voltajes peligrosos.
2. 'Neutral' corrientes de secuencia cero no fluyen en la red MV, es decir, desde la línea Corriente de carga capacitiva. (Edición 2015-09-22: la corriente de carga se equilibra en condiciones normales). El transformador de puesta a tierra les da un lugar a estas corrientes de secuencia cero.
3. El transformador de puesta a tierra será la ruta de retorno más atractiva para cualquier corriente de falla de cortocircuito resultante de una falla de conexión a tierra. Por lo tanto, es un lugar atractivo para colocar un relé de detección de falla a tierra.

$\Delta$

La corriente no fluirá en las otras dos fases y, por lo tanto, la carga no cambiará el voltaje en las otras dos líneas del secundario.

Como referencia, obtuve esta imagen del prof. Franco Mastri se desliza .

El lado primario / de alto voltaje del sistema es capaz de manejar corrientes de fase de desequilibrio, pero para un uso óptimo de los recursos deben estar equilibrados. por ejemplo, si cada fase tiene una carga máxima permitida de, digamos, 1,000 A, entonces si las corrientes reales son 1000, 900, 1100, debe reducir la carga total para mantener la corriente máxima en <= 1000 A, de modo que disminuya en un factor de 1000/1100 = 0.9091 en cada fase que da 909, 818, 1000 amperios o un total de 2727A en lugar del máximo teórico de 3000, por lo que el manejo de potencia es aproximadamente el 91% de lo que debería ser.

Si alimenta tres fases sin neutro a un lado primario del transformador conectado en delta y conecta los tres devanados de fase de salida en modo estrella, obtendrá un neutro (punto central del delta) más 3 fases. Las cargas secundarias deben equilibrarse si se requieren corrientes de fase primaria equilibradas. Por lo tanto: