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

Una red de distribución típica en Australia se verá como la siguiente.

Lasección"MV" es un sistema de "tres cables" conectado al delta, por lo que tiene razón al afirmar que no hay un cable neutro. Sin embargo, hay una ruta para que las corrientes neutras o de "secuencia cero" fluyan a tierra, a través del transformador de puesta a tierra 'zig-zag' que se instala para este propósito. (Las razones para instalar un transformador de puesta a tierra merecen una pregunta y una respuesta separadas.)

Hay algunos fenómenos que pueden dar lugar a una corriente neutra en una línea de transmisión de MT, pero las cargas de LV no balanceadas, que hacen que una corriente fluya en el punto de referencia / neutral de LV, no causan una neutral de MV actual .

¿Por qué es eso?

LaimagendearribamuestraunsistemaLVconestrelladeltaHVdelta.Hayunacargamonofásicaqueextrae1unidad(1p.u.)decorrientedeldevanado1delLV,ylacorrienteregresaatravésdelneutrodelLV.

¿QuésucedeenelHV?

CadaunodelosdevanadosHVyLVdeltransformadorestánacopladosmagnéticamentepornúcleosdehierro,porloquedebeaplicarselaleyde"balance de amplificación y giro". Es decir. la conservación de la energía se aplica entre los pares de devanados HV y LV, HV1-LV1, HV2-LV2 y HV3-LV3.

Eso significa que a 1 p.u. la corriente en el devanado LV 1 debe compensarse con 1 p.u. corriente en bobina HV1. Y como no hay flujos de corriente en LV2 o LV3, tampoco puede fluir corriente en HV2 o HV 3.

Por la ley actual de Kirchoff, el 1 p.u. la corriente en el bobinado HV1 debe obtenerse de la línea HV L1 y la línea HV L2. Es decir:

  

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

Esto responde a su pregunta original: no importa cuán desequilibrada esté la carga en el lado de baja tensión, no fluirá una corriente neutral en el lado de alta tensión, por lo que no se necesita un cable neutro.

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

Un par de razones en las que puedo pensar, aunque no estoy seguro de esto, no me cites aquí ...

1. Sin una conexión a tierra, la red delta flotaría en relación con la tierra y podría tener un potencial arbitrario en relación con la tierra. Es decir. El sistema de MT podría elevarse hasta 132,000 V por encima del voltaje del suelo. El transformador de puesta a tierra es necesario para conectar el sistema de MT a tierra y evitar que flote a voltajes peligrosos.
2. Las corrientes 'neutrales' de secuencia cero do fluyen en la red de MT, es decir, desde corriente de carga de línea capacitiva. (Edición 2015-09-22: La corriente de carga es equilibrado en condiciones normales.) El transformador de puesta a tierra le da a estas corrientes de secuencia cero un lugar donde ir.
3. El transformador de puesta a tierra será el camino de retorno más atractivo para cualquier corriente de falla de cortocircuito que resulte de una falla de conexión a tierra. Por lo tanto, es un lugar atractivo para colocar un relé de detección de falla a tierra.

Por lo general, se realiza con la línea de distribución que alimenta el transformador con una conexión de triángulo (o \ $ \ Delta \ $), y el usuario se conecta a cada fase de un transformador conectado en estrella con neutro.

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.

Comoreferencia,obtuveestafotodelprofesor.FrancoMastri diapositivas .

El lado primario / 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, por ejemplo, 1,000 A, entonces, si las corrientes reales son 1000, 900, 1100, tiene que reducir la carga general para mantener la corriente máxima en < = 1000A, de manera que la escala sea un factor de 1000 / 1100 = 0.9091 en cada fase que ofrece 909, 818, 1000 amperios o un total de 2727A en lugar del máximo nocional de 3000, por lo que el manejo de la potencia es aproximadamente el 91% de lo que debería ser.

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