¿Qué es una línea de retorno en la transmisión de energía de CA? ¿Por qué es necesario?

En la mayoría de los casos, la fase 3 se distribuye en delta para usar solo 3 cables más cable a tierra para absorber la iluminación y transformarse a Y con una toma de tierra neutral. Esto es para las clasificaciones de seguridad y ruptura dieléctrica del equipo w.r.t. suelo. En un sistema equilibrado sin corrientes armónicas, el neutro tiene una corriente cero.

Sin embargo, durante las reconexiones de línea y el funcionamiento normal, cada fase puede estar desequilibrada y, por lo tanto, Neutral transporta el resto de la suma del phaser de 3 fases. La impedancia de salida del transformador a menudo clasificada por unidad (p.u.) de V / A nominal afecta la regulación de la carga y la variación de voltaje neutro durante los transitorios de encendido y los transitorios de carga, por lo que la impedancia neutra también es importante. Para un arranque de sobre / bajo voltaje, la línea a neutro en cada fase es importante para suministrar energía de buena calidad.

Dado que los armónicos en una sola fase no son compartidos por otras fases y se acumulan desde cada fase en el cable Neutral. Si las cargas tienden a ser de línea no lineal a neutral, las partes interesadas del transformador pueden optar por duplicar la ampacidad del cable neutro para evitar el sobrecalentamiento de la conducción. Los transformadores están clasificados para un desequilibrio limitado cerca de la carga total en cualquier fase, con el fin de reducir las corrientes de cortocircuito y la sobrecarga neutral.

Esta discusión será muy básica y pictórica. Solo discutirá la conexión estrella o estrella e ignorará delta (por ahora de todos modos).

Figura1.Estaanimacióndeunsistemadealimentacióntrifásicosimplemuestraelprincipiobásicodeunacargaequilibrada.Observecómolaspartículasdecorrientequeentranysalendelasumadelnodoestrellaacero.Fuente: BillC en Wikimedia .

Debe quedar claro que podríamos conectar el punto de estrella del generador al punto de estrella de la carga con un conductor neutro, pero que no fluiría corriente en él ya que las tres fases están perfectamente equilibradas.

Figura 2. Tomando el diagrama del OP para representar las corrientes en la carga equilibrada, podemos ver que en los ejemplos (1), (2) y (3) se suman a cero. (No hice trampa al estirarme ni a las flechas de cada grupo).

• Si desequilibramos la carga, las cosas cambian un poco. Sin un neutro, los puntos de estrella cambiarán para ajustar el voltaje de fase-estrella para mantener el balance de corriente.
• Si agregamos el neutro, podemos forzar a los puntos de la estrella a permanecer en el mismo potencial y mantener el mismo voltaje en cada fase de carga a pesar de las diferentes corrientes en cada uno. La diferencia entre las corrientes de fase debe ser llevada por el neutral.

Si la alimentación trifásica está cableada en el modo DELTA (que se muestra a la derecha), entonces no se necesita una línea de "retorno" o "neutral". Sin embargo, si la alimentación trifásica está cableada en modo WYE (que se muestra a la izquierda), cada una de las tres fases se referencia de forma independiente (y se devuelve la corriente) al neutro.

  

¿Cuál es el diagrama I vs. t correspondiente?

Si la carga está equilibrada, por ejemplo, tres resistencias del mismo valor, el diagrama I vs. t correspondiente es el mismo que el diagrama V vs. t, excepto que las amplitudes son tres valores de corriente iguales en lugar de tres de voltaje igual valores.

  

¿El diagrama ayudaría a explicar qué es una "línea de retorno" y por qué es necesario?

El diagrama ayuda a explicar las siguientes matemáticas que van con las explicaciones del diagrama en otras respuestas:

Llame a las fases a, b y c en lugar de 1, 2 y 3. Suponga que la amplitud actual es \ $ I_p \ $.

\ $ I_a = I_p \ sin (a) \ $, \ $ I_b = I_p \ sin (b) \ $, y \ $ I_c = I_p \ sin (c) \ $.

La fase b se desplaza 120 ° desde la fase a, y la fase c se desplaza 240 ° desde la fase a, por lo que

\ $ I_b = I_p sin (a + 120 °) \ $ y \ $ I_c = I_p sin (a + 240 °) \ $.

Cualquier texto de trigonometría explicará que \ $ \ sin (a + b) = \ sin a \ cos b + \ cos a \ sin b \ $.

Desde \ $ \ sin 120 ° \ approx 0.866 \ $, \ $ \ sin 240 ° \ approx -0.866 \ $, \ $ \ cos 120 ° = -0.5 \ $, y \ $ \ cos 240 ° = - 0.5 \ $, entonces

$$ I_p \ sin a + I_p \ sin (a + 120 °) + I_p \ sin (a + 240 °) = 0. $$

Las tres corrientes de fase se agregan a cero, por lo que no hay necesidad de una línea de retorno.

Si la carga no está equilibrada, las amplitudes son \ $ I_p \ $, \ $ I_q \ $ y \ $ I_r \ $. La suma de las corrientes de fase puede no ser cero, por lo que puede ser necesaria una línea de retorno. Si no se proporciona una línea de retorno, el desequilibrio actual causará un desequilibrio de voltaje. Una pequeña cantidad de desequilibrio de voltaje probablemente puede ser tolerado. No creo que haya una manera de desequilibrar las corrientes sin hacer que la suma de las corrientes de fase sea ≠ 0.