Bagaimana transisi dari distribusi tiga fase tanpa konsumsi netral ke tiga fase dengan pencapaian netral?

Grid distribusi yang khas memasok 6 atau 10 kilovolt AC ke gardu dekat konsumen. Ini biasanya dilakukan dengan garis tiga fase tanpa netral - hanya tiga kabel yang paralel. Lalu ada trafo yang menurunkan tegangan menjadi sesuatu seperti 110 atau 230 volt AC.

Konsumen biasanya memiliki beban fase tunggal dan inilah netral - kami sekarang memiliki tiga kabel fase dan kawat netral sebagai output transformator dan beban fase-tunggal dari konsumen yang berbeda terhubung ke fase dalam mode round-robin sehingga arus dalam netral diharapkan diminimalkan dan fase melakukan arus yang sama. Namun, kecuali jika bebannya seimbang sempurna, fase-fase yang berbeda akan menghasilkan arus yang berbeda di sisi sekunder transformator dan perbedaannya adalah arus yang mengalir melalui netral.

Bagaimana itu dialamatkan di sisi primer dan jalur tegangan tinggi di mana hanya ada tiga fase kabel dan tidak ada kawat netral?

Jaringan distribusi tipikal di Australia akan terlihat seperti di bawah ini.

Bagian "MV" adalah sistem "tiga-kawat" yang terhubung dengan delta, jadi Anda benar dalam menyatakan bahwa tidak ada kabel netral. Namun, ada adalah jalan untuk netral atau "nol-urutan" arus mengalir ke tanah, melalui pembumian yang 'zig-zag' transformator yang dipasang untuk tujuan ini. (Alasan untuk memasang transformator pembumian layak mendapatkan pertanyaan dan jawaban terpisah.)

Ada beberapa fenomena yang dapat menimbulkan arus netral pada saluran transmisi MV, tetapi beban LV yang tidak seimbang, yang menyebabkan arus mengalir di titik-bintang / netral LV, tidak menyebabkan arus netral MV .

Mengapa demikian?

Gambar di atas menunjukkan delta HV, sistem LV grounded-star. Ada beban fase tunggal yang menarik 1 unit (1 pu) arus dari lilitan LV 1, dengan arus balik melalui LV netral.

Apa yang terjadi pada HV?

Masing-masing belitan HV dan LV transformator secara magnetis digabungkan oleh inti besi, sehingga hukum "keseimbangan amp-putar" harus berlaku. Yakni konservasi energi berlaku antara pasangan belitan HV dan LV, HV1-LV1, HV2-LV2, dan HV3-LV3.

Itu berarti bahwa arus 1 pu pada belitan LV 1 harus seimbang dengan arus 1 pu pada belitan HV1. Dan karena tidak ada arus yang mengalir di LV2 atau LV3, tidak ada arus yang dapat mengalir di HV2 atau HV3.

Menurut Hukum Saat Ini Kirchoff, arus 1 pu di Winding HV1 harus bersumber dari jalur HV L1 dan jalur HV L2. Itu adalah:

Untuk delta-HV, sistem ground-star-LV, beban LV fase-tunggal muncul sebagai beban fase-ke-fase pada sistem HV.

Ini menjawab pertanyaan awal Anda: tidak peduli seberapa tidak seimbang beban di sisi LV, tidak ada arus netral akan mengalir di sisi HV, sehingga tidak ada kawat netral yang diperlukan.

Ini mengarah pada pertanyaan: "Jika tidak diperlukan kabel netral pada sistem yang terhubung dengan delta, mengapa kita repot-repot meletakkan transformator pembumian di atasnya?"

Beberapa alasan yang dapat saya pikirkan - meskipun saya tidak yakin tentang ini, jadi jangan mengutip saya di sini ...

1. Tanpa koneksi ke bumi, jaringan delta akan melayang relatif ke tanah dan mungkin ada potensi sewenang-wenang relatif terhadap tanah. Yaitu sistem MV bisa naik hingga 132.000V di atas tegangan tanah. Transformator pembumian diperlukan untuk mengikat sistem MV ke ground dan menjaganya agar tidak mengambang ke tegangan berbahaya.
2. 'Netral' nol-urutan arus yang mengalir pada jaringan MV, yaitu dari garis kapasitif arus pengisian. (Sunting 2015-09-22: Arus pengisian seimbang dalam kondisi normal.) Transformator pembumian memberikan arus urutan-nol ini tempat yang tepat.
3. Transformator pembumian akan menjadi jalur balik paling menarik untuk semua gangguan hubung singkat yang dihasilkan dari gangguan jalur-tanah. Jadi ini adalah tempat yang menarik untuk menempatkan relai pendeteksi gangguan-bumi.

$\Delta$

Arus tidak akan mengalir pada dua fase lainnya dan dengan demikian beban tidak akan mengubah tegangan pada dua saluran sekunder lainnya.

Untuk referensi, saya mendapat foto ini dari prof. Franco Mastri meluncur .

Sisi utama / tegangan tinggi dari sistem ini mampu menangani arus fasa yang tidak seimbang, tetapi untuk penggunaan sumber daya yang optimal mereka harus seimbang. mis. jika setiap fase memiliki beban maksimum yang diijinkan katakanlah 1.000A maka jika arus aktualnya adalah 1000, 900, 1100 Anda harus mengurangi beban keseluruhan untuk mempertahankan arus maks pada <= 1000A sehingga Anda menurunkan dengan faktor 1000/1100 = 0,9091 dalam setiap fase memberikan 909, 818, 1000 amp atau total 2727A daripada 3000 nosional maksimum sehingga penanganan daya sekitar 91% dari yang seharusnya.

Jika Anda memberi makan tiga fase tanpa netral ke sisi utama transformator delta yang terhubung dan menghubungkan tiga belitan fase keluaran dalam mode bintang, Anda mendapatkan netral (titik tengah delta) ditambah 3 fase x. Muatan sekunder harus seimbang jika arus fase primer seimbang diperlukan. Jadi: