フローティングニュートラルとは何ですか効果とテスト方法および修正方法

Rabert T

フィールド: 電気工学

Canada

電力システムは、フェーズ、ニュートラル、アースの3つの接続で構成されています。電気エネルギーが負荷を安全に通過するためには、各ワイヤーの接続が重要です。

簡単に言えば、

フェーズワイヤーは主な負荷電流を負荷に運ぶために使用されます。
ニュートラルワイヤーは非常に小さいまたは無視できるほど小さな戻り電流を電源に戻すために使用されます。
アースワイヤーは漏れ電流を地面に導くために使用されます。

具体的には、ニュートラルワイヤーには一般的な問題があり、これが修正されないとすぐに電気回路を妨げます。その問題はフローティングニュートラルです。

フローティングニュートラルとは何ですか？

フローティングニュートラル

アンバランスな負荷のスター点が発電機や配電トランスフォーマーなどの電源のスター点に接続されていない場合、各フェーズ間のフェーズ電圧は一定ではなくなり、変動します。

このように孤立したスター点（または）ニュートラル点の電位は常に変動し、固定されていないため、フローティングニュートラルと呼ばれています。

フローティングニュートラルという条件下では、回路のニュートラルワイヤーが地面から切り離されます。ACシステムのニュートラルワイヤーは常に地面に接地されていますが、

緩い接続、
ニュートラルフラットの断線、
不良な回路接続、または
ショートサーキット

これらすべてが電力システムでフローティングニュートラルを引き起こす可能性があります。

ニュートラルとは何か、なぜ接地されるのか？

三相交流システムにおける各フェーズ間の位相差は120°です。デルタスタートランスフォーマーには中央または共通のポイントがあり、ここからR、Y、Bフェーズのすべての3つの巻線に対して120°の位相角シフトを持つ等しい電位差が得られます。

バランス状態ではニュートラルポイントの電圧は0です。アンバランスな負荷または故障状態によりいずれかのフェーズの位相角が変わると、ニュートラルワイヤーにアンバランス電圧（または）電流が生成されます。

各スタート巻線トランスフォーマーのニュートラルワイヤーは、システムを保護するために確実に接地されています。負荷端でアンバランスまたはフェーズ対地がある場合、アンバランス（または）故障電流は地面を使用してクローズループを通じてニュートラルワイヤーに流れます。

保護リレーはニュートラル電流を認識し、負荷を分離することによって機能します。

フローティングニュートラルの影響

フローティングニュートラルは交流(AC)システムにおいて非常に有害です。ユーザーは以下の障害を経験することがあります：

ニュートラルポイントでのアンバランス電圧は、システムおよび関連設備の安定性に影響を与えます。

フローティンググランドによるアンバランス（または）故障電流のため、リレーがそれを検出せず、関連する保護システムが動作しないことがあります。

ニュートラルフローティングの様々な要因

ニュートラルフローティングの根本的な原因として多くの要素が特定されています。フローティングニュートラルの影響は、ニュートラルが切断されたときに依存します。

1) 三相配電トランスフォーマー

トランスフォーマーニュートラルの故障の多くは、故障したニュートラルブッシングによって引き起こされます。

ニュートラルコンダクターがトランスフォーマーブッシングで壊れる主な理由は、ラインタップの適用です。振動と温度差により、時間とともにラインタップのナットが緩み、ホットコネクションになります。コンダクターが溶け始め、ニュートラルが切れてしまいます。

不適切なインストールと技術者の作業もニュートラル故障の一因です。

三相トランスフォーマーのニュートラルが損傷している場合、システムの負荷のバランスに応じて電圧がライン電圧まで浮上します。このようなニュートラルフローティングは、供給に接続されている顧客の設備を損傷させる可能性があります。

通常の条件下では、電流はフェーズから負荷へ、そして負荷から電源（配電トランスフォーマー）に戻ります。ニュートラルが切断されると、赤フェーズからの電流が青または黄色のフェーズに移動することで、負荷間のライン対ライン電圧が生成されます。

顧客によっては低電圧または過電圧を経験することがあります。

2) LV線のニュートラルコンダクターが切断された場合

空中のLV配電ニュートラルコンダクターが切断された結果は、トランスフォーマーでの切断と同じです。

フェーズ電圧の代わりに、供給電圧がライン電圧まで浮上します。問題の条件によって、接続された顧客の設備が損傷する可能性があります。

3) サービスニュートラルコンダクターが切断された場合

サービスコンダクターのニュートラルが損傷すると、消費者のポイントでの供給が減少するだけです。顧客の設備への損傷はありません。

4) ニュートラル接地抵抗が高い配電トランスフォーマー

良好な接地抵抗は、ニュートラルピットのニュートラル電流が地面に放出するための低抵抗パスを提供します。高接地抵抗は、配電トランスフォーマーでのニュートラル接地のために高抵抗パスを提供します。

十分な故障電流を即座に保護装置に利用できるようにし、ニュートラルのシフトを防ぐためには、地球抵抗を十分に低く制限する必要があります。

5) 過負荷とアンバランスな負荷

過負荷とアンバランスな負荷分布が組み合わさったものが、ニュートラル故障の最も一般的な原因の一つです。

ニュートラルは、ニュートラルコンダクターを通る最小限の電流の流れを許可するように適切に設定する必要があります。理論的には、フェーズ電流の120°の位相シフトによるキャンセルにより、ニュートラルでの電流の流れはゼロになるはずです。

IR<0 + IY + 120 + IB – 120 = IN

過負荷かつアンバランスなネットワークでは、多くの電流がニュートラルを流れ、最も弱い点でニュートラルが切れます。

6). 共有ニュートラル

一部の建物の配線では、2つ（または）3つのフェーズが単一のニュートラルを共有しています。元々の計画は、パネルボードの4線（3つのフェーズとニュートラル）配線をブランチ回路レベルで模倣することでした。理論的には、アンバランスな電流のみがニュートラルに戻るべきです。そのため、1つのニュートラルで3つのフェーズの仕事を完了できます。しかし、単相非線形負荷の増加により、この配線の回避策は急速に終わりを迎えました。問題はゼロシーケンス電流です。

特に第3高調波のような非線形負荷からの統計的な合算は、ニュートラルに戻ります。追加のニュートラル電流は、ニュートラルと地面間の電圧を上げ、これは危険であり、サイズが不足しているニュートラルを過熱させる可能性があります。このニュートラルと地面間の電圧は、負荷に供給されるライン対ニュートラル電圧を低下させます。

7). 劣悪なメンテナンスと作業品質

メンテナンススタッフは通常、LVネットワークにほとんど注意を払いません。ニュートラルコンダクターの緩みや締め付け不足は、ニュートラルの連続性に影響を与え、フローティングニュートラルを引き起こす可能性があります。

フローティングニュートラルをどのようにテストできますか？

通常の条件下では、ニュートラルは常に接地され、ニュートラルポイントの電圧は地面に対するものとして常にゼロであるべきです。フローティングニュートラルの状態が継続する場合、ニュートラルポイントと地面との間にいくつかの電圧のアンバランスが存在するはずです。ニュートラルと地面間の電圧を測定することで、システムをテストすることができます。