Quin és l'efecte de la corrent neutra en un transformador de distribució?

Impacte de la corrent neutra en els transformadors de distribució

La corrent neutra (Neutral Current) té diversos impacts significatius en els transformadors de distribució, que es poden resumir com segueix:

1. Sobrecàrrega del conductor neutre

• Causa: En un sistema trifàsic de quatre fils, si les càrregues trifàsiques estan desequilibrades o hi ha nombroses càrregues monofàsiques (com l'electricitat residencial), el conductor neutre pot portar una corrent substancial. A més, les corrents harmòniques (especialment les tercères harmòniques i els seus múltiples) també flueixen a través del conductor neutre, augmentant la corrent neutra.

• Impacte: La sobrecàrrega del conductor neutre pot provocar sobrecalentament, amb el risc de cremar el conductor neutre o els seus punts de connexió. Això no només afecta la qualitat de l'energia, sinó que també pot suposar perills de seguretat, com incendis.

2. Augment de temperatura del transformador

• Causa: Quan les càrregues trifàsiques estan desequilibrades, la corrent neutra augmenta, produint una corrent més elevada al punt neutre del transformador. A més, les corrents harmòniques incrementen les pèrdues de cobre i de ferro al transformador, resultant en un augment de la temperatura.

• Impacte: Un augment excessiu de temperatura pot acurtar la vida útil del transformador, reduir l'eficiència i activar dispositius de protecció contra el sobrecalentament, causant saltos o tallades d'electricitat. El sobrecalentament a llarg termini també pot enderrocar els materials aïllants del transformador, augmentant el risc de fallida.

3. Desequilibri de tensió

• Causa: Les càrregues trifàsiques desequilibrades fan que el punt neutre es desplaçi, provocant un desequilibri de tensió entre les tres fases. Especialment, quan hi ha moltes càrregues monofàsiques, la tensió en una fase pot augmentar mentre que les tensions en les altres fases disminueixen.

• Impacte: El desequilibri de tensió pot afectar el funcionament normal dels dispositius connectats al transformador, especialment els motors i l'equip electrònic sensible als canvis de tensió. El desequilibri de tensió pot conduir a una reducció de l'eficiència, sobrecalentament, acurtament de la vida útil i fins i tot a danys en aquests dispositius.

4. Contaminació harmònica

• Causa: En els sistemes moderns d'energia, les càrregues no lineals (com els variadors de freqüència, els rectificadors i els ordinadors) generen corrents harmòniques, especialment les tercères harmòniques i els seus múltiples, que flueixen a través del conductor neutre. Aquestes corrents harmòniques produeixen pèrdues addicionals al transformador i poden causar resonància harmònica, exacerbant així la contaminació harmònica.

• Impacte: La contaminació harmònica pot degradar el rendiment dels transformadors i altres equips elèctrics, augmentar el consum d'energia i acurtar la vida útil dels dispositius. A més, les harmòniques poden interferir amb els sistemes de comunicació i els dispositius de control automàtic, afectant la estabilitat i la fiabilitat del sistema.

5. Desplaçament del punt neutre

• Causa: Quan les càrregues trifàsiques estan severament desequilibrades, el potencial del punt neutre es desplaça, provocant un augment de la corrent neutra. Això és especialment comú en els sistemes de distribució de baixa tensió amb moltes càrregues monofàsiques.

• Impacte: El desplaçament del punt neutre pot fer que algunes fases tinguin tensions més altes mentre que d'altres tenen tensions més baixes, afectant la qualitat de l'energia. Per als dispositius que requereixen una tensió estable, les fluctuacions de tensió poden causar malfuncionament o danys.

6. Reducció de l'ús de la capacitat del transformador

• Causa: Quan les càrregues trifàsiques estan desequilibrades, una fase del transformador pot sobrecarregar-se mentre que les altres fases tenen càrregues més lleugeres. Aquest desequilibri redueix l'ús general de la capacitat del transformador, encara que la càrrega real no hagi arribat al valor nominal, però la corrent en una fase ha superat el rang permès.

• Impacte: La reducció de l'ús de la capacitat significa un desperdici de recursos energètics i un increment dels costos operatius per a les companyies elèctriques. Per gestionar les càrregues desequilibrades, pot ser necessari substituir el transformador per una unitat de major capacitat, incrementant la inversió de capital.

7. Malfuncionament de la protecció de relè

• Causa: Una corrent neutra excesiva o corrents harmòniques poden activar els dispositius de protecció de relè del transformador, provocant saltos innecessaris o malfuncionaments. En els sistemes de distribució de baixa tensió, una corrent neutra excesiva també pot activar els dispositius de corrent residual (RCD).

• Impacte: Els malfuncionaments de la protecció de relè poden provocar tallades innecessàries d'electricitat, afectant l'ús normal de l'electricitat. En la producció industrial o en instal·lacions crítiques, les tallades d'electricitat poden resultar en pèrdues econòmiques o problemes de seguretat.

Solucions

Per mitigar l'impacte de la corrent neutra en els transformadors de distribució, es poden adoptar les següents mesures:

• Optimitzar la distribució de la càrrega: Mantenir les càrregues trifàsiques tan equilibrades com sigui possible i evitar la concentració de càrregues monofàsiques.

• Instal·lar filtres harmònics: Per a sistemes amb un gran nombre de càrregues no lineals, instal·lar filtres harmònics per reduir l'impacte de les corrents harmòniques en el transformador.

• Fortalecer el disseny del conductor neutre: Assegurar que el conductor neutre tingui una secció transversal suficientment gran per manejar la corrent neutra màxima possible, prevenint la sobrecàrrega.

• Utilitzar dispositius de compensació de desequilibri trifàsic: Instal·lar dispositius de compensació de desequilibri trifàsic per equilibrar les càrregues i reduir la corrent neutra.

• Manteniment i monitorització regulars: Inspeccionar regularment l'estat d'operació del transformador, monitoritzar la corrent neutra i la temperatura, i abordar prontament les possibles incidències.

Resum

La corrent neutra té diverses conseqüències en els transformadors de distribució, incloent-hi la sobrecàrrega del conductor neutre, l'augment de temperatura, el desequilibri de tensió, la contaminació harmònica, el desplaçament del punt neutre, la reducció de l'ús de la capacitat i els malfuncionaments de la protecció de relè. Per assegurar l'operació segura i fiable dels transformadors, calen mesures eficients per gestionar i controlar la corrent neutra, optimitzar la distribució de la càrrega, reduir la contaminació harmònica i millorar el manteniment i la monitorització del sistema.