Hvad er effekten af neutralstrøm på en fordeletransformator?

Indflydelse af nøytralstrøm på fordeletransformatorer

Nøytralstrømmen (Neutral Current) har flere betydelige indflydelser på fordeletransformatorer, som kan opsummeres som følger:

1. Overbelastning af den nøytrale leder

• Årsag: I et trefase fireledersystem, hvis de trefaselaster er ubalancerede eller der findes mange enefaselaster (som f.eks. boligelektricitet), kan den nøytrale leder bære en betydelig strøm. Desuden flyder harmoniske strømme (især tredje harmonik og dens multipler) også gennem den nøytrale leder, hvilket øger nøytralstrømmen.

• Indflydelse: Overbelastning af den nøytrale leder kan føre til overophedning, potentielt brand i den nøytrale leder eller dens forbindelsespunkter. Dette påvirker ikke kun kvaliteten af strømforsyningen, men kan også udgøre sikkerhedshensyn, som f.eks. brande.

2. Temperaturstigning i transformator

• Årsag: Når trefaselaster er ubalancerede, øges nøytralstrømmen, hvilket fører til højere strøm ved transformatorens nøytralpunkt. Desuden øger harmoniske strømme kobbertab og jernstab i transformator, hvilket resulterer i øget temperaturstigning.

• Indflydelse: For høj temperaturstigning kan forkorte transformatorens levetid, reducere effektiviteten og udløse overophedningsbeskyttelsesenheder, hvilket kan medføre afbrydelser eller strømafbrydelser. Langvarig overophedning kan også skade transformatorens isolationsmaterialer, hvilket øger risikoen for fejl.

3. Spændingsubalance

• Årsag: Ubalance mellem trefaselaster forårsager at nøytralpunktet skifter, hvilket fører til spændingsubalance mellem de tre faser. Særligt, når der findes mange enefaselaster, kan spændingen i en fase stige, mens spændingerne i de andre faser falder.

• Indflydelse: Spændingsubalance kan påvirke normal drift af enheder forbundet til transformator, især motorer og elektronisk udstyr, der er følsomt over for spændingsændringer. Spændingsubalance kan føre til reduceret effektivitet, overophedning, forkortet levetid og endda skade på disse enheder.

4. Harmonisk forurening

• Årsag: I moderne strømsystemer genererer ikke-lineære laster (som f.eks. frekvensomformere, rektifikatorer og computere) harmoniske strømme, især tredje harmonik og dens multipler, som flyder gennem den nøytrale leder. Disse harmoniske strømme producerer yderligere tab i transformator og kan forårsage harmonisk resonans, hvilket yderligere forværrer harmonisk forurening.

• Indflydelse: Harmonisk forurening kan nedbringe præstationen af transformatorer og andet elektrisk udstyr, øge energiforbrug og forkorte levetiden af enheder. Desuden kan harmonier forstyrre kommunikationssystemer og automatiske styreenheder, hvilket påvirker systemets stabilitet og pålidelighed.

5. Fornøjtralpunktets forskydning

• Årsag: Når trefaselaster er alvorligt ubalancerede, forskydes nøytralpunktets potentiale, hvilket fører til en stigning i nøytralstrømmen. Dette er særligt almindeligt i lavspændingsfordelingsanlæg med mange enefaselaster.

• Indflydelse: Fornøjtralpunktets forskydning kan føre til, at nogle faser har højere spændinger, mens andre har lavere spændinger, hvilket påvirker strømkvaliteten. For enheder, der kræver stabil spænding, kan spændingsfluktuationer forårsage fejl eller skade.

6. Reduceret kapacitetsudnyttelse af transformator

• Årsag: Når trefaselaster er ubalancerede, kan en fase af transformator blive overbelasted, mens de andre faser har lettere belastninger. Denne ubalance reducerer den samlede kapacitetsudnyttelse af transformator, selvom den faktiske belastning ikke har nået den nominerede værdi, men strømmen i en fase har overstigit det tilladte område.

• Indflydelse: Reduceret kapacitetsudnyttelse betyder spild af strømressourcer og øget driftsomkostning for strømfirmaer. For at håndtere ubalancebelastninger kan det være nødvendigt at erstatte transformator med en større kapacitet, hvilket øger kapitalinvesteringen.

7. Fejl i relæbeskyttelse

• Årsag: For høj nøytralstrøm eller harmoniske strømme kan udløse transformatorens relæbeskyttelsesenheder, hvilket fører til unødvendige afbrydelser eller fejl. I lavspændingsfordelingsanlæg kan for høj nøytralstrøm også udløse reststrømssikring (RCD).

• Indflydelse: Fejl i relæbeskyttelse kan forårsage unødvendige strømafbrydelser, hvilket påvirker normal strømforsyning. I industriproduktion eller kritiske anlæg kan strømafbrydelser resultere i økonomiske tab eller sikkerhedsproblemer.

Løsninger

For at mindske indflydelsen af nøytralstrøm på fordeletransformatorer kan følgende foranstaltninger træffes:

• Optimer belastningsfordeling: Oprethold balancerede trefaselaster så vidt muligt og undgå at koncentrere enefaselaster.

• Installér harmoniske filtre: For systemer med mange ikke-lineære laster, installér harmoniske filtre for at reducere indflydelsen af harmoniske strømme på transformator.

• Styrk designet af den nøytrale leder: Sørg for, at den nøytrale leder har en tilstrækkelig stor tværsnitsareal til at håndtere den maksimale mulige nøytralstrøm, for at undgå overbelastning.

• Brug trefase ubalancerekompensationsenheder: Installér trefase ubalancerekompensationsenheder for at balancere belastningen og reducere nøytralstrømmen.

• Regelmæssig vedligeholdelse og overvågning: Inspecter regelmæssigt transformatorens driftstillstand, overvåg nøytralstrømmen og temperaturen, og løs potentielle problemer hurtigt.

Oversigt

Nøytralstrømmen har mange facetterede indflydelser på fordeletransformatorer, herunder overbelastning af den nøytrale leder, temperaturstigning, spændingsubalance, harmonisk forurening, forskydning af nøytralpunktet, reduceret kapacitetsudnyttelse og fejl i relæbeskyttelse. For at sikre sikkert og pålideligt drift af transformatorer, skal effektive foranstaltninger træffes for at administrere og kontrollere nøytralstrøm, optimere belastningsfordeling, reducere harmonisk forurening og forbedre systemets vedligeholdelse og overvågning.