Kako utječe neutralni struja na distribucijski transformator?

Utjecaj neutralnog struja na distribucijske transformator

Neutralna struja (Neutral Current) ima nekoliko značajnih utjecaja na distribucijske transformatore, što se može sažeti ovako:

1. Preopterećenje neutralnog vodiča

• Uzrok: U trofaznom četverovodičnom sustavu, ako su trofazni opterećenja neravnomjerna ili postoje brojni jednofazni opterećenja (poput stanovanjske struje), neutralni vodič može nositi značajan struj. Osim toga, harmonijski strujovi (posebno treće harmonije i njihovi višekratnici) također teku kroz neutralni vodič, povećavajući neutralnu struju.

• Utjecaj: Preopterećenje neutralnog vodiča može dovesti do pregrejanja, što može izazvati sagorijevanje neutralnog vodiča ili njegovih spojeva. To ne samo da utječe na kvalitetu struje, već može stvoriti i opasnosti, poput požara.

2. Povećanje temperature transformatora

• Uzrok: Kada su trofazna opterećenja neravnomjerna, neutralna struja raste, što dovodi do veće struje u neutralnoj točki transformatora. Nadalje, harmonijski strujovi povećavaju gubitke bakra i željeza u transformatoru, što rezultira povećanjem temperature.

• Utjecaj: Preveliko povećanje temperature može skratiti vijek trajanja transformatora, smanjiti učinkovitost i aktivirati uređaje za zaštitu od pregrejanja, uzrokujući iskakanje ili ometanje struje. Dugotrajno pregrejanje može također oštetiti izolacijske materijale transformatora, povećavajući rizik od oštećenja.

3. Neravnomjerna naponska razina

• Uzrok: Neravnomjerna trofazna opterećenja uzrokuju pomak neutralne točke, što dovodi do neravnomjerne naponske razine među tri faze. Posebno, kada postoji mnogo jednofaznih opterećenja, naponska razina u jednoj fazi može porasti, dok se naponske razine u drugim fazama sniže.

• Utjecaj: Neravnomjerna naponska razina može utjecati na normalnu radnu operaciju uređaja povezanih s transformatorom, posebno motora i elektroničkog opreme koja je osjetljiva na promjene napon

4. Harmonijsko zagađenje

• Uzrok: U modernim elektroenergetskim sustavima, nelinearna opterećenja (poput varijabilnih frekvencijskih pogona, pretvarača i računala) generiraju harmonijske struje, posebno treće harmonije i njihove višekratnike, koji teku kroz neutralni vodič. Te harmonijske struje stvaraju dodatne gubitke u transformatoru i mogu uzrokovati harmonijsku rezonanciju, što još više potiče harmonijsko zagađenje.

• Utjecaj: Harmonijsko zagađenje može degradirati performanse transformatora i drugih električnih uređaja, povećati potrošnju energije i skratiti vijek trajanja uređaja. Također, harmonije mogu smetati komunikacijskim sustavima i uređajima za automatiziranu kontrolu, utječući na stabilnost i pouzdanost sustava.

5. Pomak neutralne točke

• Uzrok: Kada su trofazna opterećenja značajno neravnomjerna, potencijal neutralne točke se pomiče, što dovodi do porasta neutralne struje. Ovo je posebno uobičajeno u niskonaponskim distribucijskim sustavima s mnogo jednofaznih opterećenja.

• Utjecaj: Pomak neutralne točke može dovesti do toga da neke faze imaju veće napone, dok druge imaju niže napone, što utječe na kvalitetu struje. Za uređaje koji zahtijevaju stabilan napon, fluktuacije napona mogu uzrokovati neispravan rad ili oštećenje.

6. Smanjenje iskorištavanja kapaciteta transformatora

• Uzrok: Kada su trofazna opterećenja neravnomjerna, jedna faza transformatora može biti preopterećena, dok druge faze imaju laka opterećenja. Ova neravnomjerna raspodjela smanjuje ukupno iskorištavanje kapaciteta transformatora, čak iako stvarno opterećenje nije dostiglo nominalnu vrijednost, ali struja u jednoj fazi je premašila dopušteni raspon.

• Utjecaj: Smanjeno iskorištavanje kapaciteta znači da su strujni resursi izgubljeni i povećane operativne troškove za strujne tvrtke. Za obradu neravnomjernih opterećenja može biti potrebno zamijeniti transformator s većim kapacitetom, povećavajući kapitalne investicije.

7. Neispravna radnja relé zaštitnih uređaja

• Uzrok: Prevelika neutralna struja ili harmonijske struje mogu aktivirati relé zaštitne uređaje transformatora, što dovodi do nepotrebnih iskakanja ili neispravnih radnji. U niskonaponskim distribucijskim sustavima, prevelika neutralna struja također može aktivirati uređaje za zaštitu od ostatak struje (RCD).

• Utjecaj: Neispravna radnja relé zaštitnih uređaja može uzrokovati nepotrebne ometanja struje, utječeći na normalnu upotrebu struje. U industrijskom proizvodnji ili ključnim instalacijama, ometanja struje mogu uzrokovati ekonomske gubitke ili sigurnosne probleme.

Rješenja

Da bi se smanjio utjecaj neutralne struje na distribucijske transformatore, mogu se poduzeti sljedeće mjere:

• Optimizacija raspodjele opterećenja: Održavajte ravnomjerne trofazne opterećenja koliko je to moguće i izbjegavajte koncentraciju jednofaznih opterećenja.

• Instalacija harmonijskih filtra: Za sustave s velikim brojem nelinearnih opterećenja, instalirajte harmonijske filtre kako biste smanjili utjecaj harmonijskih struja na transformator.

• Jačanje dizajna neutralnog vodiča: Osigurajte da neutralni vodič ima dovoljno veliku presječnu površinu kako bi mogao nositi maksimalnu moguću neutralnu struju, sprečavajući preopterećenje.

• Korištenje uređaja za kompenzaciju trofazne neravnoteže: Instalirajte uređaje za kompenzaciju trofazne neravnoteže kako biste ravnotežili opterećenja i smanjili neutralnu struju.

• Redovita održavanja i nadzor: Redovito provjeravajte radni stanje transformatora, nadgledajte neutralnu struju i temperaturu, te pravočasno rješavajte potencijalne probleme.

Sažetak

Neutralna struja ima višestruki utjecaj na distribucijske transformatore, uključujući preopterećenje neutralnog vodiča, povećanje temperature, neravnomjernost napona, harmonijsko zagađenje, pomak neutralne točke, smanjeno iskorištavanje kapaciteta i neispravnu radnju relé zaštitnih uređaja. Da bi se osiguralo sigurno i pouzdano funkcioniranje transformatora, moraju se poduzeti učinkovite mjere za upravljanje i kontrolu neutralne struje, optimizaciju raspodjele opterećenja, smanjenje harmonijskog zagađenja i jačanje održavanja i nadzora sustava.