Wat is het effect van de neutrale stroom op een distributietransformator?

Invloed van Neutrale Stroom op Distributietransformatoren

De neutrale stroom (Neutral Current) heeft verschillende belangrijke effecten op distributietransformatoren, die kunnen worden samengevat als volgt:

1. Overbelasting van de Neutrale Leider

• Oorzaak: In een driefase vierdraad systeem, als de driefase belastingen ongebalanceerd zijn of er veel enkelfase belastingen zijn (zoals huishoudelijke elektriciteit), kan de neutrale leider een aanzienlijke stroom voeren. Bovendien vloeien harmonische stromen (vooral derde harmonieën en hun veelvouden) ook door de neutrale leider, wat de neutrale stroom verhoogt.

• Effect: Overbelasting van de neutrale leider kan leiden tot oververhitting, waardoor de neutrale leider of de aansluitpunten kunnen verbranden. Dit beïnvloedt niet alleen de kwaliteit van de stroom, maar kan ook veiligheidsrisico's opleveren, zoals branden.

2. Temperatuurstijging van de Transformatoren

• Oorzaak: Wanneer de driefase belastingen ongebalanceerd zijn, neemt de neutrale stroom toe, wat resulteert in hogere stroom op het neutrale punt van de transformatoren. Bovendien verhogen harmonische stromen de koper- en ijzerverliezen in de transformatoren, wat resulteert in een toegenomen temperatuurstijging.

• Effect: Excessive temperatuurstijging kan de levensduur van de transformatoren verkorten, de efficiëntie verminderen en overhitte beschermingsapparatuur activeren, wat kan leiden tot uitval of stroomonderbrekingen. Lange termijn oververhitting kan ook de isolatiematerialen van de transformatoren beschadigen, waardoor het risico op defecten toeneemt.

3. Spanningsonevenwicht

• Oorzaak: Ongebalanceerde driefase belastingen veroorzaken een verschuiving van het neutrale punt, wat leidt tot spanningsonevenwicht over de drie fasen. Vooral wanneer er veel enkelfase belastingen zijn, kan de spanning in één fase toenemen terwijl de spanningen in de andere fasen afnemen.

• Effect: Spanningsonevenwicht kan de normale werking van apparaten die aan de transformatoren zijn verbonden, beïnvloeden, vooral motoren en elektronische apparatuur die gevoelig zijn voor spanningsschommelingen. Spanningsonevenwicht kan leiden tot verminderde efficiëntie, oververhitting, verkorte levensduur en zelfs schade aan deze apparaten.

4. Harmonische Vervuiling

• Oorzaak: In moderne energie systemen genereren niet-lineaire belastingen (zoals frequentieregelaars, rectifiers en computers) harmonische stromen, vooral derde harmonieën en hun veelvouden, die door de neutrale leider vloeien. Deze harmonische stromen veroorzaken extra verliezen in de transformatoren en kunnen harmonische resonantie veroorzaken, wat harmonische vervuiling verergert.

• Effect: Harmonische vervuiling kan de prestaties van transformatoren en andere elektrische apparatuur degraderen, de energieverbruik verhogen en de levensduur van apparaten verkorten. Bovendien kunnen harmonieën interfereren met communicatiesystemen en automatiseringscontroleapparatuur, wat de stabiliteit en betrouwbaarheid van het systeem beïnvloedt.

5. Verschuiving van het Neutrale Punt

• Oorzaak: Wanneer de driefase belastingen sterk ongebalanceerd zijn, verschuift het potentieel van het neutrale punt, wat leidt tot een toename van de neutrale stroom. Dit komt vooral voor in laagspanningsdistributiesystemen met veel enkelfase belastingen.

• Effect: Verschuiving van het neutrale punt kan ertoe leiden dat sommige fasen hogere spanningen hebben terwijl andere fasen lagere spanningen hebben, wat de kwaliteit van de stroom beïnvloedt. Voor apparaten die stabiele spanning vereisen, kunnen spanningsschommelingen leiden tot storingen of schade.

6. Verlaagde Capaciteitsbenutting van de Transformatoren

• Oorzaak: Wanneer de driefase belastingen ongebalanceerd zijn, kan één fase van de transformatoren overbelast raken terwijl de andere fasen lichtere belastingen hebben. Dit onevenwicht vermindert de totale capaciteitsbenutting van de transformatoren, zelfs als de werkelijke belasting de nominale waarde nog niet heeft bereikt, maar de stroom in één fase de toegestane grens heeft overschreden.

• Effect: Verlaagde capaciteitsbenutting betekent verspilde energiebronnen en verhoogde exploitatiekosten voor energiebedrijven. Om ongebalanceerde belastingen te hanteren, kan het nodig zijn om de transformatoren te vervangen door een grotere capaciteitseenheid, wat de kapitaalinvestering verhoogt.

7. Foutieve Werking van Relaisbescherming

• Oorzaak: Excessieve neutrale stroom of harmonische stromen kunnen de relaisbescherming van de transformatoren activeren, wat onnodige uitvallen of foutieve werkingen kan veroorzaken. In laagspanningsdistributiesystemen kan excessieve neutrale stroom ook reststromeschakelaars (RCD's) activeren.

• Effect: Foutieve werking van relaisbescherming kan onnodige stroomonderbrekingen veroorzaken, wat de normale elektriciteitsgebruik beïnvloedt. In industriële productie of cruciale faciliteiten kunnen stroomonderbrekingen economische verliezen of veiligheidsproblemen veroorzaken.

Oplossingen

Om de impact van de neutrale stroom op distributietransformatoren te verminderen, kunnen de volgende maatregelen worden genomen:

• Optimaliseer Belastingsverdeling: Houd zoveel mogelijk gebalanceerde driefase belastingen aan en vermijd het concentreren van enkelfase belastingen.

• Installeer Harmonische Filters: Voor systemen met veel niet-lineaire belastingen, installeer harmonische filters om de impact van harmonische stromen op de transformatoren te verminderen.

• Versterk Ontwerp van de Neutrale Leider: Zorg ervoor dat de neutrale leider een voldoende grote doorsnede heeft om de maximale mogelijke neutrale stroom te hanteren, waardoor overbelasting wordt voorkomen.

• Gebruik Driefase Onevenwicht Compensatieapparatuur: Installeer driefase onevenwicht compensatieapparatuur om de belastingen te balanceren en de neutrale stroom te verlagen.

• Regelmatige Onderhoud en Bewaking: Inspecteer regelmatig de werkingsomstandigheden van de transformatoren, bewaak de neutrale stroom en temperatuur, en handel potentiële problemen snel aan.

Samenvatting

De neutrale stroom heeft meervoudige effecten op distributietransformatoren, waaronder overbelasting van de neutrale leider, temperatuurstijging, spanningsonevenwicht, harmonische vervuiling, verschuiving van het neutrale punt, verlaagde capaciteitsbenutting en foutieve werking van relaisbescherming. Om de veilige en betrouwbare werking van transformatoren te garanderen, moeten effectieve maatregelen worden genomen om de neutrale stroom te beheren en te controleren, de belastingsverdeling te optimaliseren, harmonische vervuiling te verminderen en het systeem onderhoud en bewaking te versterken.