Hva er effekten av nøytralstrøm på en distribusjonstransformator?

Påvirkning av nøytralstrøm på distribusjonstransformatorer

Nøytralstrømmen (Neutral Current) har flere betydelige effekter på distribusjonstransformatorer, som kan oppsummeres som følger:

1. Overbelastning av nøytrallederen

• Årsak: I et trefase fireledersystem, hvis de trefaselastedene er ubalanseert eller det finnes mange enklefaselasted (som forbruksstrøm), kan nøytrallederen bære en betydelig strøm. I tillegg flyter harmoniske strømer (spesielt tredje harmonikken og dens multipler) gjennom nøytrallederen, noe som øker nøytralstrømmen.

• Effekt: Overbelastning av nøytrallederen kan føre til overoppvarming, potensielt forbrenning av nøytrallederen eller dens koblingspunkter. Dette påvirker ikke bare strømkvaliteten, men kan også skape sikkerhetsrisikoer, som branner.

2. Temperaturstigning i transformator

• Årsak: Når trefaselasted er ubalanseert, øker nøytralstrømmen, noe som fører til høyere strøm ved transformatorens nøytralpunkt. I tillegg øker harmoniske strømer kupfertap og jerntap i transformator, noe som resulterer i økt temperaturstigning.

• Effekt: For høy temperaturstigning kan forkorte transformatorens levetid, redusere effektiviteten, og utløse overvarmesikring, noe som kan føre til kortsikt eller strømningsbrudd. Langvarig overoppvarming kan også skade transformatorens isolasjonsmaterialer, noe som øker risikoen for feil.

3. Spenningsubalans

• Årsak: Ubalanceerte trefaselastede forskyver nøytralpunktet, noe som fører til spenningsubalans mellom de tre fasene. Spesielt når det finnes mange enklefaselasted, kan spenningen i én fase øke, mens spenningene i de andre fasene minker.

• Effekt: Spenningsubalans kan påvirke normal drift av enheter som er koblet til transformator, spesielt motorer og elektronisk utstyr som er sensitivt for spenningsendringer. Spenningsubalans kan føre til redusert effektivitet, overoppvarming, forkortet levetid, og enda skader på disse enhetene.

4. Harmonisk forurensning

• Årsak: I moderne strømsystemer genererer ikke-lineære laster (som frekvensregulerte drev, rettifier og datamaskiner) harmoniske strømer, spesielt tredje harmonikken og dens multipler, som flyter gjennom nøytrallederen. Disse harmoniske strømmer produserer ekstra tap i transformator og kan føre til harmonisk resonans, noe som forverrer harmonisk forurensning ytterligere.

• Effekt: Harmonisk forurensning kan forverre ytelsen til transformatorer og andre elektriske enheter, øke energiforbruket, og forkorte levetiden til enheter. I tillegg kan harmoniske støyende kommunikasjonssystemer og automatiseringkontrollenheter, noe som påvirker systemets stabilitet og pålitelighet.

5. Forflytning av nøytralpunkt

• Årsak: Når trefaselasted er sterkt ubalanseert, forskyves nøytralpunktets potensial, noe som fører til økt nøytralstrøm. Dette er spesielt vanlig i lavspenningsdistribusjonssystemer med mange enklefaselasted.

• Effekt: Forflytning av nøytralpunkt kan føre til at noen faser har høyere spenninger, mens andre faser har lavere spenninger, noe som påvirker strømkvaliteten. For enheter som krever stabil spenning, kan spenningsfluktueringer føre til feilfunksjon eller skade.

6. Redusert kapasitetsutnyttelse av transformator

• Årsak: Når trefaselasted er ubalanseert, kan en fase av transformator bli overbelasted, mens de andre fasene har lettere last. Denne ubalansen reduserer den totale kapasitetsutnyttelsen av transformator, selv om den faktiske lasten ikke har nådd den tillatte verdien, men strømmen i en fase har overskredet den tillatte grensen.

• Effekt: Redusert kapasitetsutnyttelse betyr spillet energiresurs og økte driftskostnader for strømselskap. For å håndtere ubalanceerte laster, kan det være nødvendig å erstatte transformator med en større kapasitetsenhet, noe som øker kapitalinvesteringen.

7. Feilaktig virkning av relæbeskyttelse

• Årsak: For høy nøytralstrøm eller harmoniske strømer kan utløse transformatorens relæbeskyttelsesenheter, noe som fører til unødvendige kortsikt eller feilaktige virkninger. I lavspenningsdistribusjonssystemer kan for høy nøytralstrøm også utløse residuellstrømavbrytere (RCDs).

• Effekt: Feilaktig virkning av relæbeskyttelse kan føre til unødvendige strømningsbrudd, noe som påvirker normal strømforbruk. I industriell produksjon eller kritiske anlegg kan strømningsbrudd føre til økonomiske tap eller sikkerhetsproblemer.

Løsninger

For å mildre effekten av nøytralstrøm på distribusjonstransformatorer, kan følgende tiltak tas:

• Optimalisere lastfordeling: Oppretthold balanse i trefaselasted så mye som mulig og unngå å koncentrere enklefaselasted.

• Installere harmoniske filter: For systemer med mange ikke-lineære laster, installere harmoniske filter for å redusere effekten av harmoniske strømer på transformator.

• Styrke design av nøytralleder: Sørge for at nøytralleder har tilstrekkelig stor tverrsnittsareal for å håndtere den maksimale mulige nøytralstrømmen, for å forhindre overbelastning.

• Bruke trefase ubalanser kompensasjonseinheter: Installere trefase ubalanser kompensasjonseinheter for å balansere lastene og redusere nøytralstrøm.

• Regelmessig vedlikehold og overvåking: Regelmessig inspiser transformatorens driftsforhold, overvåke nøytralstrøm og temperatur, og adressere potensielle problemer raskt.

Oppsummering

Nøytralstrømmen har flerleddede effekter på distribusjonstransformatorer, inkludert overbelastning av nøytrallederen, temperaturstigning, spenningsubalans, harmonisk forurensning, forflytning av nøytralpunkt, redusert kapasitetsutnyttelse, og feilaktig virkning av relæbeskyttelse. For å sikre trygg og pålitelig drift av transformatorer, må effektive tiltak tas for å administrere og kontrollere nøytralstrøm, optimalisere lastfordeling, redusere harmonisk forurensning, og forbedre systemets vedlikehold og overvåking.