Що таке нейтральний струм і який він має ефект на розподільчий трансформатор
Вплив нейтрального струму на розподільні трансформатори
Нейтральний струм (Neutral Current) має кілька значних впливів на розподільні трансформатори, які можна підсумувати так:
1. Перенавантаження нейтрального проводника
Причина: У системі з трьохфазним чотирьохдротовим з’єднанням, якщо навантаження на фазах несбалансоване або є багато однофазних навантажень (наприклад, домашнє електропостачання), нейтральний провідник може пропускати значний струм. Додатково, гармонійні струми (особливо треті гармоніки та їх кратні) також проходять через нейтральний провідник, збільшуючи нейтральний струм.
Вплив: Перенавантаження нейтрального проводника може призводити до перегріву, що може спалювати нейтральний провідник або його з’єднання. Це не тільки впливає на якість електроенергії, але і створює безпекові ризики, такі як пожежі.
2. Зростання температури трансформатора
Причина: Коли навантаження на фазах несбалансоване, нейтральний струм збільшується, що призводить до збільшення струму у нейтральній точці трансформатора. Крім того, гармонійні струми збільшують мідні та залізні втрати в трансформаторі, що призводить до зростання температури.
Вплив: Надмірне зростання температури може скоротити термін служби трансформатора, знизити ефективність та запускати захисні пристрої від перегріву, що призводить до відключення або відмови електропостачання. Довготривалий перегрів також може пошкодити ізоляційні матеріали трансформатора, збільшуючи ризик відмови.
3. Несбалансованість напруги
Причина: Несбалансовані трифазні навантаження призводять до зміщення нейтральної точки, що в свою чергу призводить до несбалансованості напруги між фазами. Особливо, коли є багато однофазних навантажень, напруга на одній фазі може збільшитися, а на інших — зменшитися.
Вплив: Несбалансованість напруги може впливати на нормальне функціонування приладів, підключених до трансформатора, особливо двигунів та електронного обладнання, чутливого до змін напруги. Несбалансованість напруги може призводити до зниження ефективності, перегріву, скорочення терміну служби та навіть пошкодження цих приладів.
4. Гармонійне забруднення
Причина: У сучасних електроенергетичних системах, нелінійні навантаження (такі як частотні регулятори, выпрямители та комп'ютери) генерують гармонійні струми, особливо треті гармоніки та їх кратні, які проходять через нейтральний провідник. Ці гармонійні струми створюють додаткові втрати в трансформаторі та можуть призводити до гармонійного резонансу, що погіршує гармонійне забруднення.
Вплив: Гармонійне забруднення може погіршити роботу трансформаторів та іншого електричного обладнання, збільшити споживання енергії та скоротити термін служби пристроїв. Крім того, гармоніки можуть завдавати інтерференції комунікаційним системам та пристроям автоматичного керування, що впливає на стабільність та надійність системи.
5. Зміщення нейтральної точки
Причина: Коли трифазні навантаження сильно несбалансовані, потенціал нейтральної точки зміщується, що призводить до збільшення нейтрального струму. Це особливо типово для низьковольтних розподільних систем з багатьма однофазними навантаженнями.
Вплив: Зміщення нейтральної точки може призводити до збільшення напруги на деяких фазах, а на інших — до її зниження, що впливає на якість електроенергії. Для приладів, які потребують стабільної напруги, флуктуації напруги можуть призводити до невідповідної роботи або пошкодження.
6. Зниження використання ємності трансформатора
Причина: Коли трифазні навантаження несбалансовані, одна фаза трансформатора може бути перенавантажена, а інші — мають менші навантаження. Цей дисбаланс зменшує загальне використання ємності трансформатора, хоча фактичне навантаження не досягло номінального значення, але струм на одній фазі перевищив допустимий діапазон.
Вплив: Зниження використання ємності означає марнування енергоресурсів та збільшення операційних витрат для енергетичних компаній. Для управління несбалансованими навантаженнями може бути необхідно замінити трансформатор на більш потужний, що збільшує капіталовкладення.
7. Неправильна робота реле захисту
Причина: Надмірний нейтральний струм або гармонійні струми можуть запускати реле захисту трансформатора, що призводить до непотрібних відключень або неправильних дій. У низьковольтних розподільних системах, надмірний нейтральний струм також може запускати пристрої захисту від залишкового струму (RCD).
Вплив: Неправильна робота реле захисту може призводити до непотрібних відключень, що впливає на нормальне використання електроенергії. У промисловому виробництві або важливих об’єктах, відключення можуть призводити до економічних втрат або проблем з безпекою.
Рішення
Для зниження впливу нейтрального струму на розподільні трансформатори, можна прийняти наступні заходи:
Оптимізація розподілу навантажень: Якомога більше підтримувати сбалансовані трифазні навантаження та уникати концентрації однофазних навантажень.
Встановлення фільтрів гармоній: Для систем з великим числом нелінійних навантажень, встановити фільтри гармоній, щоб зменшити вплив гармонійних струмів на трансформатор.
Посилення конструкції нейтрального проводника: Забезпечити, щоб нейтральний провідник мав достатньо велику площу поперечного перерізу, щоб обробляти максимально можливий нейтральний струм, запобігаючи перенавантаженню.
Використання пристроїв компенсації несбалансованості трифазних навантажень: Встановити пристрої компенсації несбалансованості трифазних навантажень, щоб збалансувати навантаження та зменшити нейтральний струм.
Регулярне обслуговування та моніторинг: Регулярно перевіряти стан роботи трансформатора, моніторити нейтральний струм та температуру, швидко вирішувати потенційні проблеми.
Висновок
Нейтральний струм має багатофакторний вплив на розподільні трансформатори, включаючи перенавантаження нейтрального проводника, зростання температури, несбалансованість напруги, гармонійне забруднення, зміщення нейтральної точки, зниження використання ємності та неправильну роботу реле захисту. Для забезпечення безпечного та надійного функціонування трансформаторів, необхідно приймати ефективні заходи для управління та контролю нейтрального струму, оптимізації розподілу навантажень, зменшення гармонійного забруднення та підвищення обслуговування та моніторингу системи.
