Comment la transition de la distribution triphasée sans neutre à la consommation triphasée avec neutre est-elle réalisée?

Un réseau de distribution typique fournit 6 ou 10 kilovolts AC à une sous-station proche des consommateurs. Cela se fait généralement avec une ligne triphasée sans neutre - seulement trois fils allant en parallèle. Ensuite, il y a un transformateur qui abaisse la tension à quelque chose comme 110 ou 230 volts CA.

Les consommateurs ont généralement une charge monophasée et voici donc le neutre - nous avons maintenant des fils triphasés et le fil neutre comme sortie du transformateur et ces charges monophasées de différents consommateurs sont connectées aux phases de façon circulaire afin que le le courant dans le neutre est, espérons-le, minimisé et les phases conduisent des courants égaux. Pourtant, à moins que la charge ne soit parfaitement équilibrée, différentes phases conduiront différents courants du côté secondaire du transformateur et la différence est le courant traversant le neutre.

Comment est-ce résolu du côté primaire et de la ligne haute tension où il n'y a que des fils triphasés et pas de fil neutre?

Un réseau de distribution typique en Australie ressemblera à ce qui suit.

La section "MV" est un système "à trois fils" connecté en triangle, vous avez donc raison d'affirmer qu'il n'y a pas de fil neutre. Cependant, il existe un chemin pour que les courants neutres ou "homopolaires" circulent vers la terre, via le transformateur de mise à la terre "zig-zag" qui est installé à cet effet. (Les raisons de l'installation d'un transformateur de mise à la terre méritent une question et une réponse distinctes.)

Il y a quelques phénomènes qui peuvent donner lieu à un courant neutre sur une ligne de transmission MT, mais des charges BT déséquilibrées, qui font circuler un courant dans le point étoile / neutre BT, ne provoquent pas de courant neutre MT .

Pourquoi donc?

La photo ci-dessus montre un système BT delta HV, étoile mise à la terre. Il existe une charge monophasée qui tire 1 unité (1 pu) de courant de l'enroulement BT 1, le courant retournant via le neutre BT.

Que se passe-t-il sur le HV?

Chacun des enroulements HT et BT du transformateur est couplé magnétiquement par des noyaux en fer, de sorte que la loi de "l'équilibre amp-tours" doit s'appliquer. C'est-à-dire que la conservation de l'énergie s'applique entre les paires d'enroulements HT et BT, HV1-LV1, HV2-LV2 et HV3-LV3.

Cela signifie qu'un courant de 1 pu sur l'enroulement LV 1 doit être équilibré par un courant de 1 pu sur l'enroulement HV1. Et comme aucun courant ne circule en LV2 ou LV3, aucun courant ne peut non plus circuler en HV2 ou HV 3.

Selon la loi actuelle de Kirchoff, le courant de 1 pu dans le bobinage HV1 doit provenir de la ligne HV L1 et de la ligne HV L2. C'est:

Pour un système delta-HV, étoile-terre reliée à la terre, les charges BT monophasées apparaissent sous forme de charges de phase à phase sur le système HV.

Cela répond à votre question d'origine: peu importe le déséquilibre de la charge côté BT, aucun courant neutre ne circule du côté HT, donc aucun fil neutre n'est nécessaire.

Cela conduit à la question: "Si aucun fil neutre n'est nécessaire sur le système connecté en triangle, pourquoi nous dérange-t-on de mettre un transformateur de mise à la terre dessus?"

Quelques raisons auxquelles je peux penser - bien que je sois incertain à ce sujet, alors ne me citez pas ici ...

1. Sans connexion à la terre, le réseau delta flotterait par rapport à la terre et pourrait être à tout potentiel arbitraire par rapport à la terre. C'est-à-dire que le système MT pourrait augmenter jusqu'à 132 000 V au-dessus de la tension au sol. Le transformateur de mise à la terre est nécessaire pour relier le système MT à la terre et l'empêcher de flotter vers des tensions dangereuses.
2. « Neutre » courants homopolaires ne circulent sur le réseau MT, soit à partir de la ligne de courant de charge capacitif. (Edit 2015-09-22: Le courant de charge est équilibré dans des conditions normales.) Le transformateur de mise à la terre donne à ces courants homopolaires un endroit où aller.
3. Le transformateur de mise à la terre sera le chemin de retour le plus intéressant pour tout courant de défaut de court-circuit résultant d'un défaut de mise à la terre. C'est donc un endroit attrayant pour installer un relais de détection de défaut à la terre.

$\Delta$

Le courant ne circulera pas sur les deux autres phases et donc la charge ne changera pas la tension sur les deux autres lignes du secondaire.

Pour référence, j'ai obtenu cette photo du prof. Franco Mastri glisse .

Le côté primaire / haute tension du système est capable de gérer les courants de phase de déséquilibre, mais pour une utilisation optimale des ressources, ils doivent être équilibrés. Par exemple, si chaque phase a une charge maximale autorisée de 1 000 A par exemple, si les courants réels sont de 1 000, 900 et 1 100, vous devez réduire la charge globale pour maintenir le courant maximal à <= 1 000 A, de sorte que vous réduisez d'un facteur 1000/1100. = 0,9091 dans chaque phase, ce qui donne 909, 818, 1000 ampères ou un total de 2727A plutôt que le maximum théorique de 3000, de sorte que la puissance absorbée représente environ 91% de ce qu'elle devrait être.

Si vous alimentez trois phases sans neutre vers un côté primaire de transformateur connecté en triangle et connectez les trois enroulements de phase de sortie en mode étoile, vous obtenez un neutre (point central du triangle) plus 3 x phases. Les charges secondaires doivent être équilibrées si des courants de phase primaire équilibrés sont nécessaires. Ainsi: