لماذا يحدث تيار محايد زائد في الأنظمة ثلاثية الطور ذات السلك المحايد المتوازنة
في نظام توزيع الطاقة ثلاثي الأطوار رباعي الأسلاك، هناك إجماع بين أهل الصناعة على أن تيار الخط المحايد يجب أن يكون صغيرًا جدًا عندما تكون الأحمال الثلاثية متوازنة. ومع ذلك، فإن المزيد والمزيد من الظواهر تقلب هذا المفهوم.
على سبيل المثال، يستخدم صناديق الإعلانات حول المبنى الإنارة الفلورية مع مصادر كهربائية إلكترونية. الأحمال على الخطوط الثلاثية متوازنة، حيث يكون كل تيار طور حوالي 90 أمبير، ولكن تيار الخط المحايد يصل إلى 160 أمبير.
في الواقع، أصبح ظاهرة زيادة تيار الخط المحايد شائعة بشكل متزايد في الوقت الحالي. لماذا يظهر التيار على الخط المحايد عندما تكون الأحمال الثلاثية متوازنة، وحتى يصل إلى أكثر من 150٪ من تيار الخط الطوري؟ هذا ناتج عن الدائرة المستوية.
عندما يكون شكل موجة تيار الخطوط الطورية هو الجيب، وإذا كانت متباعدة بـ 120 درجة وذات سعة متساوية، فإن نتيجة الجمع المتجهي لها على الخط المحايد هي صفر. هذا ما يعرفه الجميع.
ولكن إذا كانت التيارات على الخطوط الطورية نبضية ومتباعدة بـ 120 درجة، فإن نتيجة الجمع لها على الخط المحايد كما هو موضح في الشكل 2. يمكن رؤية من الشكل 3 أن التيارات النبضية على الخط المحايد متفاوتة ولا تستطيع إلغاء بعضها البعض. عند عد عدد التيارات النبضية على الخط المحايد، يوجد ثلاثة في دورة واحدة، لذا فإن تيار الخط المحايد هو مجموع تيارات كل خط طوري. وفقًا لطريقة حساب قيمة التيار الفعالة، يكون تيار الخط المحايد 1.7 مرة من تيار الخط الطوري.
نظرًا لأن معظم الأحمال الكهربائية الحديثة هي أحمال دوائر مستوية، فقد يحدث تيار محايد كبير حتى مع الأحمال الثلاثية المتوازنة. يعتبر تيار المحايد الزائد خطيرًا للغاية، وذلك لأسباب رئيسية اثنتين: أولاً، عادة ما يكون مقطع الخط المحايد ليس أكبر من مقطع الخط الطوري، لذا يؤدي التيار الزائد إلى الاحترار. ثانياً، لا توجد أجهزة حماية على الخط المحايد، لذا لا يمكن قطعه مثل الخطوط الطورية، مما يشكل خطر حريق هائل.
بالنسبة للتيار المتردد الثلاثي المتناظر الجيبي، مع الأحمال المتوازنة، متجهات تيار الطور (مع نفس السعة وفرق الطور 120 درجة) مجموعها صفر، وبالتالي يكون التيار الصفرى صفر.
مع الأحمال غير المتوازنة، تكون متجهات التيار غير متساوية (اختلافات الطور ليست جميعها 120 درجة) مما يعطي مجموعًا غير صفر؛ التيار الصفرى (التيار غير المتوازن) أصغر من أي تيار طوري.
إذا كانت الأحمال الثلاثية تحتوي على مكونات غير خطية (مثل الثنائيات)، مما يتسبب في تيار مستمر وأمواج توافقية من الدرجة الثالثة والسادسة، قد يتجاوز التيار الصفرى (المجموع الحسابي لهذه الأمواج) تيار الطور. على سبيل المثال، في المستقيم ثلاثي الأطوار النصف، يكون أي تيار طوري 1/3 من تيار الحمل (التيار الصفرى).
في المستقيم الجسوري ثلاثي الأطوار، يتدفق التيار في نصف دورة التيار المتردد (متناظر وموزع بالتساوي عبر الأطوار)، لذا لا يوجد تيار مستمر أو أمواج توافقية من الدرجة الثالثة؛ مجموع التيار الثلاثي هو صفر (التيار الصفرى = 0).
في المستقيم الجسوري الأحادي الطور، يتدفق التيار في نصف دورة التيار المتردد (متناظر)، لذا لا يوجد تيار مستمر أو أمواج توافقية من الدرجة الثالثة في التيار الأحادي الطور.
إذا كانت جميع الأحمال الثلاثية مستقيمات جسورية أحادية الطور، حتى مع عدم التوازن، سيكون مجموع التيار الثلاثي غير صفر (وجود تيار صفرى)، ولكن لن يتجاوز تيار الخط المحايد تيار الخط الطوري.
