Per què es produeix una corrent neutra excessiva en sistemes equilibrats de quatre fils trifàsics?

En un sistema de distribució d'energia trifàsica amb quatre fils, hi ha un consens entre els experts del sector que la corrent en la línia neutra hauria de ser molt petita quan les càrregues trifàsiques estan equilibrades. No obstant això, més i més fenòmens estan subvertint aquest concepte.

Per exemple, les llànties publicitàries al voltant d'un edifici utilitzen il·luminació fluorescent amb balasts electrònics. Les càrregues en les línies trifàsiques estan equilibrades, amb una corrent per cada fase d'aproximadament 90A, però la corrent en la línia neutra arriba a 160A.

De fet, el fenomen de la corrent excesiva en la línia neutra es va fent cada vegada més comú avui en dia. Per què encara apareix corrent en la línia neutra quan les càrregues trifàsiques estan equilibrades, i fins i tot arriba a més del 150% de la corrent de la línia de fase? Això és degut al circuit rectificador.

Quan la forma d'ona de la corrent en les línies de fase és sinusoidal, si estan desfasades 120° i tenen la mateixa amplitud, el resultat de la seva superposició vectorial en la línia neutra és zero. Això és el que tothom coneix.

Però si les corrents en les línies de fase són pulsials i desfasades 120°, el seu resultat de superposició en la línia neutra és com es mostra a la Figura 2. Com es pot veure a la Figura 3, les corrents pulsials en la línia neutra estan desplaçades i no es poden cancel·lar mútuament. Comptant el nombre de corrents pulsials en la línia neutra, n'hi ha tres en un cicle, per tant, la corrent en la línia neutra és la suma de les corrents de cada línia de fase. Segons el mètode de càlcul del valor efectiu de la corrent, la corrent en la línia neutra és 1,7 vegades la de la línia de fase.

Com que la majoria de les càrregues elèctriques modernes són càrregues de circuits rectificadors, fins i tot amb càrregues trifàsiques equilibrades, pot aparèixer una gran corrent neutra. La corrent excesiva en la línia neutra és altament perillosa, principalment per dos raons: primer, la secció transversal de la línia neutra sol ser igual o menor que la de la línia de fase, per tant, una sobrecorrent provoca sobrecalentament; segon, no hi ha dispositius de protecció en la línia neutra, per tant, no es pot interrompre com les línies de fase, creant un gran risc d'incendi.

• Per a una corrent alternada sinusoïdal simètrica trifàsica, amb càrregues equilibrades, els vectors de corrent de fase (igual magnitud, 120° de diferència de fase) sumen zero, per tant, la corrent de seqüència zero és zero.

• Amb càrregues desequilibrades, els vectors de corrent no són iguals (diferències de fase no totes 120°), donant una suma no zero; la corrent de seqüència zero (corrent desequilibrada) és menor que qualsevol corrent de fase.

• Si les càrregues trifàsiques tenen components no lineals (per exemple, díodes), causant corrent contínua i harmònics d'ordre 3r/6è, la corrent de seqüència zero (suma aritmètica d'aquests) pot superar la corrent de fase. Per exemple, en un rectificador semionda trifàsic, qualsevol corrent de fase és 1/3 de la corrent de càrrega (la corrent de seqüència zero).

• En un rectificador pont trifàsic, la corrent flueix en ambdós migcicles AC (simètric, equilibrat entre fases), per tant, no hi ha corrent contínua ni harmònics d'ordre 3r; la suma de la corrent trifàsica és zero (corrent de seqüència zero = 0).

• En un rectificador pont monofàsic, la corrent flueix en ambdós migcicles AC (simètric), per tant, no hi ha corrent contínua ni harmònics d'ordre 3r en la corrent monofàsica.

• Si totes les càrregues trifàsiques són rectificadors pont monofàsics, fins i tot amb desequilibri, la suma de la corrent trifàsica és no zero (existeix corrent de seqüència zero), però la corrent neutra no superarà la corrent de fase.