Proč v rovnovážných třífázových čtyřdrátových systémech dochází k přetížení neutrálního vodiče

V třífázovém čtyřdrátovém distribučním systému je mezi odborníky v oboru shoda na tom, že proud v neutrálním vodiči by měl být velmi malý, pokud jsou třífázové zatížení vyvážená. Nicméně, stále více jevů toto představu podvrací.

Například reklamní světlové krabice kolem budovy používají fluorescenční osvětlení s elektronickými zápalkami. Zatížení na třech fázích je vyvážené, každý fázový proud je přibližně 90A, ale proud v neutrálním vodiči dosahuje 160A.

Ve skutečnosti se stává stále běžnějším, že proud v neutrálním vodiči je nadměrný. Proč se proud objevuje v neutrálním vodiči, i když jsou třífázová zatížení vyvážená, a dokonce dosahuje více než 150 % fázového proudu? Je to způsobeno obvodem pro obdélníkování.

Když mají fázové proudy sinusovitý průběh, jsou posunuty o 120° a mají stejnou amplitudu, výsledek jejich vektorového součtu v neutrálním vodiči je nulový. To je to, co zná každý.

Pokud jsou však proudy na fázových vodičích pulzní a posunuty o 120°, jejich součet v neutrálním vodiči je znázorněn na obrázku 2. Jak lze vidět na obrázku 3, pulzní proudy v neutrálním vodiči jsou posunuty a nemohou se vzájemně vyrušit. Počítáním počtu pulzních proudů v neutrálním vodiči, kterých je tři za jeden cyklus, je proud v neutrálním vodiči součtem proudů každé fáze. Podle metody výpočtu efektivní hodnoty proudu je proud v neutrálním vodiči 1,7krát větší než proud fázového vodiče.

Protože většina moderních elektrických zatížení jsou zátěže s obvodem pro obdélníkování, může i při vyváženém třífázovém zatížení dojít k velkému proudu v neutrálním vodiči. Příliš vysoký proud v neutrálním vodiči je velmi nebezpečný, a to ze dvou hlavních důvodů: první, plocha průřezu neutrálního vodiče je obvykle menší nebo rovna ploše průřezu fázového vodiče, takže přetížení způsobí přehřátí; druhý, na neutrálním vodiči nejsou žádné ochranné přístroje, takže nemůže být odpojen jako fázové vodiče, což vytváří velké riziko požáru.

• Pro třífázový sinusovitý symetrický střídavý proud, s vyváženými zatíženími, vektory fázových proudů (stejné amplitudy, fázový rozdíl 120°) dávají součet nula, takže nulový sekvencový proud je nulový.

• Při nevyvážených zatíženích, nerovné vektory proudů (fázové rozdíly nejsou všechny 120°), dávají nulový součet; nulový sekvencový proud (nevyvážený proud) je menší než jakýkoliv fázový proud.

• Pokud třífázová zatížení obsahují nelineární komponenty (např. diody), způsobující stejnosměrný proud a harmonické složky 3. a 6. řádu, nulový sekvencový proud (aritmetický součet těchto) může přesáhnout fázový proud. Například, v třífázovém polovlnovém obdélníkovacím obvodu je každý fázový proud 1/3 zatížení (nulový sekvencový proud).

• V třífázovém mostovém obdélníkovacím obvodu proud teče v obou polocykitech střídavého proudu (symetricky, vyváženě mezi fázemi), takže neexistuje stejnosměrný proud ani harmonické složky 3. řádu; součet třífázových proudů je nulový (nulový sekvencový proud = 0).

• V jednofázovém mostovém obdélníkovacím obvodu proud teče v obou polocykitech střídavého proudu (symetricky), takže neexistuje stejnosměrný proud ani harmonické složky 3. řádu v jednofázovém proudu.

• Pokud jsou všechna třífázová zatížení jednofázovými mostovými obdélníkovacími obvody, i při nevyváženosti, součet třífázových proudů není nulový (existuje nulový sekvencový proud), ale proud v neutrálním vodiči nepřesáhne fázový proud.