Hvorfor opstår der en for høj nulledningsstrøm i balancerede tre-fasede fire-ledede systemer

I en tre-fased fireledet strømforsyning er det enighed blandt branchens indenforståede om, at strømmen i den neutrale led bør være meget lille, når tre-fasede laster er balancerede. Imidlertid subverterer flere og flere fænomener denne opfattelse.

For eksempel bruger reklamebokserne omkring et bygning fluorescerende belysning med elektroniske ballaster. Lastene på de tre faser er balanceret, med hver fasestrøm på ca. 90A, men strømmen i den neutrale led når 160A.

Faktisk bliver fænomenet med for høj strøm i den neutrale led stadig mere almindeligt i dag. Hvorfor optræder der strøm på den neutrale led, selv når tre-fasede laster er balanceret, og kan endda nå over 150% af faseledets strøm? Dette er forårsaget af rektifieringskredsløbet.

Når strømformen i faseledene er en sinusvawe, og de er 120° udfaset og har samme amplitudde, vil resultatet af deres vektor superposition på den neutrale led være nul. Dette er hvad alle er bekendt med.

Men hvis strømmene i faseledene er pulserende og 120° udfaset, er deres superposition resultater på den neutrale led som vist på figur 2. Det kan ses fra figur 3, at pulserende strømme på den neutrale led er forskydte og kan ikke nulstille hinanden. Ved at tælle antallet af pulserende strømme på den neutrale led, er der tre i en cyklus, så strømmen på den neutrale led er summen af strømme fra hver faseled. Ifølge beregningsmetoden for effektiv strøm værdi, er strømmen på den neutrale led 1,7 gange større end faseledets strøm.

Eftersom de fleste moderne elektriske laster er rektifieringskredsløbslast, kan der opstå en stor neutralstrøm, selv med balancerede tre-fasede laster. For høj neutralstrøm er yderst farlig, hovedsagelig af to grunde: for det første er tværsnittet af den neutrale led normalt ikke større end faseledets, så en overstrøm forårsager overophedning; for det andet findes der ingen beskyttelsesenheder på den neutrale led, så den kan ikke afbrydes som faseled, hvilket skaber en enorm brandrisiko.

• For tre-fasede sinusformede symmetriske AC, med balancerede laster, summerer fasestrømvektorer (med lige størrelse, 120° fasen) til nul, så nul-sekvens-strøm er nul.

• Med ubalancerede laster, ulige strømvektorer (fasen ikke alle 120°) giver en ikke-nul sum; nul-sekvens-strøm (ubalanceret strøm) er mindre end enhver fasestrøm.

• Hvis tre-fasede laster har ikke-lineære komponenter (fx dioder), som forårsager DC og 3./6. ordens harmoniske, kan nul-sekvens-strøm (aritmetisk sum af disse) overstige fasestrøm. For eksempel, i en tre-fased halv-vave rektifier, er enhver fasestrøm 1/3 af laststrømmen (nul-sekvens-strøm).

• I en tre-fased bro-rektifier, strømmer der i begge AC-halvcykler (symmetrisk, balanceret over faser), så ingen DC eller 3. ordens harmoniske; summen af tre-fasede strøm er nul (nul-sekvens-strøm = 0).

• I en en-fased bro-rektifier, strømmer der i begge AC-halvcykler (symmetrisk), så ingen DC eller 3. ordens harmoniske i en-fasede strøm.

• Hvis alle tre-fasede laster er en-fasede bro-rektificere, selv med ubalance, er summen af tre-fasede strøm ikke-nul (nul-sekvens-strøm eksisterer), men neutralstrømmen vil ikke overstige fasestrømmen.