Pourquoi un courant neutre excessif se produit-il dans les systèmes triphasés équilibrés à quatre fils

Dans un système de distribution d'électricité triphasé à quatre fils, il est généralement admis par les professionnels du secteur que le courant sur la ligne neutre devrait être très faible lorsque les charges triphasées sont équilibrées. Cependant, de plus en plus de phénomènes remettent en question cette idée.

Par exemple, les panneaux publicitaires autour d'un bâtiment utilisent des luminaires fluorescents avec des ballasts électroniques. Les charges sur les lignes triphasées sont équilibrées, chaque courant de phase étant d'environ 90A, mais le courant de la ligne neutre atteint 160A.

En fait, le phénomène d'un courant excessif sur la ligne neutre devient de plus en plus courant de nos jours. Pourquoi le courant apparaît-il toujours sur la ligne neutre lorsque les charges triphasées sont équilibrées, et même dépasse-t-il 150% du courant de phase ? Ceci est causé par le circuit redresseur.

Lorsque la forme d'onde du courant des phases est sinusoïdale, si elles sont décalées de 120° et ont la même amplitude, le résultat de leur superposition vectorielle sur la ligne neutre est nul. C'est ce que tout le monde connaît bien.

Mais si les courants des phases sont pulsés et décalés de 120°, leur superposition sur la ligne neutre donne le résultat illustré à la Figure 2. On peut voir à partir de la Figure 3 que les courants pulsés sur la ligne neutre se chevauchent et ne peuvent pas s'annuler. En comptant le nombre de courants pulsés sur la ligne neutre, il y en a trois par cycle, donc le courant sur la ligne neutre est la somme des courants de chaque ligne de phase. Selon la méthode de calcul de la valeur efficace du courant, le courant sur la ligne neutre est 1,7 fois celui de la ligne de phase.

Comme la plupart des charges électriques modernes sont des charges de circuits redresseurs, même avec des charges triphasées équilibrées, un grand courant neutre peut se produire. Un courant neutre excessif est hautement dangereux, principalement pour deux raisons : premièrement, la section de la ligne neutre est généralement inférieure ou égale à celle des lignes de phase, donc un surcourant provoque une surchauffe ; deuxièmement, il n'y a pas de dispositifs de protection sur la ligne neutre, elle ne peut donc pas être coupée comme les lignes de phase, créant un risque d'incendie considérable.

• Pour un courant alternatif triphasé sinusoïdal symétrique, avec des charges équilibrées, les vecteurs de courant de phase (égale amplitude, différence de phase de 120°) se somment à zéro, donc le courant de séquence zéro est nul.

• Avec des charges non équilibrées, les vecteurs de courant inégaux (différences de phase non toutes de 120°) donnent une somme non nulle ; le courant de séquence zéro (courant non équilibré) est inférieur à n'importe quel courant de phase.

• Si les charges triphasées ont des composants non linéaires (par exemple, des diodes), causant des courants continu et des harmoniques d'ordre 3 et 6, le courant de séquence zéro (somme arithmétique de ceux-ci) peut dépasser le courant de phase. Par exemple, dans un redresseur triphasé à demi-onde, n'importe quel courant de phase est 1/3 du courant de charge (le courant de séquence zéro).

• Dans un redresseur triphasé à pont, le courant circule pendant les deux demi-cycles alternatifs (symétrique, équilibré entre les phases), donc pas de courant continu ni d'harmoniques d'ordre 3 ; la somme des courants triphasés est nulle (courant de séquence zéro = 0).

• Dans un redresseur monophasé à pont, le courant circule pendant les deux demi-cycles alternatifs (symétrique), donc pas de courant continu ni d'harmoniques d'ordre 3 dans le courant monophasé.

• Si toutes les charges triphasées sont des redresseurs monophasés à pont, même avec un déséquilibre, la somme des courants triphasés n'est pas nulle (il existe un courant de séquence zéro), mais le courant neutre ne dépassera pas le courant de phase.