Miért fordulhat elő túl magas fázisnézet áram kiegyensúlyozott háromfázisú négyvezetékes rendszerekben?

Háromfázisú négyvezetékes elosztórendszerben az iparág belső szakemberek között általánosságra szert tevő gondolat, hogy a háromfázisú terhelés egyensúlyban van, ha a nullával jelölt vezetékben a működőáram nagyon kicsi. Ugyanakkor egyre több jelenség aláásza ezt a fogalmat.

Például, egy épület körül található reklám fénykockák elektromos balasztokkal ellátott vízszintes lámpákkal vannak felszerelve. A háromfázisú vezetékek terhelése egyensúlyban van, mindegyik fázis-áram körülbelül 90A, de a nullával jelölt vezetékben a működőáram 160A-ra éri.

Valójában a túlzott nullával jelölt vezetékben lévő működőáram egyre gyakrabban fordul elő napjainkban. Miért jelenik meg még mindig működőáram a nullával jelölt vezetékben, amikor a háromfázisú terhelések egyensúlyban vannak, sőt, akár a fázis-áramnál is 150%-kal nagyobb lehet? Ez a rektifikációs áramkör okozza.

Amikor a fázis-vezetékek áram-hullámképe szinusz hullám, és 120°-kal fáziseltoltak, valamint ugyanolyan amplitúdójúak, a vektoriális összegük a nullával jelölt vezetékben nulla lesz. Ezt mindenki ismeri.

De ha a fázis-vezetéken lévő áramok impulzusok, és 120°-kal fáziseltoltak, akkor a nullával jelölt vezetékben az összegük ahogy látható a 2. ábrán. A 3. ábra alapján látszik, hogy a nullával jelölt vezetékben lévő impulzus-áramok egymástól eltoltak, és nem tudják kiejteni egymást. A nullával jelölt vezetékben lévő impulzus-áramok számának megszámlálása során egy ciklusban három van, így a nullával jelölt vezetékben lévő áram a fázis-vezetéken lévő áramok összege. A hatásos áram értékének számítási módja szerint a nullával jelölt vezetékben lévő áram 1,7-szerese a fázis-áramnak.

Mivel a mai elektrikus terhelések többsége rektifikációs áramkörök, még akkor is, ha a háromfázisú terhelések egyensúlyban vannak, jelentős nullával jelölt áram jelenhet meg. A túlzott nullával jelölt áram nagyon veszélyes, főleg két okból: elsőként, a nullával jelölt vezeték kerete általában nem nagyobb, mint a fázis-vezetéké, ezért a túlmenő áram hőtartályt okoz; másodszor, a nullával jelölt vezetéken nincsenek védelmi eszközök, így nem választható le, mint a fázis-vezetékek, ami jelentős tűzveszélyt jelent.

• Szimmetrikus háromfázisú szinuszos AC esetén, egyensúlyban lévő terhelések mellett a fázis-áramvektorok (azonos nagyság, 120° fáziseltolódás) összege nulla, így a nullsorrendű áram nulla.

• Az egyensúlytalan terhelések esetén, a nem egyenlő áramvektorok (nem minden fáziseltolódás 120°) összege nem nulla; a nullsorrendű áram (az egyensúlytalan áram) kisebb, mint bármely fázis-áram.

• Ha a háromfázisú terhelések nemlineáris komponenseket tartalmaznak (pl. diodák), ami DC- és 3. vagy 6. rendű harmonikusokat okoz, a nullsorrendű áram (ezek aritmetikai összege) meghaladhatja a fázis-áramot. Például, egy háromfázisú félhullámú rektifikátorban bármely fázis-áram 1/3 része a terhelés áramának (a nullsorrendű áram).

• Egy háromfázisú hídi rektifikátorban az áram mindkét AC-félhullámban folyik (szimmetrikus, fázisonként egyensúlyban), így nincs DC vagy 3. rendű harmonikus; a háromfázisú áram összege nulla (nullsorrendű áram = 0).

• Egy egyfázisú hídi rektifikátorban az áram mindkét AC-félhullámban folyik (szimmetrikus), így nincs DC vagy 3. rendű harmonikus az egyfázisú áramban.

• Ha az összes háromfázisú terhelés egyfázisú hídi rektifikátor, akkor még az egyensúlytalanság esetén is a háromfázisú áram összege nem nulla (van nullsorrendű áram), de a nullával jelölt vezetékben lévő áram nem haladja meg a fázis-áramot.