Mengapa Arus Garis Neutral Berlebihan Terjadi dalam Sistem Tiga Fasa Empat Dawai yang Seimbang

Dalam sistem pengagihan elektrik tiga fasa empat wayar, adalah konsensus di kalangan pakar industri bahawa arus laluan neutral seharusnya sangat kecil apabila beban tiga fasa seimbang. Walau bagaimanapun, semakin banyak fenomena yang menggugat konsep ini.

Sebagai contoh, kotak iklan di sekitar sebuah bangunan menggunakan pencahayaan fluoresen dengan ballast elektronik. Beban pada laluan tiga fasa seimbang, dengan arus setiap fasa kira-kira 90A, tetapi arus laluan neutral mencapai 160A.

Faktanya, fenomena arus laluan neutral yang berlebihan semakin biasa pada masa kini. Mengapa arus masih muncul pada laluan neutral walaupun beban tiga fasa seimbang, dan bahkan mencapai lebih daripada 150% arus laluan fasa? Ini disebabkan oleh litar rectifier.

Apabila bentuk gelombang arus laluan fasa adalah sinus, jika mereka 120° tidak sefase dan mempunyai amplitud yang sama, hasil superposisi vektor mereka pada laluan neutral adalah sifar. Ini adalah apa yang semua orang kenali.

Tetapi jika arus pada laluan fasa adalah pulsed dan 120° tidak sefase, hasil superposisi mereka pada laluan neutral seperti ditunjukkan dalam Gambar 2. Dapat dilihat dari Gambar 3 bahawa arus pulsed pada laluan neutral bertindih dan tidak dapat saling meniadakan. Menghitung jumlah arus pulsed pada laluan neutral, terdapat tiga dalam satu siklus, jadi arus pada laluan neutral adalah jumlah arus setiap laluan fasa. Berdasarkan kaedah pengiraan nilai arus efektif, arus pada laluan neutral adalah 1.7 kali arus laluan fasa.

Kerana sebahagian besar beban elektrik moden adalah beban litar rectifier, walaupun dengan beban tiga fasa seimbang, arus neutral yang besar mungkin terjadi. Arus neutral yang berlebihan sangat berbahaya, terutamanya kerana dua sebab: pertama, luas rentasan neutral biasanya tidak lebih besar daripada laluan fasa, jadi arus berlebihan menyebabkan panas berlebihan; kedua, tiada peranti perlindungan pada neutral, jadi ia tidak dapat diputuskan seperti laluan fasa, mencipta risiko kebakaran yang besar.

• Untuk AC tiga fasa sinus simetri, dengan beban seimbang, vektor arus fasa (magnitud sama, perbezaan fasa 120°) menjumlahkan kepada sifar, jadi arus urutan nol adalah sifar.

• Dengan beban tidak seimbang, vektor arus tidak sama (perbezaan fasa tidak semua 120°) memberikan jumlah bukan sifar; arus urutan nol (arus tidak seimbang) lebih kecil daripada mana-mana arus fasa.

• Jika beban tiga fasa mempunyai komponen bukan linear (contohnya, dioda), menyebabkan DC dan harmonik ketiga/enam, arus urutan nol (jumlah aritmetik ini) mungkin melebihi arus fasa. Sebagai contoh, dalam rectifier setengah gelombang tiga fasa, arus fasa manapun adalah 1/3 arus beban (arus urutan nol).

• Dalam rectifier jambatan tiga fasa, arus mengalir dalam kedua-dua separuh gelombang AC (simetri, seimbang di antara fasa), jadi tiada DC atau harmonik ketiga; jumlah arus tiga fasa adalah sifar (arus urutan nol = 0).

• Dalam rectifier jambatan fasa tunggal, arus mengalir dalam kedua-dua separuh gelombang AC (simetri), jadi tiada DC atau harmonik ketiga dalam arus fasa tunggal.

• Jika semua beban tiga fasa adalah rectifier jambatan fasa tunggal, walaupun dengan ketidakseimbangan, jumlah arus tiga fasa adalah bukan sifar (arus urutan nol wujud), tetapi arus neutral tidak akan melebihi arus fasa.