Waarom treedt een te hoge neutrale lijnstroom op in evenwichtige driedraads vierdraden systemen
In een driefase vierdraads voedingsnetwerk is het een consensus onder binnengeweten dat de stroom in de neutrale lijn zeer klein zou moeten zijn wanneer de driefase belastingen gebalanceerd zijn. Echter, steeds meer verschijnselen ondermijnen dit concept.
Bijvoorbeeld, de reclameverlichtingskasten rond een gebouw gebruiken fluorescente verlichting met elektronische ballasts. De belasting op de driefase lijnen is gebalanceerd, met elke fasestroom ongeveer 90A, maar de stroom in de neutrale lijn bereikt 160A.
In feite wordt het verschijnsel van een te hoge stroom in de neutrale lijn tegenwoordig steeds frequenter. Waarom blijft er stroom in de neutrale lijn aanwezig wanneer de driefase belastingen gebalanceerd zijn, en zelfs tot meer dan 150% van de fasespanning? Dit wordt veroorzaakt door het rectifiercircuits.
Wanneer de stroomvorm van de fasedraden een sinusgolf is, en ze 120° uit fase liggen en dezelfde amplitude hebben, is het resultaat van hun vectoriële superpositie op de neutrale lijn nul. Dit is wat iedereen bekend is.
Maar als de stromen op de fasedraden gepulseerd zijn en 120° uit fase liggen, is hun superpositieresultaat op de neutrale lijn zoals getoond in figuur 2. Uit figuur 3 kan worden gezien dat de gepulseerde stromen op de neutrale lijn elkaar niet kunnen compenseren. Door de aantal gepulseerde stromen op de neutrale lijn te tellen, zijn er drie in één cyclus, dus de stroom op de neutrale lijn is de som van de stromen van elke fasedraad. Volgens de berekening van de effectieve stroomwaarde is de stroom op de neutrale lijn 1,7 keer die van de fasedraadstroom.
Aangezien de meeste moderne elektrische belastingen rectifiercircuitbelastingen zijn, kan er zelfs bij gebalanceerde driefase belastingen een grote neutrale stroom optreden. Een te hoge neutrale stroom is zeer gevaarlijk, voornamelijk om twee redenen: ten eerste, de doorsnede van de neutrale draad is meestal niet groter dan die van de fasedraad, waardoor overstroming oververhitting veroorzaakt; ten tweede, er zijn geen beschermende apparaten op de neutrale draad, dus deze kan niet zoals fasedraden worden afgesloten, wat een groot brandrisico creëert.
Voor driefase sinusvormige symmetrische AC, met gebalanceerde belastingen, resulteren de fasestroomvectoren (gelijke grootte, 120° fasenverschil) in een som van nul, dus de nulsequentiestroom is nul.
Bij ongebalanceerde belastingen, waarbij de stroomvectoren ongelijk zijn (fasenverschillen niet allemaal 120°), is de som niet nul; de nulsequentiestroom (ongebalanceerde stroom) is kleiner dan elke fasestroom.
Als driefase belastingen niet-lineaire componenten bevatten (bijvoorbeeld dioden), wat DC en derde/zesde orde harmonischen veroorzaakt, kan de nulsequentiestroom (rekenkundige som hiervan) groter zijn dan de fasestroom. Bijvoorbeeld, in een driefase halfgeleiderrectifier, is elke fasestroom 1/3 van de belastingsstroom (de nulsequentiestroom).
In een driefase brugrectifier, stroomt de stroom in beide AC-halvcycli (symmetrisch, gebalanceerd over de fasen), dus er zijn geen DC of derde-orde harmonischen; de som van de driefase stroom is nul (nulsequentiestroom = 0).
In een enkelefase brugrectifier, stroomt de stroom in beide AC-halvcycli (symmetrisch), dus er zijn geen DC of derde-orde harmonischen in de enkelefase stroom.
Als alle driefase belastingen enkelefase brugrectifiers zijn, zelfs bij onevenwichtigheid, is de som van de driefase stroom niet nul (nulsequentiestroom bestaat), maar de neutrale stroom zal de fasestroom niet overschrijden.
