Zašto se u ravnotežnim trofaznim četverozavojnim sistemima javlja prekomerno struja na neutralnom zavojnicu
U trofaznom četvorovodnom sistemu snabdevanja električnom energijom, u industriji je dobro poznato da treba da bude veoma mala struja na neutralnoj fazi kada su trofazni opterećenja uravnotežena. Međutim, sve više pojava podvlači ovu konceptualnu sliku.
Na primer, reklamne kutije oko zgrade koriste fluorescentnu rasvjetu sa elektronskim balastima. Opterećenja na trofaznim linijama su uravnotežena, sa svakom fazonom oko 90A, ali struja na neutralnoj fazi dostiže 160A.
Zapravo, pojava prekomjerne struje na neutralnoj fazi postaje sve češća danas. Zašto se struja javlja na neutralnoj fazi kada su trofazna opterećenja uravnotežena, i čak dostiže preko 150% struje na faznoj liniji? Ovo je uzrokovano rektifikatorskim krugom.
Kada je talasna oblika struje na faznim linijama sinusna, ako su oni između sobom odmaknuti za 120° i imaju istu amplitudu, rezultat njihove vektorske superpozicije na neutralnoj fazi je nula. To je ono što svi poznaju.
Ali ako su struje na faznim linijama pulsirajuće i između sobom odmaknute za 120°, njihova superpozicija na neutralnoj fazi je kao što je prikazano na Slici 2. Može se videti na Slici 3 da su pulsirajuće struje na neutralnoj fazi pomjerene i ne mogu se poništiti. Brojeći broj pulsirajućih struja na neutralnoj fazi, ima ih tri u jednom ciklusu, tako da je struja na neutralnoj fazi zbir struja svake fazne linije. Prema metodi izračunavanja efektivne vrednosti struje, struja na neutralnoj fazi je 1,7 puta veća od struje na faznoj liniji.
Pošto su većina modernih električnih opterećenja rektifikatorski krugovi, čak i sa uravnoteženim trofaznim opterećenjima, može doći do velike struje na neutralnoj fazi. Prekomjerna struja na neutralnoj fazi je visoko opasna, uglavnom iz dva razloga: prvo, presjek površine neutralne faze obično nije veći od presjeka fazne linije, tako da prekomjerna struja dovodi do pregrejanja; drugo, na neutralnoj fazi nema zaštitnih uređaja, pa se ne može odvojiti kao fazne linije, što stvara veliki rizik od požara.
Za trofazni sinusni simetričan AC, sa uravnoteženim opterećenjima, vektori fazne struje (jednake amplitude, fazni razmak 120°) zbiraju se na nulu, tako da je nultorazredni talas struje nula.
Sa neravnomernim opterećenjima, nejednakost vektora struje (fazni razmici nisu svi 120°) daje nenula zbir; nultorazredni talas struje (neravnomerna struja) manja je od bilo koje fazne struje.
Ako trofazna opterećenja imaju nelinearne komponente (npr. diode), što dovodi do DC i trećeg/šestog reda harmonika, nultorazredni talas struje (aritmetički zbir ovih) može premašiti faznu struju. Na primer, u poluvoltnom rektifikatoru, bilo koja fazna struja je 1/3 struje opterećenja (nultorazredni talas struje).
U mostovom rektifikatoru, struja teče u oba AC poluciklusa (simetrično, uravnoteženo po fazama), tako da nema DC ili trećeg reda harmonika; zbir trofazne struje je nula (nultorazredni talas struje = 0).
U jednofaznom mostovom rektifikatoru, struja teče u oba AC poluciklusa (simetrično), tako da nema DC ili trećeg reda harmonika u jednofaznoj struji.
Ako su sva trofazna opterećenja jednofazni mostovi rektifikatora, čak i sa neravnomernosti, zbir trofazne struje je nenula (postoji nultorazredni talas struje), ali struja na neutralnoj fazi neće premašiti faznu struju.
