ทำไมกระแสรั้วกลางจึงเกินขีดจำกัดในระบบสามเฟสสี่สายที่สมดุล

ในระบบจ่ายไฟฟ้าสามเฟสสี่สาย มีความเห็นร่วมกันในวงการว่ากระแสไฟฟ้าในสายกลางควรจะน้อยมากเมื่อโหลดทั้งสามเฟสมีความสมดุล อย่างไรก็ตาม เหตุการณ์ต่างๆ กำลังเปลี่ยนแปลงแนวคิดนี้

ตัวอย่างเช่น กล่องไฟโฆษณาที่ติดรอบอาคารใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์กับบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ โหลดบนสายเฟสทั้งสามมีความสมดุล กระแสไฟฟ้าในแต่ละเฟสประมาณ 90A แต่กระแสไฟฟ้าในสายกลางถึง 160A

ความจริงแล้ว ปรากฏการณ์ของกระแสไฟฟ้าในสายกลางที่สูงเกินไปกำลังพบได้บ่อยขึ้นในปัจจุบัน ทำไมกระแสไฟฟ้าในสายกลางยังคงปรากฏแม้กระทั่งโหลดทั้งสามเฟสมีความสมดุล และยังสามารถสูงกว่า 150% ของกระแสไฟฟ้าในสายเฟส สาเหตุมาจากวงจร выпрямитель

เมื่อคลื่นกระแสไฟฟ้าในสายเฟสเป็นคลื่นไซน์ หากพวกมันมีเฟสที่แตกต่างกัน 120° และมีขนาดเท่ากัน ผลของการซ้อนเวกเตอร์บนสายกลางจะเท่ากับศูนย์ นี่คือสิ่งที่ทุกคนคุ้นเคย

แต่หากกระแสไฟฟ้าในสายเฟสเป็นแบบพัลส์และมีเฟสที่แตกต่างกัน 120° ผลของการซ้อนเวกเตอร์บนสายกลางจะแสดงให้เห็นในรูปที่ 2 จากภาพที่ 3 สามารถเห็นได้ว่ากระแสไฟฟ้าแบบพัลส์ในสายกลางจะไม่ตรงกันและไม่สามารถลบกันได้ การนับจำนวนกระแสไฟฟ้าแบบพัลส์ในสายกลาง มีสามครั้งในหนึ่งรอบ ดังนั้น กระแสไฟฟ้าในสายกลางจะเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้าในแต่ละสายเฟส ตามวิธีการคำนวณค่ากระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ กระแสไฟฟ้าในสายกลางจะเป็น 1.7 เท่าของกระแสไฟฟ้าในสายเฟส

เนื่องจากโหลดไฟฟ้าส่วนใหญ่ในปัจจุบันเป็นโหลดจากวงจร выпряมитель แม้โหลดทั้งสามเฟสจะมีความสมดุล แต่อาจเกิดกระแสไฟฟ้าในสายกลางที่สูง กระแสไฟฟ้าในสายกลางที่สูงเกินไปมีความอันตรายมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากสองเหตุผล: ประการแรก ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของสายกลางมักจะไม่ใหญ่กว่าสายเฟส ดังนั้นกระแสไฟฟ้าที่สูงเกินไปทำให้เกิดความร้อนสูง ประการที่สอง ไม่มีอุปกรณ์ป้องกันบนสายกลาง ดังนั้นไม่สามารถตัดขาดเหมือนสายเฟส ทำให้มีความเสี่ยงต่อการเกิดเพลิงไหม้สูง

• สำหรับไฟฟ้าสลับสามเฟสที่เป็นไซน์สมมาตร พร้อมโหลดที่สมดุล เวกเตอร์กระแสไฟฟ้าในเฟส (มีขนาดเท่ากัน มีเฟสที่แตกต่าง 120°) ผลรวมเท่ากับศูนย์ ดังนั้นกระแสไฟฟ้าลำดับศูนย์เท่ากับศูนย์

• เมื่อมีโหลดที่ไม่สมดุล เวกเตอร์กระแสไฟฟ้าไม่เท่ากัน (มีเฟสที่แตกต่างไม่เท่า 120°) ผลรวมไม่เท่ากับศูนย์ กระแสไฟฟ้าลำดับศูนย์ (กระแสไฟฟ้าที่ไม่สมดุล) จะน้อยกว่ากระแสไฟฟ้าในเฟสใดเฟสหนึ่ง

• หากโหลดสามเฟสมีส่วนประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้น (เช่น ไดโอด) ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าตรงและฮาร์โมนิกลำดับที่ 3/6 กระแสไฟฟ้าลำดับศูนย์ (ผลรวมเลขคณิตของเหล่านี้) อาจสูงกว่ากระแสไฟฟ้าในเฟส ตัวอย่างเช่น ในวงจร выпряมสามเฟสครึ่งวงจร กระแสไฟฟ้าในเฟสใดเฟสหนึ่งจะเท่ากับ 1/3 ของกระแสโหลด (กระแสไฟฟ้าลำดับศูนย์)

• ในวงจร выпряมสะพานสามเฟส กระแสไฟฟ้าไหลในทั้งสองครึ่งวงจรของไฟฟ้าสลับ (สมมาตร สมดุลระหว่างเฟส) ดังนั้นไม่มีกระแสไฟฟ้าตรงหรือฮาร์โมนิกลำดับที่ 3 ผลรวมกระแสไฟฟ้าในสามเฟสเท่ากับศูนย์ (กระแสไฟฟ้าลำดับศูนย์ = 0)

• ในวงจร выпряมสะพานเฟสเดียว กระแสไฟฟ้าไหลในทั้งสองครึ่งวงจรของไฟฟ้าสลับ (สมมาตร) ดังนั้นไม่มีกระแสไฟฟ้าตรงหรือฮาร์โมนิกลำดับที่ 3 ในกระแสไฟฟ้าเฟสเดียว

• หากโหลดทั้งสามเฟสเป็นวงจร выпряมสะพานเฟสเดียว แม้จะมีความไม่สมดุล ผลรวมกระแสไฟฟ้าในสามเฟสจะไม่เท่ากับศูนย์ (มีกระแสไฟฟ้าลำดับศูนย์) แต่กระแสไฟฟ้าในสายกลางจะไม่สูงกว่ากระแสไฟฟ้าในเฟส