Neden Dengeleşmiş Üç Faz Dört Teline Sistemlerde Aşırı Nötr Hat Akımı Oluşur?

Üç faz dört tel güç dağıtım sistemlerinde, endüstriyel uzmanlar arasında üç faz yükleri dengeli olduğunda nötr hattaki akımın çok küçük olması gerektiği konusunda bir fikir birliğine varılmıştır. Ancak, bu kavramı alt üst eden daha ve daha fazla olay gözlemlenmektedir.

Örneğin, bir binanın etrafındaki reklam ışık kutuları elektronik balastro ile floresan aydınlatma kullanmaktadır. Üç faz hatlarındaki yükler dengeli olup her faz akımı yaklaşık 90A iken, nötr hat akımı 160A'ya ulaşmaktadır.

Aslında, aşırı nötr hat akımı şu anda giderek daha yaygın hale gelmektedir. Üç faz yükleri dengeli olduğunda neden nötr hat üzerinde akım ortaya çıkıyor ve hatta faz hat akımının %150'sinden fazlasına ulaşıyor? Bu, dikdörtgen devrelerden kaynaklanmaktadır.

Faz hatlarındaki akım dalga formu sinüzoidal ise, 120° faz farkı ve aynı genliği olan durumda, vektörel toplamlarının nötr hat üzerinde sonucu sıfırdır. Bu herkesin bildiği bir şeydir.

Ancak, faz hatlarındaki akımlar pulslü ve 120° faz farkı gösteriyorsa, nötr hat üzerindeki toplamları Şekil 2'de gösterildiği gibidir. Şekil 3'ten de görülebileceği gibi, nötr hat üzerindeki pulslü akımlar birbirini tamamlamadan zamanlaması bozulmuştur. Nötr hat üzerindeki pulslü akım sayısı bir döngüde üç olduğuna göre, nötr hat akımı her faz hat akımının toplamıdır. Etkili akım değeri hesaplama yöntemiyle, nötr hat akımı faz hat akımının 1.7 katıdır.

Çoğu modern elektrik yükünün dikdörtgen devre yükleri olduğu için, üç faz yükleri dengeli olsa bile büyük bir nötr akım oluşabilir. Aşırı nötr akım oldukça tehlikelidir, bunun iki ana nedeni vardır: İlk olarak, nötrin kesiti genellikle faz hatlarının kesitinden daha büyük değildir, bu yüzden aşırı akım ısılama neden olur; ikincisi, nötr üzerinde koruma cihazları olmadığından, faz hatları gibi kesilemez, bu da büyük bir yangın riski oluşturur.

• Üç faz sinüzoidal simetrik AC için, yükler dengeli olduğunda, faz akım vektörleri (eşit büyüklük, 120° faz farkı) toplamı sıfırdır, bu nedenle sıfır-sıra akımı sıfırdır.

• Yükler dengesiz olduğunda, eşit olmayan akım vektörleri (tümü 120° faz farkı olmayan) toplamı sıfırdan farklıdır; sıfır-sıra akımı (dengesiz akım) herhangi bir faz akımından küçüktür.

• Eğer üç faz yüklerinde doğrusal olmayan bileşenler (örneğin, diyotlar) varsa, DC ve 3. veya 6. mertebeden harmonikler nedeniyle, sıfır-sıra akımı (bu değerlerin aritmetik toplamı) faz akımını aşabilir. Örneğin, üç faz yarı dalgası düzelticisinde, herhangi bir faz akımı yük akımının 1/3'üdür (sıfır-sıra akımı).

• Üç faz köprü düzelticisinde, akım hem AC yarım dalgalarında akar (simetrik, fazlar arasında dengeli), bu nedenle DC veya 3. mertebeden harmonikler yoktur; üç faz akım toplamı sıfırdır (sıfır-sıra akımı = 0).

• Tek faz köprü düzelticisinde, akım hem AC yarım dalgalarında akar (simetrik), bu nedenle tek faz akımında DC veya 3. mertebeden harmonikler yoktur.

• Eğer tüm üç faz yükleri tek faz köprü düzelticileri ise, dengesiz olsa bile, üç faz akım toplamı sıfırdan farklıdır (sıfır-sıra akımı var), ancak nötr akımı faz akımını aşmaz.