Tại sao Dòng Điện Trung Tính Quá Cao Xảy Ra trong Hệ Thống Ba Pha Bốn Dây Cân Bằng
Trong hệ thống phân phối điện ba pha bốn dây, các chuyên gia trong ngành đều đồng ý rằng dòng điện trung tính nên rất nhỏ khi tải ba pha cân bằng. Tuy nhiên, ngày càng có nhiều hiện tượng làm đảo lộn khái niệm này.
Ví dụ, các hộp đèn quảng cáo xung quanh một tòa nhà sử dụng đèn huỳnh quang với bộ ballast điện tử. Tải trên các đường dây ba pha là cân bằng, với dòng điện mỗi pha khoảng 90A, nhưng dòng điện trung tính đạt 160A.
Thực tế, hiện tượng dòng điện trung tính quá mức đang trở nên phổ biến hơn ngày nay. Tại sao dòng điện vẫn xuất hiện trên đường dây trung tính khi tải ba pha cân bằng, thậm chí vượt quá 150% dòng điện của đường dây pha? Điều này được gây ra bởi mạch chỉnh lưu.
Khi dạng sóng dòng điện của các đường dây pha là hình sin, nếu chúng lệch pha 120° và có cùng biên độ, kết quả của tổng vector của chúng trên đường dây trung tính là không. Đây là điều mà mọi người đều biết.
Nhưng nếu dòng điện trên các đường dây pha là dạng xung và lệch pha 120°, kết quả tổng hợp của chúng trên đường dây trung tính như được thể hiện trong Hình 2. Có thể thấy từ Hình 3, các dòng xung trên đường dây trung tính bị lệch và không thể triệt tiêu nhau. Đếm số lượng dòng xung trên đường dây trung tính, có ba dòng trong một chu kỳ, do đó dòng điện trên đường dây trung tính là tổng của dòng điện của mỗi đường dây pha. Theo phương pháp tính dòng điện hiệu dụng, dòng điện trên đường dây trung tính là 1,7 lần dòng điện của đường dây pha.
Do hầu hết tải điện hiện đại đều là tải mạch chỉnh lưu, ngay cả khi tải ba pha cân bằng, cũng có thể xảy ra dòng điện trung tính lớn. Dòng điện trung tính quá mức rất nguy hiểm, chủ yếu vì hai lý do: đầu tiên, diện tích tiết diện của đường dây trung tính thường không lớn hơn đường dây pha, do đó dòng điện quá mức gây ra hiện tượng nóng quá mức; thứ hai, không có thiết bị bảo vệ trên đường dây trung tính, do đó nó không thể ngắt như đường dây pha, tạo ra nguy cơ hỏa hoạn lớn.
Đối với nguồn AC ba pha hình sin đối xứng, với tải cân bằng, vectơ dòng điện pha (có cùng biên độ, lệch pha 120°) cộng lại bằng không, do đó dòng điện thứ tự không (dòng điện không cân bằng) bằng không.
Với tải không cân bằng, vectơ dòng điện không bằng nhau (lệch pha không phải tất cả 120°) cho tổng không bằng không; dòng điện thứ tự không (dòng điện không cân bằng) nhỏ hơn bất kỳ dòng điện pha nào.
Nếu tải ba pha có thành phần phi tuyến (ví dụ, điôt), gây ra dòng DC và hài bậc 3/6, dòng điện thứ tự không (tổng cộng các dòng này) có thể vượt quá dòng điện pha. Ví dụ, trong mạch chỉnh lưu nửa sóng ba pha, dòng điện của bất kỳ pha nào cũng là 1/3 dòng điện tải (dòng điện thứ tự không).
Trong mạch chỉnh lưu cầu ba pha, dòng điện chảy trong cả hai nửa chu kỳ AC (đối xứng, cân bằng qua các pha), do đó không có dòng DC hoặc hài bậc 3; tổng dòng điện ba pha bằng không (dòng điện thứ tự không = 0).
Trong mạch chỉnh lưu cầu đơn pha, dòng điện chảy trong cả hai nửa chu kỳ AC (đối xứng), do đó không có dòng DC hoặc hài bậc 3 trong dòng điện đơn pha.
Nếu tất cả tải ba pha đều là mạch chỉnh lưu cầu đơn pha, ngay cả khi mất cân bằng, tổng dòng điện ba pha không bằng không (dòng điện thứ tự không tồn tại), nhưng dòng điện trung tính sẽ không vượt quá dòng điện pha.
