Почему ток в нулевом (нейтральном) проводе может превысить ток в фазном проводе

В трехфазной системе, при симметричной линейной нагрузке (например трехфазный электродвигатель) ток в нулевом проводе отсутствует. В реальности идеальной симметрии не существует, ток в нулевом проводе будет присутствовать, но он будет значительно меньше фазных . 

Поскольку ток в нулевом проводе был меньше тока в фазном проводнике (раньше было мало нелинейных нагрузок), то для экономии нулевой проводник делался тоньше фазных, теперь сечение нулевого проводника часто совпадает с сечением фазного. 

Если основное потребление энергии приходится на нелинейные нагрузки (импульсные блоки питания без ККМ, люминесцентные лампы с электронными балластами без ККМ и т.п. - ток потребляется узкими импульсами вблизи пика питающего напряжения) встречаются рекомендации по увеличению сечения нулевого проводника в два раза (относительно сечения, рассчитанного для фазных проводников). Это обусловлено тем, что в нулевом проводе будет протекать еще и значительная сумма гармоник тока кратных трем (особенно будет сильна третья - 150 Гц) . 

Поскольку от перегрузки по току защищаются только фазные повода, перегрузка нулевого (нейтрального) провода может привести к его повреждению, "отгоранию нуля" - что может привести к значительному перекосу фазных напряжений и повреждению потребителей. 

Получается, что мощные потребители с несинусоидальным входным током (нелинейные нагрузки) могут не только вызывать искажение формы напряжения сети и "загрязнять" сеть помехами, но и привести к аварийной ситуации, выводя из строя кабель и других потребителей. 

Примеры нелинейных нагрузок, способных вызвать рост тока в нулевом проводнике (если в них нет корректора коэффициента мощности): 

Газоразрядные лампы 

Светодиодные лампы 

Дуговые и индукционные печи 

Трансформаторы работающие в режиме насыщения 

Компьютеры, мониторы, оргтехника 

Телевизоры 

Инверторные кондиционеры 

Источники бесперебойного питания 

Микроволновые печи 

Импульсные блоки питания, инверторы, преобразователи частоты 

Электродвигатели с регуляторами скорости вращения (инверторами) 

Форма тока, потребляемого нелинейной нагрузкой, значительно отличается от чистой синусоиды (совсем на нее не похожа). Математически форму несинусоидального тока можно представить в виде суммы, уменьшающихся по амплитуде, синусоид кратных частоте питающего напряжения (50 Гц, 100 Гц, 150 Гц, 200 Гц….). 

ГОСТ 30804.4.30-2013 предписывает учитывать гармоники не менее 40-го порядка. Но только гармоники, кратные третьей (остальные взаимно компенсируются складываясь), суммируются в нейтральном проводнике и вызывают весьма значительный ток, к которому еще добавляется ток обусловленный несимметрией питающего напряжения, его несинусоидальностью и несимметрией нагрузки. Основной вклад вносит третья гармоника (в нейтрале течет ток с частотой 150 Гц) - прочие гармоники малы. 

ГОСТ Р 50571.5.52-2011 дополняет: 

предлагает узнать ток и в нулевом проводнике и выбрать сечение всех проводников по наиболее нагруженному проводу; 

если доля третьей гармоники превышает 33%, необходимо увеличить площадь поперечного сечения нейтрального проводника. 


Источники информации: 

Теоретические основы электротехники. Бессонов Л.А. 

ПУЭ 

ГОСТ 30804_4_30-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии. 

Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания Климов В.П., Москалев А.Д. 



Написать отзыв

Пожалуйста авторизируйтесь или создайте учетную запись перед тем как написать отзыв