Перегрев нейтрального провода

В трехфазной системе сигналы напряжения в каждой фазе относительно нейтральной точки звезды смещены на 120°. Поэтому, в случае идентичности нагрузок каждой фазы, суммарный ток в нейтральном проводе равен 0. В случае несимметричности нагрузок в нейтральном проводе течет только результирующий ток, вызванный разностью нагрузок. В прошлом электромонтажные компании, учитывая слабую силу токов в нейтральном проводе, с одобрения соответствующих стандартов использовали для нейтрального провода жилу с сечением в ½ от сечения фазового провода. Однако, если токи основной частоты в нейтральном проводе взаимнокомпенсируются, то с гармоническими токами такого не происходит. Действительно, амплитуды гармоник, частота которых равна утроенной основной частоте, умноженной на нечетный множитель (гармоники порядка 3N), складываются в нейтральном проводе. На рис. проиллюстрирован этот эффект. Как видно на графиках, фазовые токи, показанные в верхней части рисунка, сдвинуты относительно друг друга на 120°. Третьи гармоники всех фазовых токов синфазны. Частота третьей гармоники в три раза больше основной частоты и сдвинута относительно нее на 1/3 периода.

Эффективный ток третьих гармоник в нейтральном проводнике показан на графике рис. 7. В рассматриваемом случае токи третьей гармоники каждой фазы с амплитудой 70% от амплитуды основной частоты в нейтральном проводе дают амплитуду суммарного тока, равную 210%.

Фазовые токи и сложение токов третьей гармоники в нейтральном проводе.

Поверхностный эффект

Переменный ток стремится протекать ближе к поверхности проводника. Это явление называется поверхностным эффектом.

где j_х – плотность тока в слое проводника на расстоянии х от поверхности, А/м²;

j_max – плотность тока на поверхности проводника, А/м^2;

z₀ – эквивалентная глубина проникновения тока, м.

Чем выше частота тока, тем сильнее выражен поверхностный эффект. На частоте 50 Гц поверхностный эффект практически незаметен, поэтому не учитывается. Но на частоте 350 Гц и выше (что соответствует гармонике 7-го и более высоких порядков) поверхностный эффект становится ощутимым. Он проявляется в потерях электроэнергии и дополнительном выделении тепла.

Для более высоких мощностей существуют типы устройств с коррекцией коэффициента мощности, в которых снижено образование паразитных гармоник, но стоят они намного дороже. Устройства малой мощности, как правило, не имеют схемы коррекции.