Neutralleiterstrom verstehen: Ursachen, Schäden und Erkenntnisse zum AHF-Design

1. Was ist Neutralleiterstrom?

In einem Dreiphasen-Vierleitersystem ist der Neutralleiterstrom idealerweise Null, wenn alle Phasenlasten perfekt ausgeglichen und rein linear sind. In der Praxis, insbesondere in Gewerbegebäuden, Industrieanlagen und Rechenzentren, verursachen jedoch nichtlineare Lasten und unsymmetrische Systeme einen erheblichen Neutralleiterstrom.

2. Was verursacht einen hohen Neutralleiterstrom?

Es gibt zwei Hauptfaktoren:

• Phasenunsymmetrie: Eine ungleichmäßige Verteilung einphasiger Lasten führt zu ungleichen Phasenströmen, wodurch der Strom über den Neutralleiter zurückfließt.

• Dreifache Harmonische (3., 9. usw.): Diese Null-Harmonischen von nichtlinearen Lasten (z. B. Computer, LED-Beleuchtung, USV-Systeme) sind über alle drei Phasen hinweg in Phase und summieren sich im Neutralleiter, wodurch der Neutralleiterstrom erheblich verstärkt wird.

3. Warum hoher Neutralleiterstrom gefährlich ist

Ein zu hoher Neutralleiterstrom kann zu ernsthaften Problemen führen:

• Überhitzung oder Durchbrennen des Neutralleiters

• Unerwartetes Auslösen von Schutzeinrichtungen

• Erhöhte elektromagnetische Interferenzen (EMI)

• Beschleunigte Alterung von Kabeln und Transformatoren

• Sicherheitsrisiken durch erhöhte Neutralleiter-Erde-Spannung

4. Ist der Gesamtklirrfaktor der Neutralleitung wichtig?

Technisch lässt sich der Gesamtklirrfaktor (THD) des Neutralleiterstroms berechnen, hat aber nur einen begrenzten praktischen Nutzen. Stattdessen konzentrieren sich Ingenieure in der Regel auf:

• Der Effektivwert des Neutralleiterstroms

• Der Beitrag der 3. und anderer Triplen-Harmonischer

• Das N-zu-Phase-Stromverhältnis (z. B. deutet N/Ph > 1,5 auf eine starke Verzerrung hin)

5. Warum AHF eine doppelt so hohe Neutralleiterkapazität hat wie Phasenleitungen

Aktive Oberwellenfilter (AHFs) Für Vierleitersysteme konzipierte Transformatoren müssen nicht nur die Phasenoberschwingungen, sondern auch die Nullharmonischen im Neutralleiter kompensieren.

In Systemen mit hoher dritter Harmonischer Verzerrung kann der Neutralleiterstrom theoretisch das Dreifache der einzelnen Phasenoberschwingungen erreichen. Um eine zuverlässige Kompensation zu gewährleisten, sind die meisten AHF-Produkte mit einer Neutralleiterstrombelastbarkeit ausgestattet, die doppelt so hoch ist wie die einer einzelnen Phase.

Dies erklärt:

• Die vollständige Summierung der Triplen-Harmonischen

• Transiente Spitzen und Überlastungen

• Sicherheit und Einhaltung der IEEE 519- und IEC-Standards

Steigender Neutralleiterstrom ist ein zunehmendes Problem in modernen elektrischen Systemen, insbesondere in Umgebungen mit hoher nichtlinearer Lastdichte. Das Verständnis der Ursachen und die Behebung dieser Probleme mit geeigneten Lösungen zur Netzqualität – wie beispielsweise einem Vierleiter AHF – kann die Systemsicherheit und -effizienz erheblich verbessern.