Neutralleiterstrom
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Der Neutralleiterstrom ist ein Begriff aus der Elektrotechnik. Ein Drehstromanschluss in Niederspannungsnetzen besteht aus drei Außenleitern und dem Neutralleiter. Dieser Drehstromanschluss wird entweder direkt genutzt (z. B. für größere Verbraucher wie im Haushalt den Herd oder den Durchlauferhitzer), oder die Verbraucher werden auf die drei Außenleiter aufgeteilt. Diese versorgen dann mit je einem Außenleiter und dem Neutralleiter mit 230 V die einzelnen Verbraucher mit Wechselspannung.
Durch den Neutralleiter fließt der Summenstrom der drei Außenleiter zum Sternpunkt der lokalen Transformatorenstation. Die Summe ergibt sich aus den Augenblickswerten der jeweils um 120° im Phasenwinkel verschobenen Ströme. Bei symmetrischer Belastung der drei Außenleiter durch lineare Verbraucher (dies sind Verbraucher, welche keine Oberschwingungen im Strom erzeugen) ist der Betrag des Stromes im Neutralleiter null. Der Neutralleiter nimmt bei linearen Verbrauchern nur jenen Summenstrom auf, welcher durch ungleichmäßige Belastung der drei Außenleiter verursacht wird. Der Summenstrom kann mit rein ohmscher Belastung somit maximal den größten Einzelleiterstrom annehmen (und nicht etwa das Dreifache eines Einzelstroms). Der Neutralleiter kann daher in bestimmten Situationen im Leiterquerschnitt reduziert ausgeführt sein oder im Extremfall, wenn eine symmetrische Belastung der Außenleiter garantiert ist, sogar ganz weggelassen werden.
Das Bild zeigt links den Drehstromtrafo als Energiequelle und rechts die Sternschaltung als dreiphasigen Verbraucher. Der Strom durch den Neutralleiter ergibt sich bei harmonischem Verlauf aus der Summe der drei Außenleiterströme und ist im symmetrischen Fall null:
Belastung des Neutralleiters
Verbraucher mit nichtlinearen Elementen wie Gleichrichter, enthalten beispielsweise in Geräten wie Fernsehgeräte, Computer, Ladegeräte für diverse Kleingeräte, Leuchten mit elektronischen Vorschaltgeräten, elektronisch geregelte Antriebe usw., und welche über geringe oder unzureichende Leistungsfaktorkorrekturfilterung verfügen, weisen einen Stromverlauf auf, welcher deutlich vom sinusförmigen Verlauf abweicht. Dabei kommt es im Stromverlauf zu einen gesteigerten Oberschwingungsanteil welcher sich in einer gesteigerten und unerwünschten Verzerrungsblindleistung ausdrückt.
Diese Oberschwingungen überlagern die Grundschwingung mit einem ganzzahligen Vielfachen der Grundschwingungsfrequenz. Im Drehstromsystem addieren sich die durch drei teilbaren Harmonischen im Neutralleiter, anstatt sich wie in der Grundschwingung gegenseitig auszulöschen. Von besonderer Bedeutung sind vor allem die ungeradzahligen Oberschwingungen (3, 9, 15 …), da geradzahlige und durch drei teilbare Oberschwingungen bei den meisten technischen Anwendungen selten vorkommen. Diese Addition der Oberschwingungsströme kann in Extremfällen zu unzulässig hohen Strömen im Neutralleiter führen; in der Praxis werden Werte bis zum -fachen des Außenleiterstroms erreicht. Der theoretische Maximalwert liegt beim doppelten des Außenleiterstromes.[1]
Bei der Auslegung von Neuanlagen sind die Regeln der Technik gemäß DIN VDE 0100-520:2003-06 Abschnitt 524 zu befolgen. Der Neutralleiter, soweit vorhanden, darf keinen kleineren Querschnitt als der Außenleiter haben (Ausnahmen und Bedingungen dafür siehe ebendiese VDE). Eine neue Ergänzung als DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3:2012-10 trägt dem Umstand der Netzbelastung mit Oberschwingungen Rechnung und empfiehlt angepasste Werte für die Strombelastung von Kabeln und Leitungen in drei Spalten für unterschiedlich hohe Anteile von Oberschwingungen am Außenleiterstrom für < 15 bis 30 %, > 33 bis 45 % und > 45 % (gerechnet mit 60 %).
Gemäß einer Empfehlung des ZVEI soll eine Analyse der vorgesehenen Verbraucher und deren Auswirkungen auch hinsichtlich der Oberschwingungen auf die Neutralleiterbelastung vorgenommen werden und die Dimensionierung der Kabel, Leitungen und Sammelschienensysteme soll unter Berücksichtigung der ermittelten Neutralleiterbelastung erfolgen.[2]