三相四线供电系统的零线断线故障分析

三相四线供电系统的零线断线故障分析　。霍大勇’赵志永　摘要：在我国通用的低压三相四线制供电系统中，零线　的可靠与否是系统运行的关键。在生产和生活中，供电系统因　零线断开造成人身和设备故障的事故时有发生，造成了不必要　的损失。在现行的低压供配电系统中，应当采取切实可行的措　施，保证系统中零线的良好运行，避免中性点偏移而引发供电　事故。　关键词：三相四线制；中性点；零线　目前，国内的低压供配电系统广泛采用的是三相四线制方　案。相线在变压器副边接为星形接法，其中，中性点引出线即　中性线，该中性点在变电所做可靠接地，接地电阻值不大于　１０１１。为保证中性点与大地的可靠连接，在低压电力配电线路　中要对引出的中性线重复接地。因为，在这种供电系统中的中　性线和大地等电位连接，该中性线被称为地线。该地线在三相四　线制供电系统中又作为零电位参考点，在对称三相负荷的情况　下，中性线上的电流为零，该线又称为零线。　１９９４年，在某大型三线企业的一个独立生活区内，发生了　区域的职工宿舍家电同时损坏事件，所有的损坏家电均表现为　进线变压器烧毁。现场分析为零线断线故障所致。原因为该生　活区家电种类和容量增多，而电线线径没有增加，因三相不平　衡加剧，造成零线长期过负荷运行，最终零线断路。　２００２年，某酒店维修电工屡次接报，在食品加工房间不定　时有电击感觉，但在现场维修时，有时能够测量出金属水管对　地交流８０伏左右的电压，有时没有。很长时间问题得不到解　决。其故障原因为：在相邻房间装修顶棚时零线没有连接牢　固，造成某一个装饰灯开启后零线上电位增高为危险电压。　做以下分析，可以了解零线断线或者接触不良时所引起的　电压变化，找到分析故障的理论依据。图１是三相四线制供电　系统的示意图。　Ｕ　图１　零线接地的三相四线系统　图１中，电源电压三相对称，即使在三相负载不对称的情　况下，三相负荷在每一相所得到的电压仍然是对称的。Ｏ点与　Ｎ点等电位，负荷电压等于电源电压与中性线上的电压的向量　差，即：　ＵＡｏ＝ＵＡＮ－－ＵＮｏ　Ｕ　Ｕ旷Ｕｍ　Ｕ　Ｕ旷Ｕ　—Ｕ　ＩＮ×ＺＮ　式中，ｚ　是零线上的阻抗，通常为零；Ｉ　是零线上的电　流；Ｕ是各部分的电压相量。　三相负荷平衡时，零线上没有电流流过，这就是通常所说　的零线可以按照火线的１／２～１／３选择截面的原因。　三相负荷不平衡时，零线上流过三相不平衡电流；两相空　载时，零线上的电流等于火线上的电流，零线与火线的截面应　该相等，否则，将造成零线绝缘老化甚至烧毁的事故。　在图１中，当Ｎ和０点断开，即零线断路时，为维持三　相电流的向量和等于零，负荷中性点必产生位移。电源侧残余　的中性线（Ｎ点）与负荷侧残余的零线（Ｏ点）之间将有电　压，计算为：　ＵＮｆ）＝（Ｕ＾Ｎ×Ｙ＾＋Ｕ　×ＹＢ＋Ｕ　×Ｙ（　），（ＹＡ＋ＹＢ＋Ｙ（Ｉ＋ＹＮ）　式中，Ｙ　Ｙ　、Ｙ　ＹＮＦ分别为Ａ、Ｂ、Ｃ相及中性线Ｎ上　的导纳。此时，假定三相负荷阻抗关系为：　Ｙ　２ＹＡ，　Ｙ（：＝３ＹＡ　因零线断路，所以Ｙ　＝０，将上述数据带人式中，得：　Ｕｍ＝（一１／４＋ｉ，１２）Ｕ相　各相电压有效值为：ＵＡＯ＝／６　Ｕ辑Ｉ　ＵⅨ）＝／６　Ｕ　Ｕ（　）：／６　Ｕ　由计算结果可知，在负荷不平衡的三相电路中，零线断　路，负荷的中性点就向负荷大的方向偏移，于是，使各相负荷　所得到的相电压发生变化。负荷大的那一相，负荷电压降低；　负荷小的那一相，负荷电压则升高。　三相四线制电力线路运行中，应当严禁出现零线断开的情　况。在线路设计、安装和运行维护中应注意以下几点：　１．三相负荷严重不平衡的电路中，应按照实际的电流设　计或改造零线，零线的截面应在火线的７０％～１００％之间。在　可能的情况下，通过设计、安装或运行中根据负荷变化情况的　调整，尽量使三相负荷平衡。　２．零线、火线上的所有连接均应可靠，符合国家规范，　连接部分的接触电阻不能大于同长度的相同材质导线的电阻。　避免不同材质导线的直接连接，禁止采用铝线的直接对接。　３．中性点应保证可靠引出，即电力变压器二次侧内部中　性线引出线不得断路。　４．加强巡视和维护线路，避免外部机械损伤（如大风、冰　雪、碰撞电线杆、人为等原因）造成零线中性线断路。　５．零线上禁止接保险和开关。　零线是保证三相四线制供电系统正常运行的关键，对于单　相设备而言，零线断路，单相负荷的正常工作状况就会遭到破　坏，并在零线上产生危险的电压，会威胁到人身和设备安全。　因此，在现行的供配电系统中，保障零线的安全町靠非常重　要。　参考文献　１　刘介才．供配电技术．机械工业出版社，２００５　２机械工业电力设计规范．机械工业出版社，１９９７　（作者简介：１．河南工业职业技术学院教师，高级工程师，　在郑州轻工业学院攻读工程硕士学位。２．郑州轻工业学院讲　师。）　２００７．０６中小企业科技　１　３３