低壓供電系統(tǒng)零線中斷的危害及防范措施

任安壯 王志強(qiáng) 全 剛

（63623部隊，甘肅 酒泉732750）

0 引言

變壓器二次側(cè)中性點直接接地稱為工作接地，由于中性點與大地零電位連接，因此，引出的中性線稱為零線［1］。在交流低壓配電網(wǎng)中，我國一般都采用AC380／220 V三相四線制，變壓器中性點采用TC系統(tǒng)直接接地，即用3根火線供380 V動力電，零線和其中一根火線供220 V單相電［2］。零線的主要作用是流通三相負(fù)載不平衡電流。在這種低壓供電系統(tǒng)中，一旦發(fā)生零線中斷，就會造成電力系統(tǒng)中性點偏移，而中斷位置不同，會產(chǎn)生不同的后果，一般有：（1）造成斷線停電；（2）電燒毀設(shè)備和造成人身事故；（3）因局部原因?qū)е麓竺娣e隱患事故［3］。

在實際工作生活中，零線中斷經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)備、附屬用電設(shè)施等損壞，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。總之，零線中斷是個事故狀態(tài)，危害較大，應(yīng)該盡量防止其發(fā)生。本文著重分析了零線中斷引起單相用電設(shè)備燒壞的危害，并提出了消除零線中斷危害的防范措施。

1 零線中斷的危害及其原理分析

在三相四線制供電系統(tǒng)中，零線的主要作用包括以下幾個方面：（1）在三相負(fù)載不平衡的情況下，零線導(dǎo)通，不平衡電流流回中性點，從而使供電系統(tǒng)的線電壓、相電壓基本保持平衡。（2）當(dāng)保護(hù)接零的電氣設(shè)備絕緣損壞發(fā)生碰殼時，短路電流將通過零線構(gòu)成回路，由于零線阻抗較小，所以短路電流將很大，促使保護(hù)裝置迅速動作以斷開電源，從而起到保護(hù)作用。（3）零線也是單相220 V電氣設(shè)備的電源回路［4］。根據(jù)電力原理可知，在380 V、220 V的三相四線制中，因為有了零線，所以不論三相負(fù)載平衡與否，負(fù)載各項電壓與相應(yīng)的電源各相電壓相等，均為220 V，因而是安全可靠的［5］。但是，一旦零線中斷，便會造成三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡，從而引起供電事故。

下面就實踐中具有代表性的3種零線中斷的情況進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 零線在不同處中斷電路圖

（1）零線在K1處中斷時。從圖1可知，接在a、b兩點之間的負(fù)載由于零線中斷，形不成電流通路，從而造成設(shè)備停電，不能正常工作。

（2）零線在K2處中斷時。從圖1可知，接在a、b兩點之間的負(fù)載不受影響，但接在c、d兩點和e、f兩點之間的負(fù)載就不同了，其等效電路圖如圖2所示。

圖2 零線在K2處中斷時等效電路圖

從圖2可知，負(fù)載Rcd、Ref串聯(lián)后接于一單相380 V回路，根據(jù)串聯(lián)電路可知：

其中，Uce＝380 V，當(dāng)Rcd＝Ref時，則IRcd＝IRef，得：

當(dāng)Rcd＞＞Ref時，則Ucd＞＞Uef，即Ucd≈380 V；反之，則Uef≈380 V。由此可得：當(dāng)兩相負(fù)載相差懸殊時，阻值大的一相電壓將超過220 V，甚至接近線電壓380 V，會導(dǎo)致該相負(fù)載燒壞或壽命縮短。

（3）零線在K3處中斷時。從圖1可知，b、d、f將接于一點，設(shè)為O點，其等效電路如圖3所示。

圖3 零線在K3處中斷時等效電路圖

電源中性點O′和負(fù)載中性點O之間的電壓為UO′O，根據(jù)節(jié)點法可得出如下算式：

當(dāng)三相負(fù)載相等時，即Rab＝Rcd＝Ref，得UO′O＝0，由此得知：各項負(fù)載承受電壓均為正常工作電壓220 V。當(dāng)負(fù)載不平衡時，即Rab≠Rcd≠Ref，則UO′O≠0，這就使得加在各相負(fù)載上的電壓不平衡。

為了簡化計算，分析時做如下假定：1）電源三相電壓平衡且E·A＝E∠0°、E·B＝E∠－120°、E·C＝E∠－240°；2）A相負(fù)載為R，B相和C相負(fù)載相等，均為kR（k為不平衡系數(shù)）。于是有：

A、B、C各相負(fù)載的相電壓可計算如下：

各相電壓峰值分別為：

從上列各式可知，負(fù)載電壓的不平衡主要由不平衡系數(shù)k決定，如表1所示。

表1 特定k值下各相電壓峰值變化情況

從表中可以看出，對應(yīng)于不同的k，UO′O在E／2～0～E范圍內(nèi)變化，如圖4所示，其值在向量AD線上變化。各相負(fù)載電壓可分別升到接近1.5倍A相電壓或B和C相電壓。

圖4 不同k值對應(yīng)電壓范圍向量圖

通過理論計算和分析可得如下結(jié)論：在三相四線制電網(wǎng)中，零線中斷以后，由于負(fù)載不平衡，負(fù)載阻抗值最大相的相電壓將升高到接近線電壓值，導(dǎo)致該相負(fù)載過電壓燒壞或壽命縮短。

2 防范措施

2.1 妥善選用零線，合理分配負(fù)載

在實際工作中，有些人總認(rèn)為零線沒有相線那么重要，對零線處理比較隨意。例如用非常破舊、接頭很多、截面很小的導(dǎo)線做零線，零線之間或零線與設(shè)備之間的連接不按要求施工等，這些都是十分錯誤的做法。事實表明，規(guī)程規(guī)定的“零線截面不得小于相線截面的50%，正常時零線上不平衡電流不得超過相線額定電流的25%，零線上不得安裝開關(guān)、熔斷器等”是十分重要的。所以在設(shè)計和施工中，首先要妥善選擇零線的線材和規(guī)格，提高線路敷設(shè)和導(dǎo)線連接質(zhì)量，使它具有一定的熱承受能力、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能；其次要合理分配負(fù)載，即盡量使三相用電設(shè)備負(fù)載合理地分配在三相上，使零線中流通的負(fù)載不平衡電流符合規(guī)定。

2.2 重復(fù)接地防范措施

防范零線中斷現(xiàn)在常采用重復(fù)接地的措施，所謂重復(fù)接地就是將零線上的一處或多處通過接地裝置與大地再次連接。

我國電力設(shè)備接地的一般要求如下：在三相四線制、變壓器中性點直接接地的系統(tǒng)中，除零線在電源處接地外，在架空線路的干線和分支線的終端及沿線每1 km處零線應(yīng)重復(fù)接地。在電纜和架空線引入車間機(jī)房或大型建筑物處零線應(yīng)重復(fù)接地（但距離地點不超過50 m的除外），或在屋內(nèi)將零線和配電屏、控制屏的接地裝置相連接。為什么零線要盡可能多處接地？因為通過零線的重復(fù)接地，當(dāng)工作零線中斷時，電流可通過接地而散失。其原理如圖5所示。

圖5 零線重復(fù)接地原理圖

2.3 安全組織措施

一般來說，發(fā)生電業(yè)安全事故的共同原因是組織措施不健全和安全技術(shù)措施不完善，而組織措施與工作人員的主觀能動性、積極性有更為密切的關(guān)系，從這一方面看，組織措施比技術(shù)措施更為重要。所以要嚴(yán)格執(zhí)行電業(yè)安全規(guī)程，對低壓線路進(jìn)行定期檢查，檢查線路的連接質(zhì)量、磨損程度。對于變壓器的中性點接地線應(yīng)進(jìn)行重復(fù)接地，并定期測試其接地電阻；同時測量三相負(fù)載的不平衡度，對不符合標(biāo)準(zhǔn)的要及時進(jìn)行調(diào)整。要定期組織人員對全線路進(jìn)行巡視，重點是零線接頭處，發(fā)現(xiàn)問題的要及時解決，以消除事故隱患，確保供電的安全可靠。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前對低壓供電線路零線中斷采取的防范措施還只停留在減輕對用電設(shè)備的危害上，而采用更先進(jìn)的保護(hù)電器，即零線中斷的同時斷開三相電源以使設(shè)備不受任何影響，還值得大家進(jìn)一步研究探討。

［1］幸志文.三相四線制低壓供電系統(tǒng)零線斷路造成危險及預(yù)防措施［J］.科技信息，2012（34）

［2］李水平，胡少華.電力系統(tǒng)故障的預(yù)防措施［J］.科技風(fēng)，2012（13）

［3］羅留濤，胡保有.低壓供電系統(tǒng)零線斷路的危害及預(yù)防［J］.科學(xué)與財富，2014（9）

［4］梁振剛.三相四線供電系統(tǒng)中零線引發(fā)的問題分析［J］.電子測試，2013（18）

［5］戴文雯.電工實驗教學(xué)用電安全分析與防范［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2013（3）