低壓配電系統(tǒng)中中性線斷線故障保護研究

李洪艷

摘 要：隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，社會文明也在不斷進步，人們的生活水平日益提高，無論是工業(yè)還是民用建筑、辦公樓及居民住宅等場所的用電量，都呈現(xiàn)出飛速增長的發(fā)展趨勢。文章通過對低壓配電系統(tǒng)中中性線斷線故障后可能產(chǎn)生的危害進行分析，提出了防止中性線斷線故障的有效措施。

關鍵詞：低壓配電系統(tǒng)；中性線；斷線故障；保護

相比過去負載的性質(zhì)有了很大的變化，過去的負載主要是線性負載，而目前非線性負載所占的比例顯著增加，這樣就導致三相負載不平衡，進而引起過大的中性線電流的產(chǎn)生。在三相四線制供電系統(tǒng)中，中線起到了重要的作用，可以有效解決三相負載不對稱引發(fā)的問題，提供各相電流的回路。中線一旦發(fā)生故障，中性點就會發(fā)生轉(zhuǎn)移，因三相負載不平衡，對于負載最少的那一相，電壓也最高，進而導致過電壓損壞的發(fā)生。對于負載較多的那一相，所分配到的電壓就低于正常工作的電壓，進而導致該相無法工作。因三相四線制供電中中性線具有至關重要的作用，科學合理的選擇中線，并保證其安全穩(wěn)定運行，成為供電工作的重中之重。低壓供電的方式普遍應用于民用建筑中的用電設備，因此，使低壓供配電系統(tǒng)能夠安全、可靠的運行就變得尤為重要。

引發(fā)電氣故障的原因有很多種，中性線斷線故障就是其中的一種，引發(fā)中性線斷線的因素也很多，線路敷設方式以及環(huán)境條件、導線材質(zhì)和機械強度、配電裝置中性線的連接方式等，都有可能引起中性線的斷線故障。

1 中性線斷線可能引起的危害

在三相負荷不平衡的情況下，中性線PEN或N線一旦發(fā)生斷線，必然引起負荷中性點的偏移。因為沒有中性濾過不平衡電流，而三相負荷電流的矢量和必須為零，負荷中性點進而出現(xiàn)偏移。

1.1 中性線偏移電位對人身安全造成傷害

在TN-C-S接地系統(tǒng)中，如果PEN線發(fā)生斷線，就會引起負荷側(cè)電位的偏移，并且經(jīng)由N線和PE線的接點，進而傳到PE線上，然后傳至與PE線相連的用電設備的外殼，人體接觸用電設備外殼后，就會產(chǎn)生對人體有害的接觸電壓。

在TN-S接地系統(tǒng)中，如果N線發(fā)生斷線，同樣會引起斷開點負荷側(cè)電位的偏移，然而這種接地系統(tǒng)的N線和PE線沒有連接點，偏移電位不會對PE線造成影響，不會產(chǎn)生對人體有害的接觸電壓。由此，可以看出，中性線斷線也要視情況而定，有時并不會產(chǎn)生接觸電壓。

1.2 中性線斷線危及用電設備

PEN線或是N線發(fā)生斷線時，向著負荷大的方向負荷的中性點產(chǎn)生移位，進而引起多相負荷電壓降的變化。根據(jù)負荷的大小，相應的負荷電壓減低或升高。在多相回路中，過電壓或者欠電壓都會使單相用電設備燒毀。

2 預防中性線斷線故障的措施

對于三相四線制線路來說，三相負載不平衡的現(xiàn)象是客觀存在的。此外，隨著非線性負載所占比例的增大，更加導致了不平衡電流和零序電流的產(chǎn)生，在電流的作用下，中性線發(fā)生過載、發(fā)熱，嚴重時還會使斷線燒毀，三相負載無法在正常的工作狀態(tài)不運行，也給用電設備的安全帶來了巨大的隱患。為此，必須在根源上加以解決，設法保持三相負載的平衡，科學管理，合理選材。此外，還要采用接零接地等保護措施，防止或避免中性線意外斷線，以及不安全用電和火災等現(xiàn)象和問題的出現(xiàn)。

2.1 N（PEN）線截面應該滿足機械強度要求

根據(jù)導線敷設的方式，確定導線線芯的最小截面，使其符合相關的規(guī)定和要求。

2.2 N（PEN）線截面應滿足載流量的要求，單相回路中的中性線應與相線截面相等

在三相四線或二相三線的配電線路中，如果用電負荷的大部分都是單相用電設備，對于N線或PEN線的截面也有一定的要求，即不應小于相線截面。

2.3 連接點應牢固可靠并采取防止氣化腐蝕的措施

為了提高連接點的牢固性和可靠性，在采用TN-C-S接地形式的配電系統(tǒng)中，對于進戶處配電裝置中的PEN、PE、N線的連接點，要進行銅母線的設置，形成匯流排，還要采用鍍層的方式對該母線及其被連接導線的接線端子進行處理。采用這種措施，可以使防氧化和腐蝕的能力得到提高，并且使得中性線發(fā)生斷線的可能性大大降低。

2.4 裝設中性線斷線故障保護電器

在三相四線制配電線路中的中性線發(fā)生斷路時，中性線斷線保護電器可以自動切斷負荷側(cè)全部電源線路，進而有效保障電路的安全。中性線一旦斷線，就會發(fā)生電位偏移，進而對人身或設備造成危害，而中性線斷線保護電器的應用，則可以避免這種危害的發(fā)生，因此，要求中性線斷線保護電器必須具備反時限的特征（欠電壓除外）。裝設中性線斷線故障電器保護需要注意的是，必須考慮到配電系統(tǒng)的接地型式以及等電位的聯(lián)結(jié)條件，并且保護電器裝設的位置應該在被保護線路和電源線路的連接處。

2.5 等電位聯(lián)結(jié)

總等電位聯(lián)接具有能夠有效降低建筑物內(nèi)間接接觸電擊的接觸電壓以及不同金屬部件間的電位差的特性。此外，從建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道，可能引入危險故障電壓，進而造成危害，而采用總等電位聯(lián)結(jié)就可以有效避免?？偟入娢宦?lián)接能夠使人體接觸電壓減小，防止間接觸電，即便是接地故障保護失靈，采用這種措施也能夠很大程度的避免觸電傷亡事故的發(fā)生。在TN-C-S接地型式的配電系統(tǒng)中，總等電位聯(lián)結(jié)，可以使PE線上的對地偏移電壓得以降低甚至消除，從而保障人身和設備安全。

3 中性線斷線智能保護裝置

3.1 中性線斷線智能保護裝置的性能特點

（1）應用自動穩(wěn)零技術，抑制零點漂移，克服零點隨時間和溫度的漂移，實現(xiàn)所有參數(shù)的零點免調(diào)，提高了裝置的測量和保護精度。（2）數(shù)字化整定，可按鍵整定參數(shù)或借助上位軟件實現(xiàn)計算機輔助調(diào)試。（3）抗電磁干擾能力強，既使在非常嚴酷的場合，也能正常運行。（4）在電源掉電時，能夠記憶所有的當前工作狀態(tài)或設定值、時間等。

3.2 中性線斷線智能保護裝置的功能

（1）速斷功能。當相電壓突變到設定值時，中性線斷線保護裝置能快速發(fā)出跳閘指令，實現(xiàn)速斷保護。

（2）定時限延時保護。當相電壓突變到定值時，中斷智能保護裝置延時指定時間發(fā)出跳閘指令，實現(xiàn)延時保護。

（3）寬電壓范圍保護功能。當中性線斷線后，三相負荷的不平衡度將導致不同的電壓變化，不同的保護動作值區(qū)間和動作延時時間可調(diào)。

（4）報警功能。根據(jù)保護類型發(fā)出跳閘信號，同時送出報警信號，故障信息能對停電事故快速作出處理意見，減少停電時間。

（5）鑒別報警類型。主要針對監(jiān)控系統(tǒng)而言，可根據(jù)執(zhí)行元件的報警信號和智能保護裝置的報警信號進行綜合判斷，可快速區(qū)分中性線斷線和開關保護性動作。

（6）多級選擇性保護功能。實現(xiàn)總路和支路，支路和用戶等多級分別判斷中性線斷線保護的配合功能，支路應優(yōu)先動作，防止斷電范圍擴大。

（7）自檢驗證功能。當中性線斷線智能控制器發(fā)出跳閘信號后，若控制的執(zhí)行元件未動作，后臺可根據(jù)斷路器的狀態(tài)信息與該裝置的報警輸出信號來驗證故障的具體原因及位置，從而判斷斷路器是否存在故障。

（8）通信組網(wǎng)。裝置具有RS-485標準接口，可滿足電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化和智能小區(qū)建設的要求。

（9）內(nèi)部實時時鐘。提供內(nèi)部的實時時鐘，精確記錄系統(tǒng)時間。

（10）事件記錄功能。可記錄保護回路狀態(tài)信息和報警、跳閘事件及發(fā)生的時間。