變壓器中性線在三相四線制供電系統(tǒng)中的作用和保護(hù)

夏紅波等

【摘 要】變壓器中性線在三相四線制系統(tǒng)中，特別當(dāng)三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，是保證三相負(fù)荷電壓降對(duì)稱的基本條件，其作用在于使三相四線制星形連接的不對(duì)稱負(fù)載得到相等的相電壓。當(dāng)中性線斷線后會(huì)造成負(fù)載因電壓過(guò)低無(wú)法正常工作或因電壓過(guò)高而燒毀，甚至危害人身安全，所以必須盡可能的保證三相四線低壓供電系統(tǒng)中主干零線的安全可靠，在實(shí)際工作中為防止主干零線斷線故障的發(fā)生，必須采取多種安全可靠的防護(hù)措施。

【關(guān)鍵詞】三相四線制系統(tǒng)；中性線；斷線；影響；作用；保護(hù)措施

在現(xiàn)有的低壓配電系統(tǒng)中，供電方式廣泛采用三相四線制供電系統(tǒng)。在三相四線制供電系統(tǒng)中，由于配電變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)接地完好，中性線與三相線之間構(gòu)成一個(gè)實(shí)用有效地整體，在三相負(fù)荷不對(duì)稱系統(tǒng)中，中性線的存在是保證三相負(fù)荷電壓降對(duì)稱的基本條件。一根相線發(fā)生斷線，只有該相負(fù)載供電中斷，對(duì)負(fù)載的安全并不構(gòu)成危害，但中性線斷線，將發(fā)生中性點(diǎn)偏移現(xiàn)象，使得三相電壓不能保持平衡，導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)各相電壓較正常電壓過(guò)高或過(guò)低，用電設(shè)備不能正常工作。目前低壓系統(tǒng)中存在著大量不可預(yù)料的中性線斷線事故。

影響低壓三相四線制安全可靠供電的因素很多，其中中性線的斷開(kāi)是一個(gè)重要原因。中性線斷線故障以導(dǎo)線接駁口因故障或過(guò)載燒斷和意外機(jī)械刮斷（因垂直布線時(shí)中性線設(shè)在最低位置而最易被刮斷）居多。而近年來(lái)多次發(fā)生在城鎮(zhèn)中偷竊導(dǎo)線的案件，也是中性線被偷盜最多。因三相四線垂直布線時(shí)中性線在最低位置，沿墻水平布置導(dǎo)線時(shí)，一般中性線在靠墻位置，因而中性線最易被剪斷和偷盜，中性線對(duì)地電位很低，盜竊中性線也較盜竊相線不容易觸電。因此研究中性線斷開(kāi)對(duì)供電產(chǎn)生的影響也是十分必要的。

1.中性線對(duì)電路運(yùn)行的影響

設(shè)三相四線制Y形連接負(fù)荷如圖1所示，三個(gè)圖1三相四線制Y形連接圖負(fù)荷阻抗分別為ZA、ZB、ZC，中性線的阻抗為ZN，根據(jù)節(jié)點(diǎn)電位法：NN=（1）。

從向量關(guān)系可以得知N點(diǎn)和N點(diǎn)不重合，這一現(xiàn)象稱為中性點(diǎn)位移。在電源UAN、UBN、UCN對(duì)稱情況下，對(duì)（1）式進(jìn)行分析如下：

1.1三相負(fù)荷平衡時(shí)

此時(shí)ZA=ZB=ZC，，無(wú)論ZN為何值時(shí)，都由（1）式可得NN=0，所以IN=0即中性線沒(méi)有電流通過(guò)，此時(shí)中性線存在與否不影響負(fù)荷的工作狀況。

1.2三相負(fù)荷不平衡，中性線未斷開(kāi)時(shí)

此時(shí)ZA≠ZB≠ZC，所以根據(jù)（1）式NN≠0，但此時(shí)的中性線未斷開(kāi)，可以采取減小中性線阻抗的方法，使ZN→0，則→∞，由（1）式可得NN≈0.此時(shí)，盡管三相負(fù)荷是不對(duì)稱的，但由于NN≈0，各相的工作狀態(tài)互不影響，各相保持獨(dú)立，不存在三相負(fù)載電壓的偏移。

1.3三相負(fù)荷不平衡且中線斷開(kāi)時(shí)

下面分析兩種極端情況：

1.3.1設(shè)A相短路（ZA=0，→∞）

由于中性線斷線則=0，由（1）式NN==，可得則NN≈AN，即中性點(diǎn)N位移到AN處，使得AN，=0，負(fù)載ZB上的電壓BN=AB，負(fù)載ZC上的電壓BN=AB。即表明UAN和UBN兩個(gè)相電壓升高為線電壓，直接導(dǎo)致B相與C相上的負(fù)荷將因電壓過(guò)高，電流過(guò)大而損壞。

1.3.2設(shè)A相斷路（ZA→∞，=0）

這是比較容易發(fā)生的一種情況，一是A相負(fù)荷開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；二是A相輸電線斷線。由于中性線斷線則=0，由（1）式NN= 推倒可得，因A相斷路，則UAN=0，而B(niǎo)N=BN-NN=（2），CN=CN-NN=（3）。由（2）式和（3）式可知，若三相負(fù)荷不對(duì)稱度不太嚴(yán)重，勢(shì)必造成B、C兩相電壓低于原相電壓，負(fù)荷將不能正常工作，若三相負(fù)荷不對(duì)稱度比較嚴(yán)重，則會(huì)導(dǎo)致一相電壓較高會(huì)損壞負(fù)荷，一相電壓較低，負(fù)荷不能正常工作。

2.中性線在電路運(yùn)行中的作用

由中性線對(duì)電路運(yùn)行的影響分析可得，當(dāng)中性線正常時(shí)，負(fù)載的相電壓總是等于電源電壓的相電壓，從而保持對(duì)稱，這里中性線起著迫使負(fù)載相電壓對(duì)稱和不變的作用。因此，當(dāng)中性線的阻抗趨向于零時(shí)，即使負(fù)載不對(duì)稱，但各相的負(fù)載電壓仍然是對(duì)稱的，各相負(fù)載的工作狀態(tài)互不影響，各相保持獨(dú)立，即使其中一相或兩相負(fù)載出了故障，另外的非故障相的負(fù)載仍可以正常工作。只是與三相對(duì)稱負(fù)載不同的地方就是各相電流不再對(duì)稱，導(dǎo)致中性線內(nèi)有電流流過(guò)，所以中性線不能去掉。當(dāng)中性線因故障斷開(kāi)時(shí)，這時(shí)雖然電源電壓仍然對(duì)稱，但由于沒(méi)有中性線，且負(fù)載阻抗的不對(duì)稱，導(dǎo)致負(fù)載的相電壓不再對(duì)稱，相電流也不對(duì)稱，有的負(fù)載的相電壓過(guò)高，有的負(fù)載相電壓過(guò)低，導(dǎo)致負(fù)載損壞或不能正常工作。實(shí)踐證明，在負(fù)載不對(duì)稱的情況下又沒(méi)有中性線，就會(huì)形成不對(duì)稱負(fù)載的三相三線制供電。當(dāng)各相負(fù)載阻抗變化時(shí)，相電流和相電壓都隨之而變化，導(dǎo)致各負(fù)載可能得到大小不等的電壓，而實(shí)際三相四線制供電系統(tǒng)中的各相負(fù)載不能保證完全對(duì)稱，所以一般情況下中性線是不允許斷開(kāi)的。即中性線的作用就在于，使三相四線制星形連接的不對(duì)稱負(fù)載得到相等的相電壓。

3.中性線的保護(hù)措施

由中性線對(duì)電路運(yùn)行的影響分析可知，當(dāng)中性線斷線后會(huì)造成負(fù)載無(wú)法正常工作或因電壓過(guò)高而燒毀，甚至發(fā)生觸電的危險(xiǎn)事故危害人身安全，所以必須盡可能的保證三相四線低壓供電系統(tǒng)中主干零線的安全可靠，在實(shí)際工作中為防止主干零線斷線故障的發(fā)生，必須采取安全可靠的防護(hù)措施：

（1）在三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，盡可能調(diào)整三相用電負(fù)荷平衡。由中性線對(duì)電路運(yùn)行影響分析可知，當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)，不管中性線斷開(kāi)與否，都不影響各相負(fù)載的工作狀態(tài)。

（2）適當(dāng)放大中性線的橫截面積。在三相四線低壓供電系統(tǒng)中中性線的橫截面積應(yīng)為相線橫截面積的一半以上，單相供電回路，中性線橫截面積應(yīng)與相線橫截面積相同。適當(dāng)放大中性線橫截面積的目的一是保證中性線上在通過(guò)大電流時(shí)，不會(huì)應(yīng)發(fā)熱而燒毀，其次是保證在架空線路中有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

（3）注意中性線連接點(diǎn)的質(zhì)量，應(yīng)連接牢固可靠，并能抗氧化腐蝕。在中性線上應(yīng)盡量減少線路端子的接頭，在不得不存在的連接點(diǎn)處，應(yīng)連接牢固可靠，盡可能降低接觸電阻，避免應(yīng)中性線電流過(guò)大而燒毀接頭使中性線斷線。在中性線連接點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置銅母線作為連接端子，并對(duì)銅母線及其連接的導(dǎo)線端子作鍍層處理，提高中性線連接點(diǎn)處的抗氧化腐蝕能力。

（4）中性線應(yīng)重復(fù)接地。為降低中性線斷線出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和減少中性線斷線后帶來(lái)的危險(xiǎn)，低壓配電線路除變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)集中接地外，應(yīng)在干線或分支端處以及沿線按規(guī)程要求每個(gè)1km處輔助接地。

（5）做好等電位聯(lián)結(jié)。等電位聯(lián)結(jié)是最基本的保護(hù)措施，對(duì)于TN-C-S接地型配電系統(tǒng)，由于中性線斷線后，其負(fù)荷側(cè)N線對(duì)地偏移電位是通過(guò)如圖2中公共點(diǎn)JD傳至PE線上的，為消除或降低PE線上的對(duì)地偏移電壓，在圖2中的JD點(diǎn)處進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)后，即可滿足要求。

（6）絕對(duì)不允許在三相四線制回路的中性線上串接熔斷器或安裝單獨(dú)開(kāi)關(guān)裝置，以防種種原因?qū)е轮行跃€在此處斷開(kāi)。 [科]

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