低壓配電系統(tǒng)中中性線斷線故障保護(hù)研究

摘 要：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(jìn)行分析，提出了防止中性線斷線故障的有效措施。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng)；中性線；斷線故障；保護(hù)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會文明也在不斷進(jìn)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。負(fù)載的性質(zhì)也有了很大的變化，過去的負(fù)載主要是線性負(fù)載，而目前非線性負(fù)載所占的比例顯著增加，這樣就導(dǎo)致三相負(fù)載不平衡，進(jìn)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(fù)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(diǎn)就會發(fā)生轉(zhuǎn)移，因三相負(fù)載不平衡，對于負(fù)載最少的那一相，電壓也最高，進(jìn)而導(dǎo)致過電壓損壞的發(fā)生。對于負(fù)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(jìn)而導(dǎo)致該相無法工作。因三相四線制供電中中性線具有至關(guān)重要的作用，科學(xué)合理的選擇中線，并保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行，成為供電工作的重中之重。低壓供電的方式普遍應(yīng)用于民用建筑中的用電設(shè)備，因此，使低壓供配電系統(tǒng)能夠安全、可靠的運(yùn)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)中性線斷線的因素有很多，線路敷設(shè)方式以及環(huán)境條件、導(dǎo)線材質(zhì)和機(jī)械強(qiáng)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(fù)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(fù)荷中性點(diǎn)的偏移。因?yàn)闆]有中性濾過不平衡電流，而三相負(fù)荷電流的矢量和必須為零，負(fù)荷中性點(diǎn)進(jìn)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(fù)荷側(cè)電位的偏移，并且經(jīng)由N線和PE線的接點(diǎn)，進(jìn)而傳到PE線上，然后傳至與PE線相連的用電設(shè)備的外殼，人體接觸用電設(shè)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(diǎn)負(fù)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(diǎn)，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(shè)備

PEN線或是N線發(fā)生斷線時，向著負(fù)荷大的方向負(fù)荷的中性點(diǎn)產(chǎn)生移位，進(jìn)而引起多相負(fù)荷電壓降的變化。根據(jù)負(fù)荷的大小，相應(yīng)的負(fù)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(shè)備燒毀。

2 預(yù)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(fù)載不平衡的現(xiàn)象是客觀存在的，此外隨著非線性負(fù)載所占比例的增大，更加導(dǎo)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(yán)重時還會使斷線燒毀，三相負(fù)載無法在正常的工作狀態(tài)運(yùn)行，也給用電設(shè)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(shè)法保持三相負(fù)載的平衡，科學(xué)管理，合理選材。此外，還要采用接零接地等保護(hù)措施，防止或避免中性線意外斷線，以及不安全用電和火災(zāi)等現(xiàn)象和問題的出現(xiàn)。

2.1 N（PEN）線截面應(yīng)該滿足機(jī)械強(qiáng)度要求

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

2.2 N（PEN）線截面應(yīng)滿足載流量的要求，單相回路中的中性線應(yīng)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(fù)荷的大部分都是單相用電設(shè)備，對于N線或PEN線的截面也有一定的要求，即不應(yīng)小于相線截面。

2.3 連接點(diǎn)應(yīng)牢固可靠并采取防止氣化腐蝕的措施

為了提高連接點(diǎn)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(jìn)戶處配電裝置中的PEN、PE、N線的連接點(diǎn)，要進(jìn)行銅母線的設(shè)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(dǎo)線的接線端子進(jìn)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(shè)中性線斷線故障保護(hù)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(hù)電器可以自動切斷負(fù)荷側(cè)全部電源線路，進(jìn)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(jìn)而對人身或設(shè)備造成危害，而中性線斷線保護(hù)電器的應(yīng)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(hù)電器必須具備反時限的特征（欠電壓除外）。裝設(shè)中性線斷線故障電器保護(hù)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(hù)電器裝設(shè)的位置應(yīng)該在被保護(hù)線路和電源線路的連接處。

2.5 總等電位聯(lián)

總等電位聯(lián)結(jié)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(jìn)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)結(jié)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(hù)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(shè)備安全。

3 中性線斷線智能保護(hù)裝置

3.1 中性線斷線智能保護(hù)裝置的性能特點(diǎn)

（1）應(yīng)用自動穩(wěn)零技術(shù)，抑制零點(diǎn)漂移，克服零點(diǎn)隨時間和溫度的漂移，實(shí)現(xiàn)所有參數(shù)的零點(diǎn)免調(diào)，提高了裝置的測量和保護(hù)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(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助調(diào)試。

（3）抗電磁干擾能力強(qiáng)，即使在非常嚴(yán)酷的場合，也能正常運(yùn)行。

（4）在電源掉電時，能夠記憶所有的當(dāng)前工作狀態(tài)或設(shè)定值、時間等。

3.2 中性線斷線智能保護(hù)裝置的功能

（1）速斷功能。當(dāng)相電壓突變到設(shè)定值時，中性線斷線保護(hù)裝置能快速發(fā)出跳閘指令，實(shí)現(xiàn)速斷保護(hù)。

（2）定時限延時保護(hù)。當(dāng)相電壓突變到定值時，中斷智能保護(hù)裝置延時指定時間發(fā)出跳閘指令，實(shí)現(xiàn)延時保護(hù)。

（3）寬電壓范圍保護(hù)功能。當(dāng)中性線斷線后，三相負(fù)荷的不平衡度將導(dǎo)致不同的電壓變化，不同的保護(hù)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(hù)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(hù)裝置的報警信號進(jìn)行綜合判斷，可快速區(qū)分中性線斷線和開關(guān)保護(hù)性動作。

（6）多級選擇性保護(hù)功能。實(shí)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(hù)的配合功能，支路應(yīng)優(yōu)先動作，防止斷電范圍擴(kuò)大。

（7）自檢驗(yàn)證功能。當(dāng)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(yàn)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(biāo)準(zhǔn)接口，可滿足電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化和智能小區(qū)建設(shè)的要求。

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

（10）事件記錄功能?？捎涗洷Ｗo(hù)回路狀態(tài)信息和報警、跳閘事件及發(fā)生的時間。