一起由“工作零線開路”引發(fā)的事故原因分析與對(duì)策

劉強(qiáng)

摘 要： 在我國(guó)現(xiàn)有的三相四線制或三相五線制供電系統(tǒng)中，由于三相負(fù)載分配不均造成三相電嚴(yán)重不平衡，遇上工作中性線（零線）開路時(shí)，造成人身傷害和多臺(tái)儀器燒毀等事故時(shí)有發(fā)生，造成了不必要的損失。在生產(chǎn)和生活中，零線的可靠與否是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，本文從零線開路引起的故障現(xiàn)象入手，通過數(shù)據(jù)計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)研究查找出引起故障的原因，采取切實(shí)可行的措施，保證系統(tǒng)中零線的良好運(yùn)行，避免中性點(diǎn)偏移而引發(fā)供電事故。

關(guān)鍵詞：零線開路 三相不對(duì)稱電路 中性點(diǎn)偏移[1]

中圖分類號(hào)：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

某辦公樓相繼因電源故障引起多臺(tái)電器嚴(yán)重?fù)p壞。經(jīng)測(cè)量電源電壓很不正常，究其原因是因該樓配電箱工作總中性線（零線）燒斷引起的[2]。

在現(xiàn)有的供電系統(tǒng)中，相線在變壓器副邊接為星形接法，其中中性點(diǎn)引出的線即為中性線，該中性點(diǎn)在變電所做可靠接地，線路中共用零線的可靠運(yùn)行與否是系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。在生產(chǎn)和生活中，工作零線常出現(xiàn)開路現(xiàn)象， 發(fā)生中性點(diǎn)偏移使單相電器設(shè)備承受超過300V 以上的電壓，有的電源插座電壓只有幾十伏，造成人身傷亡和設(shè)備故障，給企業(yè)和家庭帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。本文以引發(fā)的事故為例，進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)研究，找出事故原因，提一些預(yù)防措施，以保證系統(tǒng)中共用零線的良好運(yùn)行。

一、事故原因分析

1.建立事故電路模型

低壓配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況十分復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化模型，便于分析計(jì)算，將變壓器的內(nèi)阻抗和傳輸線路的阻抗均忽略不計(jì)，建立三相不對(duì)稱等效電路如圖1所示。

圖中，EA、EB、EC分別表示變壓器三相對(duì)稱相電勢(shì)；ZA、ZB、ZC分別表示用戶端三相負(fù)載阻抗；N表示變壓器的中性點(diǎn)；N'表示用戶端的中性點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)電壓求解法可得：

從上式可以看出，當(dāng)負(fù)載ZA、ZB、ZC不對(duì)稱時(shí)，即使電源的電動(dòng)勢(shì)EA、EB、EC是對(duì)稱的，那么也使UN-N≠0，即N點(diǎn)和N'點(diǎn)電位不相同，因而使得各相負(fù)載的UA-N=EA-UN-N ， UB-N=EB-UN-N， UC-N=EC-UN-N也變得不對(duì)稱。

2.電路模型分析與數(shù)據(jù)計(jì)算

圖2所示的對(duì)稱Y—Y三相電路，由于三相布線及用電設(shè)備配置不合理，使三相負(fù)載嚴(yán)重不對(duì)稱，再加上負(fù)載功率大，使工作中性線（零線）電流過大，甚至接近最大的相電流，現(xiàn)通過實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析。

1） K閉合，工作總中性線（零線）短路狀態(tài)，假設(shè)圖2中ZA=2.2Ω，ZB=22Ω，ZC=11Ω，則

由此可見在不平衡負(fù)載情況下，工作總中性線（零線）電流可以達(dá)到很大數(shù)值，甚至可以接近最大相電流。

2）K斷開，工作總中性線（零線）開路狀態(tài)[5]，圖4所示， 仍然假設(shè)

通過電流、電壓計(jì)算數(shù)據(jù)及相量圖，可以清楚地看出由于三相負(fù)載不平衡，負(fù)載電壓可能達(dá)到三百多伏，繼而使多臺(tái)電器嚴(yán)重?fù)p壞，形成了惡性循環(huán)。

3.實(shí)驗(yàn)研究

斷開K，工作總中性線（零線）開路時(shí)，通過改變?nèi)嘭?fù)載的不同比例，測(cè)出5組不平衡負(fù)載的負(fù)載電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1），可以清楚地看出負(fù)載電壓多次達(dá)到三百多伏，說(shuō)明了事故發(fā)生的原因。

也可以對(duì)圖2進(jìn)行特例分析。當(dāng)三相電中有一相沒接通負(fù)載時(shí)，則另外兩相電路就變成了簡(jiǎn)單的線電壓串聯(lián)兩個(gè)負(fù)載的分壓?jiǎn)栴}。顯然，當(dāng)另外兩相負(fù)載電阻值相差較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)過壓現(xiàn)象。最嚴(yán)重的情況是，當(dāng)工作總中性線（零線）開路后，由于某種原因某一相電路發(fā)生短路現(xiàn)象，則另外兩相電壓就變成了380V線電壓，造成用電設(shè)備很快燒毀。

二、安全防范措施

1.增大零線截面積。用截面積更大的導(dǎo)線取代原來(lái)的工作中性線（零線），工作總中性線（零線）后面的分支連接一定要可靠，盡可能提高工作中性線（零線）的安全系數(shù)，并避免工作中性線（零線）開路；

2.負(fù)荷盡可能要平衡。相關(guān)人員必須考慮將負(fù)荷盡可能平衡， 根據(jù)實(shí)際情況改進(jìn)三相布線，平均分配居民戶數(shù)。維護(hù)人員要按周期對(duì)變壓器的負(fù)荷及中性點(diǎn)電流進(jìn)行測(cè)量，負(fù)荷不平衡的配變要進(jìn)行調(diào)撥負(fù)荷，使中性線電流盡可能小，不超過相電流的25%，從而降低零線被燒斷的幾率；

3.在用電高峰期檢查三相電流，以防三相電嚴(yán)重不平衡。

三、結(jié)束語(yǔ)

由于三相布線及用電設(shè)備配置不合理，使三相負(fù)載嚴(yán)重不對(duì)稱，再加上負(fù)載功率大，使工作中性線（零線）電流過大，甚至接近最大的相電流。如果工作總中性線（零線）比較細(xì)，容易導(dǎo)致工作總中性線（零線）開路，導(dǎo)致故障現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)高度重視。本文針對(duì)事故現(xiàn)象，分析產(chǎn)生的原因，并在數(shù)據(jù)方面進(jìn)行了比較，提出了一些的預(yù)防性措施，可以相信通過這些措施的綜合采用能夠在最大程度上避免此類事故的發(fā)生，希望為我國(guó)的配電和用電方面提供可資借鑒的技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]尤大千，尤永清.中性線電位偏移保護(hù)斷路器及其應(yīng)用.建筑電氣.1995（4）

[2]瞿彩萍.電氣安全事故分析及其防范[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2007版

[3]謝聯(lián)文.IT 配電系統(tǒng)單相接地故障分析[J].供配電，2008， 27（7）：30-33.

[4]錢宇.中性點(diǎn)接地方式分析及其在中低壓電網(wǎng)中的選擇[J].工業(yè)技術(shù)，2006（4）：22-23

[5]陳忠華，霍麗華.低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)由接地改為不接地的探討[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科版），2002，19（1）：51-53