“村村通”臺站零線帶電現(xiàn)象分析及維護(hù)

岑績揚(yáng)

廣西廣播電視技術(shù)中心百色分中心所屬的六個廣播電視“村村通”臺站在完成“十二五”重建搬遷后，供配電系統(tǒng)采用了隔離變壓器及三相五線制的TN—S接地系統(tǒng)。TN—S接地系統(tǒng)包括三相電的三根相線（A、B、C線）、一根中性線（N線）和地線（PE線）等五根線，同時，N線和PE線除在變壓器中性點(diǎn)共同接地外，兩線不再有任何電氣連接，特別適用于危險性和安全要求高的場所。我們在一次對樂業(yè)轉(zhuǎn)播臺供配電系統(tǒng)的例行維護(hù)時，發(fā)現(xiàn)該臺的零線與地線之間有60 V左右的交流電壓，后來在對其他的臺站巡檢時，均發(fā)現(xiàn)供配電系統(tǒng)存在這種零線帶電的現(xiàn)象，下面對這一現(xiàn)象作分析。

1 零線帶電的原因

第一，過長的低壓電網(wǎng)，由于環(huán)境惡劣、導(dǎo)線老化、受潮等原因，導(dǎo)線的漏電流通過零線形成閉合回路，致使零線有電位差。

第二，零線敷設(shè)的距離過長，用作零線的導(dǎo)線阻抗過大，電流在零線上產(chǎn)生了電壓降，零線就帶電了。

第三，三相負(fù)載不平衡，電流超過了允許范圍，產(chǎn)生了中性點(diǎn)（零電位）漂移，三相負(fù)載不平衡、不對稱程度越大，中性點(diǎn)漂移就越嚴(yán)重，零線對地電壓就越高。第四，零線多點(diǎn)在聯(lián)合匯集連接時，由于某點(diǎn)接觸不良，造成過大的電壓降，零線也會帶電。

第五，隔離變壓器繞組間絕緣性能不良、屏蔽不良或磁漏引起的感應(yīng)等原因。

2 分析處理

“村村通”臺站基于防雷和濾波的考慮，在供配電系統(tǒng)中使用了隔離變壓器，它是一種1∶1的變壓器，其二次側(cè)對地浮空，理論上二次側(cè)任一根線對大地之間沒有電位差。圖1是“村村通”臺站供配電系統(tǒng)原理框圖。

圖1 “村村通”臺站供配電系統(tǒng)原理框圖

第一，撿查室外電力變壓器接地線及機(jī)房接地線情況，并在多點(diǎn)進(jìn)行測量，阻值在0.4～0.6 Ω之間，屬正常范圍。

第二，用1 000 V兆歐表對隔離變壓器一次側(cè)、二次側(cè)對地?fù)u絕緣阻值，均大于2 MΩ。

第三，在停機(jī)后，逐一斷開三相電的負(fù)載，也沒有發(fā)現(xiàn)負(fù)載嚴(yán)重不平衡的情況。

第四，用萬用表對隔離變壓器的輸入端、輸出端進(jìn)行測量。下面表1、表2是不同時間所測量的數(shù)據(jù)。

表1 隔離變壓器輸入端對地電壓值

表2 隔離變壓器輸出端對地電壓值

第五，對于TN—S系統(tǒng)而言，設(shè)流過三相電流的瞬時值分別為ia、ib、ic：

ia=Iasinα

ib=Ibsin(α-120)

ic=Icsin(α+120)

那么，流過中性線（零線）的瞬時電流為三相電流及其諧波電流的代數(shù)矢量和應(yīng)等于零，即io=ia+ib+ic=0，零線對地電壓U0=i0×R0（R0為中性點(diǎn)Y0到接地體的電阻）。從表1、表2可看出，隔離變壓器一次側(cè)的輸入電壓是正常的，但二次側(cè)的零線對地存在電位差，這與理論不相符。進(jìn)一步分析可知：由于采用隔離變壓器后，它將電力變壓器輸入的三相△接法轉(zhuǎn)換為四線Y接法而產(chǎn)生了新的中性點(diǎn)Y1，Y1因隔離變壓器線圈和磁芯、初級線圈與次級線圈的磁漏、相鄰匝之間存在的寄生電容以及制造工藝等因素使得與接地體PE點(diǎn)存在電位差。假設(shè)電力變壓器與隔離變壓器中性點(diǎn)的電流io很小或接近于零，那么，對于電力變壓器低壓側(cè)，其中性點(diǎn)Y0到接地體的電阻R0≤4 Ω（正常值）時，零線對地電壓就非常小或接近于零，但對于隔離變壓器二次側(cè)，因其中性點(diǎn)Y1到接地體的絕緣電阻R0′＞2 MΩ（正常值）以上，所以，隔變二次側(cè)的零線對地電壓依然會比較大。

第六，使用隔離變壓器直通功能時，零線帶電現(xiàn)象消除。由此推斷零線帶電現(xiàn)象是由隔離變壓器引起的：在排除三相負(fù)載不平衡、不對稱的情況下，在同一時刻，因三相電壓的幅值、相位差、頻率的細(xì)微誤差以及隔離變壓器三相繞組制作工藝等造成的磁漏感應(yīng)使得流過零線的瞬時電流io=ia+ib+ic≠0，而且與外電電壓的變化有關(guān)。

當(dāng)我們需要對供配電系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)時，必須要濾除這零線對地的60 V左右的交流電壓，以確保維護(hù)人員的安全。那么，如何濾除零線對地60 V左右的交流電壓呢？從公式知：當(dāng)C的值越大，Xc值越小，就越符合我們的要求。當(dāng)C=30 μF時，Xc=106 Ω，當(dāng)C=50 μF時，Xc=64 Ω，因此，當(dāng)C取值30～50 μF時，其容抗值相對于人體電阻平均值2 000 Ω已經(jīng)小很多，人觸碰到零線就不會有危險了。本案例中，選擇CBB/30 μF/450 V電容跨接在零線與地之間后，零線帶電現(xiàn)象消除。

3 結(jié)語

在三相五線制TN—S接地供電系統(tǒng)中，零線作為供電線路的工作回路，零線帶電是電力運(yùn)行的非故障現(xiàn)象。本例中，由于隔離變壓器本身的磁漏感應(yīng)及因三相電壓的幅值、相位差、頻率的細(xì)微誤差使得流過零線的瞬時電流不為0，造成了零線帶電現(xiàn)象。我們認(rèn)為，當(dāng)我們需要對供配電系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時，對于零線帶電現(xiàn)象，當(dāng)它低于人體能觸碰最高電壓36 V時，可以不作處理，但當(dāng)它高于36V時，對維護(hù)人員造成了安全威脅，必須先處理再維護(hù)。