施工臨時用電事故原因分析

孫 濤

上海外經(jīng)集團(tuán)控股有限公司 上海 200032

1 油浸式變壓器漏油

變壓器的檢查、維護(hù)和保養(yǎng)屬于供電公司的業(yè)務(wù)范圍，因此很少有人會在送電后還去觀察油浸式變壓器的運(yùn)行狀況。筆者在非洲某國曾偶然遇到過一次由變壓器漏油引發(fā)的事故。

1.1 事故發(fā)生經(jīng)過

事故發(fā)生在當(dāng)天下午晚些時候，有人看到一團(tuán)火球沿著低壓側(cè)的電纜延燒，然后伴隨著一陣爆炸聲，掛壁式配電箱被燒得漆黑（圖1），房間內(nèi)很多正在使用的電器因此損壞。第2天下午，供電局的人來送電，剛剛更換過斷路器的配電箱再次被擊穿。經(jīng)催促，供電局更換了新的變壓器。更換變壓器時，發(fā)現(xiàn)從變壓器漏出的油沿著電線桿流下的痕跡（圖2）。

圖1 被燒毀的掛壁式配電箱

圖2 發(fā)生漏油的電線桿

1.2 事故原因

雖然供電局一直沒有給出任何解釋，但事故的原因顯然即為：油浸式變壓器要靠變壓器油絕緣，發(fā)生漏油就等于降低了高低壓側(cè)的絕緣。繼續(xù)漏油，就有可能會導(dǎo)致高壓側(cè)的15 kV電壓（當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電壓）入侵到低壓側(cè)，進(jìn)而燒毀低壓側(cè)的電器設(shè)備。

1.3 結(jié)論和建議

變壓器漏油導(dǎo)致的事故在國內(nèi)較為少見，因為國內(nèi)供電公司的日常檢查、保養(yǎng)和維護(hù)及時到位。而在基礎(chǔ)設(shè)施管理落后的非洲地區(qū)，還是有可能遇到的。

2 臨時用電線路被挖斷

臨時用電線路保護(hù)是容易忽視的問題，很多人不重視臨時用電線路的保護(hù)，認(rèn)為電纜挖斷了接起來就行。臨時線路保護(hù)不當(dāng)，如果發(fā)生“斷零”，會產(chǎn)生大面積燒壞小型電器的嚴(yán)重后果。關(guān)于斷零的相關(guān)研究，背景多以正式用電線路為主，規(guī)范中對于臨時用電線路的保護(hù)也極少涉及到臨時線路的斷零保護(hù)，因為斷零確實是一種沒有太多辦法可以防范，但是又容易忽視的問題。這里的“斷零”是指中性線的主干斷開，通常是指從變壓器中性接地點(diǎn)引出，到各總分配電柜的中性線。單獨(dú)一臺設(shè)備的零線斷開，只會造成這一臺設(shè)備停止工作，而不會燒毀機(jī)器。

2.1 事故發(fā)生經(jīng)過

在使用挖掘機(jī)進(jìn)行路燈基礎(chǔ)挖掘時，不慎將臨時用電線路電纜挖壞。正在生活區(qū)看電視休息的工人跑來報告電視冒了一股煙就滅了，燈泡也滅了。電工測量了生活區(qū)的三相線電壓均為380 V，而單相電壓最高達(dá)到290 V，最低達(dá)到160 V，便立刻將生活區(qū)的電切掉。沿著臨時線路排查，找到了已經(jīng)露出地面的臨時用電線路的電纜，由于電纜未挖斷，工人將電纜移到一旁，此時正在繼續(xù)施工，故對生活內(nèi)發(fā)生的一切渾然不覺。經(jīng)過外觀查看，3根相線未受損，中性線N和保護(hù)線PE受到損壞，此時開始懷疑是斷零引發(fā)的。將受損處的中性線N和保護(hù)線PE剪斷，重新連接，生活區(qū)的電壓恢復(fù)正常。

經(jīng)過統(tǒng)計，這次斷零事故不但燒毀了諸如電視、電燈、筆記本電腦、手機(jī)等許多生活電器，而且該臨時用電線路還用于廠房內(nèi)臨時供電，所以還燒毀了低壓配電裝置中的功率因數(shù)補(bǔ)償柜控制器、電壓表、電流表、廠房內(nèi)的燈具等總計價值超過3萬元的電器。

2.2 零線的作用和斷零的原因

零線是俗稱，根據(jù)最新規(guī)范，現(xiàn)在正式的名稱是中性線。中性線的主要作用有：用來接額定電壓為220 V的單項用電設(shè)備；用來傳導(dǎo)三相不平衡電流和單項電流；減小負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。

常見的斷零原因主要有：變壓器中性點(diǎn)接地連接點(diǎn)不牢或無接地，臨時用電投用前沒有進(jìn)行過接地電阻測量（應(yīng)包含引下線）較為常見；忽視臨時線路保護(hù)，臨時線路無標(biāo)識、無保護(hù)，施工中極易被挖掘機(jī)挖斷或重型車輛碾斷。

2.3 斷零對電壓的影響

在三相四線低壓配電系統(tǒng)中，如中性線因故中斷且三相負(fù)載不平衡，會造成三相電壓分布不均勻，負(fù)載中性點(diǎn)的電位偏移。未發(fā)生斷零前，L1、L2、L3之間的線電壓VL1-L2、VL1-L3、VL2-L3為380 V，相電壓VL1-N、VL2-N、VL3-N為220 V。加到負(fù)載R1、R2、R3上的是220 V的相電壓。發(fā)生斷零后，電流不能從中性線N回到電源了，從而變成兩相380 V。以R1、R2為例，斷零后R1、R2從原來的并聯(lián)關(guān)系變成串聯(lián)關(guān)系，加在兩端的是380 V線電壓VL1-L2。R1、R2、R3上分布的電壓可使用疊加原理求解，求解過程不贅述（圖3）。

圖3 相電壓與線電壓的關(guān)系

斷零發(fā)生后，對于三相負(fù)載是沒有影響的，但對于單相負(fù)載的影響是非常嚴(yán)重的。作用在單相負(fù)載上的電壓很容易超出220×（1±5%） V的許可范圍。電壓超過＋5%以上，可能會超過電器絕緣的耐壓等級，將絕緣擊穿。電壓低于－5%以下時，由于設(shè)備功率不變，電壓下降，電流升高。而根據(jù)電流的熱效應(yīng)，電流升高產(chǎn)生的熱量以平方的倍數(shù)增加，而電器設(shè)備的散熱量是在額定電壓、額定電流的范圍內(nèi)，無法滿足欠壓時的散熱需求。隨著熱量的積累，造成溫度上升，最終將絕緣燒毀。由此可見，無論電壓朝哪個方向偏移，最終都會將電器燒毀。

2.4 防止斷零的常見措施

斷零是一種比較難以防范的故障，這屬于三相四線制本身固有的一種隱性缺陷。臨時用電中由于不規(guī)范的地方多，更容易產(chǎn)生斷零的情況。為防止斷零的危害，應(yīng)在以下幾個方面給予注意：

1）臨時用電投用前，應(yīng)對中性線的接地點(diǎn)進(jìn)行接地電阻測試（含引下線）。國內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)的供電公司對這些十分重視，這個環(huán)節(jié)也是由供電公司來掌控的。而在非洲地區(qū)，供電公司從業(yè)人員水平參差不齊，接地電阻不符合要求，甚至忘記設(shè)置接地也屬于常見情況。

2）重視臨時用電線路保護(hù)。埋在土中的臨時線路無標(biāo)識，施工中極易被挖掘機(jī)挖斷，應(yīng)在埋設(shè)電纜的地面設(shè)置警示帶。穿過施工便道的臨時線路，可穿管埋地。如不能立即實現(xiàn)，可臨時采用2塊較厚的木板，將電纜線夾在中間，避免車輛直接碾壓。

3）軟線不易折斷，臨時用電的電纜應(yīng)使用多股軟線。電纜中間接頭處注意保護(hù)，防止機(jī)械外力將接頭拉斷或接觸不良。

2.5 結(jié)論和建議

斷零是三相四線配電系統(tǒng)比較嚴(yán)重的故障，而且通過技術(shù)手段不易解決，必須通過強(qiáng)化管理才能避免[1-4]。施工臨時用電貫穿整個施工過程，持續(xù)時間長，必須加強(qiáng)重視，特別要重視中性線N的保護(hù)。比較可惜的是，相關(guān)規(guī)范中對中性線N的保護(hù)幾乎沒有提到。為了避免不必要的損失，必須要加強(qiáng)對中性線N的認(rèn)識和保護(hù)。

3 剩余電流動作保護(hù)器中性線N重復(fù)接地誤動作

使用施工臨時電源進(jìn)行設(shè)備電氣調(diào)試，通常意味著正式電氣線路與臨時電氣線路同時存在，正式電氣裝置的接地與臨時電氣裝置的接地同時存在。工業(yè)廠房建筑一般的電氣接地制式為TN-C-S、TN-S、TT，臨時用電的接地制式為TN-S。無論哪種接地制式，無論電源來自正式或臨時的變壓器、柴油發(fā)電機(jī)，電源中性點(diǎn)必須直接接地，從中性點(diǎn)引出的中性線N只在這一點(diǎn)與接地裝置連接，除此之外，在中性線N其他各處均不與接地裝置連接，這就是所謂的中性線N不能重復(fù)接地。但對于保護(hù)線PE，上述接地制式可以重復(fù)接地，我們常說的重復(fù)接地，一般就是指保護(hù)線PE重復(fù)接地。而對于中性線N，一般不要求重復(fù)接地，在安裝剩余電流動作斷路器的線路上，尤其是剩余電流動作斷路器負(fù)載端一側(cè)的中性線，如果重復(fù)接地，會導(dǎo)致剩余電流動作斷路器一直誤動作，無法合閘。

3.1 事故發(fā)生經(jīng)過

廠房內(nèi)設(shè)備安裝結(jié)束后，下一步工作就是單機(jī)調(diào)試、無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試、負(fù)荷調(diào)試。一般來說，單機(jī)調(diào)試和無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試?yán)碚撋峡梢允褂檬┕づR時電源進(jìn)行。由于臨時電源容量有限，一般不考慮使用施工臨時電源進(jìn)行負(fù)荷調(diào)試。單機(jī)調(diào)試的主要內(nèi)容是：加注各種潤滑油脂、檢查設(shè)備電氣控制柜的接線、各類保護(hù)及動作的參數(shù)設(shè)置等。無負(fù)荷聯(lián)動調(diào)試的主要內(nèi)容是：在設(shè)備各項用水、用電、用氣到位的情況下，檢查各設(shè)備之間的聯(lián)動配合。

施工臨時電源線應(yīng)盡量在車間內(nèi)配電柜的負(fù)荷側(cè)接入，并斷開主開關(guān)，防止倒送電至變配電室。由于施工臨時用電采用三級配電、兩級保護(hù)的TN-S系統(tǒng)，施工臨時電源的中性點(diǎn)直接接地。施工臨時電源通過配電箱、開關(guān)箱接入，箱內(nèi)使用剩余電流動作斷路器。合閘后隨即發(fā)生開關(guān)箱內(nèi)對應(yīng)的剩余電流動作斷路器跳閘的情況，試了幾次合閘都未成功。

根據(jù)以往的經(jīng)驗，初步診斷為中性線N與保護(hù)線PE混接或臨時線路漏電，致使剩余電流動作斷路器跳閘。經(jīng)過檢查，未發(fā)現(xiàn)臨時線路有中性線N和保護(hù)線PE混接的地方，這個可能性首先排除。適逢天氣陰雨，臨時線路破損漏電的可能性較大，排除故障的重點(diǎn)放在臨時線路漏電上面。首先將臨時線路掛起，把電纜上有水的地方擦凈、晾干后重新嘗試合閘，繼續(xù)跳閘。用一個在別處工作正常的開關(guān)箱連同線路替換之前跳閘的開關(guān)箱，繼續(xù)跳閘。開關(guān)箱和臨時線路經(jīng)過處理和更換都不能排除跳閘故障，至此可以排除線路漏電的可能性。由于預(yù)想的原因都已被排除，排除故障的工作似乎陷入僵局，需要重新尋找方向。

經(jīng)過梳理和分析，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)該是出在重復(fù)接地上。整個過程中雖然沒有對中性線N進(jìn)行重復(fù)接地，但把臨時線路的中性線N接到設(shè)備配電箱的中性線N匯流排上就意味著逐級連通到變電所中變壓器的中性線的接地點(diǎn)，此時相對于臨時電源的中性線接地點(diǎn)，變電所變壓器的中性線接地點(diǎn)成為了重復(fù)接地。這個重復(fù)接地點(diǎn)分流了原本應(yīng)該通過臨時線路的中性線N，回到開關(guān)箱內(nèi)剩余電流動作斷路器中性線N的電流。

將設(shè)備電氣控制柜正式電源側(cè)線路進(jìn)線中的中性線N從匯流排拆下，就可以消除重復(fù)接地問題，剩余電流動作斷路器跳閘現(xiàn)象消失，電氣調(diào)試得以繼續(xù)進(jìn)行。

3.2 剩余電流動作斷路器工作原理

剩余電流動作保護(hù)器中性線不能重復(fù)接地的要求是由剩余電流動作斷路器的工作原理決定的[5-7]。在正常情況下，沒有發(fā)生電擊、漏電、接地故障時，通過剩余電流斷路器內(nèi)的剩余電流互感器一次側(cè)電流矢量和等于零，則剩余電流互感器鐵心中磁通的矢量和為零，剩余電流互感器二次側(cè)線圈中沒有感應(yīng)電壓輸出，因此剩余電流斷路器主開關(guān)不動作，可以保證線路正常接通。當(dāng)發(fā)生電擊、漏電時，有故障電流從保護(hù)線PE和人體大地返回電源，這樣使原本在相線和中性線中的電流產(chǎn)生分流，剩余電流互感器一次側(cè)的電流矢量和不為零，則剩余電流互感器鐵心磁通矢量和也不為零，這時剩余電流互感器二次側(cè)有感應(yīng)電壓輸出，此電壓直接或經(jīng)過電子信號放大器在脫扣線圈上產(chǎn)生脫扣電流。當(dāng)故障電流達(dá)到額定值時，脫扣電流足以推動脫扣器動作，使主開關(guān)跳閘斷開電路。

3.3 重復(fù)接地的規(guī)范

在GB 13955—2005《剩余電流動作保護(hù)裝置安裝和運(yùn)行》中，關(guān)于剩余電流斷路器的安裝，第6.3.4要求明確規(guī)定：“通過剩余電流保護(hù)裝置的N線，不得重復(fù)接地?！?。JGJ 46—2005《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范》第5.1.4要求明確規(guī)定：“在TN系統(tǒng)中，PE線應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)。重復(fù)接地線必須與接地線相連，嚴(yán)禁與N線連接。”

3.4 結(jié)論和建議

這種重復(fù)接地的形式僅在正式的電源線路已經(jīng)敷設(shè)完畢，正式電源沒有投入使用，而使用施工臨時電源進(jìn)行調(diào)試的情況下存在，是正式線路和臨時線路同時存在產(chǎn)生的重復(fù)接地，因而較為隱蔽、容易忽略。為了找到這個故障的原因，前后共找來3名電工，耗費(fèi)了1 d的時間，究其根本原因還是對剩余電流動作斷路器的工作原理和接地制式的概念掌握得不夠扎實，認(rèn)識得不夠深入。對于原有的經(jīng)驗沒有從理論高度進(jìn)行認(rèn)識，僅憑經(jīng)驗處理問題，一旦面對新情況、新問題，超出了原有經(jīng)驗的范疇，就不知所措。建議加強(qiáng)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)（圖4）。

圖4 中性線拆開前后對比