淺談配電系統(tǒng)零點(diǎn)漂移

李 飛，安文剛

（西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司，陜西西安 710018）

0 引言

眾所周知，在三相四（五）線制供電系統(tǒng)（TN 系統(tǒng)）中，PE線、N 線和接地裝置三者為等電位聯(lián)結(jié)，即三者有公共零點(diǎn)。三相系統(tǒng)中三相電壓對稱，當(dāng)各相對地電容不相等時(shí)，中性點(diǎn)電壓Un不為零（Un稱為中性點(diǎn)位移電壓），這種中性點(diǎn)位移的現(xiàn)象稱零點(diǎn)漂移。

在TN 系統(tǒng)中，不論是PEN 線（保護(hù)中性線）還是PE 線（保護(hù)零線），在系統(tǒng)中都有一端點(diǎn)是與系統(tǒng)電源零點(diǎn)相連接（變壓器低壓側(cè)中心點(diǎn)直接接地后稱為零點(diǎn)），即它們都從變壓器直接接地的中性點(diǎn)引來，因此PE 線、PEN 線和N 線在這個(gè)端點(diǎn)的電位是與零點(diǎn)的電位相等且等于零。因配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，TN 系統(tǒng)中PE 線將會傳送電位，或者說PE 線將竄電位。如果變壓器的中性點(diǎn)不接地或與接地裝置接觸不良甚至N 線斷線或變壓器三相負(fù)載不平衡和低壓電網(wǎng)的零線過長且阻抗過大時(shí)的情況下，中性點(diǎn)的電位會升高，這樣的情況下N 線會帶電，即發(fā)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，這對安全運(yùn)行十分不利。

1 中性線、零線和等電位聯(lián)結(jié)概述

1.1 中性線

當(dāng)電源側(cè)或負(fù)載側(cè)的聯(lián)結(jié)組別為星形接線時(shí)，三相線圈的首端（或尾端）連接在一起的共同接點(diǎn)稱為中性點(diǎn)，由中性點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為中性線。

1.2 零線

如果中性點(diǎn)與接地裝置直接連接而取得大地的參考零電位，則該中性點(diǎn)稱為零點(diǎn)，從零點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為零線。

1.3 等電位聯(lián)結(jié)

將有可能帶電傷人的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分和裝置外殼可導(dǎo)電部分電位基本相等的電氣連接，以達(dá)到減少電位差，這種連接稱等電位聯(lián)結(jié)。

2 變配電系統(tǒng)分類

國內(nèi)配電系統(tǒng)的接地方式已規(guī)定為與IEC 標(biāo)準(zhǔn)等同，多采用TN-S 系統(tǒng)（即三相五線制）（圖1）和TN-C-S 系統(tǒng)（圖2）。

圖1 TN-S 系統(tǒng)

圖2 TN-C-S 系統(tǒng)

3 引起零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的原因及其危害

引起零點(diǎn)漂移的主要原因?yàn)橄到y(tǒng)零線故障，主要有以下4種原因。

（1）零線斷路時(shí)，會因三相負(fù)荷不平衡導(dǎo)致中性點(diǎn)產(chǎn)生偏移（零點(diǎn)漂移），負(fù)荷小的設(shè)備端電壓升高，負(fù)荷大的設(shè)備端電壓降低，從而導(dǎo)致用電設(shè)備燒壞。

（2）TN-C 系統(tǒng)中，如果零線斷路，會使零線斷點(diǎn)以后的電氣設(shè)備喪失保護(hù)接零的保護(hù)作用。

（3）采用三相四線或三相五線供電，零線斷路后，單相設(shè)備將串聯(lián)在線電壓回路中，有的負(fù)荷上電壓>220 V，有的負(fù)荷上電壓<220 V，在不同相之間的設(shè)備之間形成高于相電壓倍的線電壓（380 V）。當(dāng)設(shè)備之間功率不同（內(nèi)部電阻不同時(shí)）就會存在設(shè)備燒壞的危險(xiǎn)。

（4）零線接觸不牢靠。零線接觸不良會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，放電導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，長期運(yùn)行會導(dǎo)致設(shè)備損壞，造成接線端子處接觸電阻增大、燒壞。當(dāng)其中1 臺設(shè)備的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他設(shè)備的電阻時(shí)，大電阻設(shè)備就會相對分壓過大，從而導(dǎo)致設(shè)備的實(shí)際電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過額定電壓導(dǎo)致設(shè)備燒壞。

4 案例分析

4.1 案例現(xiàn)象概述

某公司2012 年新建廠房配電系統(tǒng)為10/0.4 kV TN-S 系統(tǒng)。2013 年3 月—5 月期間，此廠房辦公區(qū)插座漏電保護(hù)器和照明開關(guān)頻繁跳閘，照明燈具故障率高。隨后檢查辦公區(qū)照明回路，發(fā)現(xiàn)一處故障點(diǎn)，處理后，送電運(yùn)行正常。初步分析漏電保護(hù)器跳閘原因?yàn)橛秒娫O(shè)備漏電或接線不正確。

但是，此后一段時(shí)間內(nèi)，此廠房出現(xiàn)照明回路全部跳閘、天車運(yùn)行不正常或不能操控、部分儀器儀表顯示不正常等現(xiàn)象?，F(xiàn)場測量電壓發(fā)現(xiàn)，相間電壓（線電壓）正常，相對地電壓正常，而相對零電壓嚴(yán)重不平衡（A 相191 V，B 相223 V，C 相281 V），零對地電壓50～70 V，電壓波動嚴(yán)重（因負(fù)荷大小不斷變化）。

4.2 故障分析及解決方法

根據(jù)現(xiàn)象分析，仔細(xì)檢查廠房配電系統(tǒng)，檢查所有用電設(shè)備是否完好，電氣線路是否安全可靠，低壓成套配電柜接地排與大地可靠連接情況，審核配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為10/0.4 kV TN-S 系統(tǒng)。

經(jīng)過反復(fù)系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)，變壓器在安裝時(shí)，變壓器本體的PE 排可靠接地，但N 線（即變壓器中性線）沒有接地（即處于懸空狀態(tài)），即變壓器的公共點(diǎn)沒有等電位聯(lián)結(jié)，沒有系統(tǒng)零點(diǎn)。之后根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范選用合適的電纜將變壓器的中性點(diǎn)與接地裝置可靠連接，變壓器再次投入運(yùn)行恢復(fù)正常，上述故障現(xiàn)象消除。

4.3 結(jié)論

變壓器的N 排與PE 排沒有可靠連接，變壓器的中性點(diǎn)沒有接地，沒有形成公共零點(diǎn)。

5 結(jié)束語

在諸多變配電系統(tǒng)，除IT 不接地系統(tǒng)外，在TT、TN 系列供電系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，變壓器的中性點(diǎn)（N 排）、系統(tǒng)接地排PE（或PEN）均應(yīng)與接地裝置形成等電位聯(lián)結(jié)，從而使系統(tǒng)有公共零點(diǎn)。

為消除和預(yù)防零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，應(yīng)采取以下4 項(xiàng)措施。

（1）設(shè)計(jì)、選擇合適的零線材質(zhì)及截面，對特殊用電設(shè)備或環(huán)境可適當(dāng)加大線徑。

（2）零線回路嚴(yán)禁裝設(shè)開關(guān)或熔斷器，以防人為因素或機(jī)械誤動造成零線斷路。

（3）零線采用重復(fù)接地。一旦零線斷路，因有重復(fù)接地，不平衡負(fù)荷電流可經(jīng)接地裝置流回電源中性點(diǎn)，從而抑制了負(fù)荷中性點(diǎn)的偏移，使用電設(shè)備的端電壓不致偏差過大，減輕電壓波動造成的危害。

（4）配電柜（箱）內(nèi)配線時(shí)，按照各相、各回路分別單獨(dú)引出零線至匯流排，避免各相共用零線，以免零線形成斷路。