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三相四线制零线带电的原因分析

来源:艾特贸易2017-03-18

简介箱变及配电室中,变压器均采用直接接地,零线与大地同电位,一般情况下,零线不带电,在三相四线制供电线路中,由于有了零线(中性线),所以不论三相负荷是否平衡,负载各相

箱变及配电室中,变压器均采用直接接地,零线与大地同电位,一般情况下,零线不带电,在三相四线制供电线路中,由于有了零线(中性线),所以不论三相负荷是否平衡,负载各相电压始终是相等的,均在220V左右,因此家用电器在正常电压下工作是安全可靠的。但是,在某些情况下,零线上会出现危险的电压,在过去的几年中,生活区曾发生过多起家用电器烧坏事故,给用户造成上千元的经济损失。那么,零线上为什么会出现电压呢?究竟该怎样预防呢?下面就这个问题做一具体分析。

1. 零线带电原因
1.1 三相负荷严重不平衡
在生活区中,由于单相负荷较多,所以电源侧的三相负荷就不可能平衡,此时,零线(中性线)便有较大的电流流过,变压器中性点工作接地处虽然电压为零,但离中性点越远的的零线上,零线越长,其阻抗越大,电压也就越高,此时,如果有人靠近负荷侧的零线上,就有可能导致触电,发生触电事故。

1.2 零线断路或接触不良
在通常情况下,在负载为三相负荷时,三相电路基本是平衡的,这种电路称为对称电路。但是在生活区中,由于大部分民用负荷均为单相负荷,所以由变压器送出的ABC三相线路上的负荷是不平衡的,有的相负载轻,有的相负载重,这种电路称为不对称三相电路。例如,对称三相电路的某一条端线断开,或某一相负载发生短跑或开路,它就失去了对称性,成为不对称电路。

图1所示的Y-Y连接电路中三相电源是对称的,但负载不对称。当开关S打开(即不接中线)时,由于负载不对称,一般情况下,UNN`≠0,即N和N`点电位不同。从图中可看出,N和N`重合,这一现象称为中点位移,也称之为零点漂移。当位移较大时,会造成负载端的电压严重不对称,从而使负载的工作不正常。由于在零线断路或接触不良时,便会出现负荷侧的中性点电位漂移的情况。此时零线上会出现危险的电压,负荷最轻的一相电压升高,从而使该相上负荷先烧毁,从而进一步加剧三相负载的不平衡,以致变成了两相供电的情况。这时两相负荷电压由相电压变为线电压,接着负荷次轻相接着烧毁,最后只剩下负荷最重的一相设备不被烧坏。为防止这种现象,就要经常进行检查,当发三相电路中某些灯很亮,有的发暗,甚至发生电灯“群爆”现象,说明零线断路,应立即断开电源开关,防止事故的扩大。
1.3 三相电源不对称
三相电源不对称的现象,就生活区来说,主要有以下几种,如变压器分接开关接触不良,一般情况下,变压器在投入运行前,分接开关已调至合适档位,不需要调整。但在某些情况下,如分接开关经常调整,就有可能造成接触不良。

另外一种情况是变压器高压某相熔丝熔断。在生活区变配电室中,目前高压侧均采用FN3型负荷开关,这种开关和高压熔断器配合使用。低压侧采用DW型万能断路器,所以在负荷侧出现故障时,如低压保护拒动,或变压器内部出现故障时,都会导至高压熔丝熔断;
还有一种是电缆断相。断相后,其它两相或一相运行,所有这些情况,都会使三相电源不对称,从而使零线上产生危险的电压。
1.4 零线接地不良
由于生活区变压器中性点均采用直接接地,所以必须对接地线经常进行检查。在接地连接不良时,接地装置接地电阻过大,或接地线因腐蚀断开后,在一定条件下,都能使零线电位大大升高。例如,当零线断开后,若另一相发生接地,此时,零线对地电压将升至220V,甚至更高,将会严重威胁设备和人身的安全。

1.5 电容传递
在某些情况下,虽然低压线路已断开电源,但由于零线与变压器不断开,此时,高压电源就可能通过变压器高.低压绕组间的电容传递到零线上,要是零线接地不良或断开,则零线上就可能出现数千伏的高压。
1.6 相线接地

当设备或线路绝缘损坏,发生相线接地短路故障时,由于变压器的中性点有一定的接地电阻(要求电阻在4Ω以下,先设R0=4),和相线接地处也有一定的接地电阻(该处电阻一般较大,为计算方便,也设为R0=4Ω),
则短路电流为:
I=U0/(R0+Rd)=220V/(4+4)Ω=27.5A
若保险丝熔断电流大于27.5A,则保险不会熔断,系统中的接地故障将一直存在,短路电流流过R0,Rd时,产生电压降:
U0=IdR0=27.5*4Ω=110V
Ud=IdRd=27.5*4Ω=110V
即零线对地电压将上至110V,故障相对地电压下降110V,而正常相对地电压大大高于相电压。
2、零线带电的预防
2.1 三相负荷尽可能保持平衡:
无论主干线或分支线的负荷,不平衡程度都不宜超过20%,否则电压损失及功率损失会大大增加。
2.2 零线与变压器中性点的连接必须牢固可靠
如果零线为铝线,连接时更应该认真,在线径超过16mm2时,铝线应经铝接线端子进行压接,以确保中性线的导电良好。然后与中性点接线端子连接,避免铝线用缠绕法压接在中性点接地螺栓上。因铝线的表面极易因氧化或腐蚀而不导电。

2.3 严禁在三相四线制回路的中性点装设熔断器
可防止熔断器因种种原因熔断形成“断零”。否则接在电路上的单相电器可能因电压过高而烧坏,或电压过低而发挥不了作用。所以零线上不得安装开关及熔断器,但是单相供电线路的零线上必须装设熔断器,这是因为零线只起到工作作用,应同时在相线和零线上装设双极刀开关和熔断器。如果当外线路检修,将相线和零线互相接错时,线路上的熔断器仍起保护作用。若只在相线上装设熔断器,这时相线已变成零线,当发生接地故障时,短路电流不通过保险丝,故障将一直存在,给系统带来威胁。
2.4 中性点的接地电阻必须合格
接地电阻应符合要求。每年利用电气春秋检时间,对所有变压器接电阻进行检查和测量(100KV及以上的变压器应不大于4Ω,100KV以下的变压器应不大于10Ω),同时加强对零线的维护和保养工作,定期检查和紧固变压器中性点螺栓,防止零线接触不良。

2.5 应保证零线有足够的截面积和强度
一般不小于相线截面积的50%,通常为相线截面积的60%左右,并应满足机械强度的要求。零线上应避免有接头。无法避免时,应认真按照工艺要求连接牢固。
2.6 零线进入开关箱处设重复接地
重复接地电阻不得小于10Ω。如图所示,在没有重复接地的情况下,断开处后方的零线及其上所有的接零设备对地电压为:
UE=RP/(RN+RP+RL)*U
式中,RN、RP和RL分别是工作接在电阻、人体电阻和负载电阻;U为相电压。如已知U=220V, RN =4Ω、RP=1500Ω、RL=484Ω(额定功率为400W),根据上式可求出UE=166V。电击危险比较大。而且不平衡负荷越大,故障电压越高,所以电击危险性也就越大。
在有重复接地的情况下,断开处后方的零线及其上所有的接零设备对地电压为:

UE=RC/(RN+RC+RL)*U
式中, RC为重复接地电阻。如已知RC=10Ω,其它条件不变的情况下,根据上式可得故障电压为UE=4.4V。可以看出,故障电压大幅度降低,触电的危险大大减小或消除。
2.7 相线和中性线要正确连接,避免接错
若将相线与零线相互接错,单相用电设备电压就会升高至380V,导致设备烧坏。生活区有个别用户,为了达到窃电的目的,从楼道将照明用相线引至室内。这样,在本层总零线烧断的情况下,若不是同一相电源,此时的相电压就会变为线电压,将直接加在负荷两端,导致设备烧坏。三相四线制负荷,特别是电动机,在相线和零线接错的情况下,也会因为缺相导致电机转矩减小,甚至可能烧坏。

2.8 在中性线上尽量减少线路端子连接和接头,并尽量少串入开关和触头,以防止因接触不良而增加“断零”的危险。
总之,在三相四线制的线路中,零线带电危害非常大,经常会导致人身及设备事故。特别是在生活区中,变压器引出线均为三相四线制,负荷偏相比较严重。为避免事故的发生,就要经常对零线进行检查,同时在各进户端进行重复接地,另外可采用漏电保护型空开,这样在零线断路的情况下,空开会自动跳闸,尽可能确保设备和人身的安全,以保证生活区的正常稳定用电。