民用建筑低壓配電系統(tǒng)中線斷線故障分析及防治NEW(5.5).doc

民用建筑低壓配電系統(tǒng)中性線斷線故障分析及防治王治義（甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院，甘肅蘭州 730030）摘 要：通過對(duì)建筑電氣低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中中性線的作用分析，闡述了中性線在三相四線低壓配電系統(tǒng)中的重要作用。關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng); 中性線;民用建筑中大量電氣設(shè)備電源要求供電電壓為AC220V，電源頻率50Hz。尤其是在住宅建筑中，普通住戶均為單相供電，AC220V設(shè)備所占比例更大。民建低壓配電系統(tǒng)大多采用三相四線制或三相四線加一根PE保護(hù)線的方式供電，低壓配電系統(tǒng)的接地系統(tǒng)多采用TN-C-S或TN-S系統(tǒng)。變配電室變壓器線圈繞組聯(lián)接大多采用D/Yn11或Y/Yn0組別。三相四線制方式供電因其能提供兩種不同的電壓線電壓（380V）和相電壓（220V），可靈活適應(yīng)民用用戶不同的需要，因此在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中普遍選用三相四線制方式供電。采用三相四線制方式供電，變壓器低壓側(cè)的三相電壓是對(duì)稱的 , 不考慮中性線阻抗的情況下，中性點(diǎn)為零電位。假如三相負(fù)載平衡 ,則中性線中的電流也為零。在民用建筑中存在大量單相負(fù)荷，照明、動(dòng)力等混合供電，三相負(fù)載是不平衡的。此時(shí)不平衡零序電流通過中性線返回變壓器中性點(diǎn)，形成負(fù)載端中性點(diǎn)與變壓器中性點(diǎn)電位的偏移 ,導(dǎo)致三相負(fù)載電壓的不平衡。如果發(fā)生中性線斷線的情況 ,中性點(diǎn)電位偏移就會(huì)更加嚴(yán)重 ,同時(shí)不平衡電流沒有通路，從而造成各相電壓的升高或降低，燒毀單相用電設(shè)備造成嚴(yán)重后果。筆者曾經(jīng)遇到過這樣的情況：某住宅小區(qū)單體建筑發(fā)生住戶用電設(shè)備燒壞的事故，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)與此相關(guān)線路的保護(hù)空氣開關(guān)都沒跳閘，檢查線路發(fā)現(xiàn)也不存在相線、中性線斷線的情況。實(shí)測相線、中性線對(duì)地電壓分別為：231V，212V，237V，7V，均在合理使用范圍之內(nèi)。那為什么發(fā)生用電設(shè)備燒毀而斷路器沒有跳閘的情況呢？現(xiàn)場檢查電氣線路及電氣設(shè)備連接情況，在用電設(shè)備至配電室這一段線路均未發(fā)現(xiàn)連接斷線故障，當(dāng)檢查到建筑單體配電室總進(jìn)線柜處時(shí)，發(fā)現(xiàn)總進(jìn)線隔離開關(guān)選用4極開關(guān)，觀察發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)的中性線動(dòng)觸頭和靜觸頭接觸不良，造成中性線斷線引起的事故。現(xiàn)場未見使用帶過電壓及失、欠電壓保護(hù)的斷路器。將4極隔離開關(guān)更換為3極，或中性線不再通過隔離開關(guān)。后來再未發(fā)生住戶用電設(shè)備燒壞的事故。中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中中性線的作用是做單相負(fù)荷的零線或當(dāng)不對(duì)稱的三相負(fù)載接成星形連接時(shí)，使其每相電壓保持對(duì)稱。在有中性點(diǎn)接地的電路中，假如發(fā)生一相斷線，也只影響本相的負(fù)載，而其他兩相的電壓保持不變。但如中性線因某種原因斷開，則當(dāng)各相負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，勢(shì)必引起中性點(diǎn)位移，造成各相電壓的不對(duì)稱，破壞各相負(fù)載的正常運(yùn)行，甚至燒壞電氣設(shè)備。而在實(shí)際中，負(fù)載大多是不對(duì)稱的。 下面通過簡單計(jì)算分析中性線斷線時(shí)的電路情況（圖1,圖2）：圖1：中性線正常使用時(shí)UAN=UAO+UON，UBN=UBO+UON，UCN=UCO+UON，而UON=INZNIN=IA+1B+IC式中：IN-流過中性線的電流 ZN-中性線阻抗假設(shè)負(fù)載均為電阻性負(fù)載（電壓與電流同相位）（1）例如負(fù)載阻抗ZA=ZB=ZC時(shí)，IN=IA+IB+IC=IAej0+IAej120+IAe-j120=0，則IN=0，UON=0（2）假如負(fù)載阻抗ZA=2ZB=3ZC時(shí)，IN=IA+IB+IC=IAej0+2IAej120+3IAe-j120=1.732IAe-j150UON=INZN=1.732IAe-j150ZN可見當(dāng)中性線上的阻抗不能忽略時(shí)，則不平衡電流通過中性線所造成的電壓降不等于零。此時(shí)：UAO=UAN-UON=1.04UANe-j1.3圖2：中性線斷線時(shí)：假設(shè)負(fù)載均為電阻性負(fù)載（電壓與電流同相位）（1） 例如負(fù)載阻抗ZA=ZB=ZC時(shí)，IN=IA+1B+IC=IAej0+IAej120+IAe-j120= 0，則ION=0，UON=0可見在三相負(fù)載為同性質(zhì)負(fù)載且電阻、電抗相同時(shí)，即便中性線斷線也能維持負(fù)荷平衡。（2）假如當(dāng)負(fù)載阻抗3ZA=1.5ZB=ZC時(shí)，為了簡化計(jì)算，引用教科書載中性點(diǎn)位移公式如下：UNO=(UANYA+UBNYB+UCNYC)/(YA+YB+YC+YN)式中YA、YB、YN、YN-相線A、B、C及中性線N上的導(dǎo)納中性點(diǎn)位移量為：UNO=(6UAN+3UBN +2UCN)/11中性點(diǎn)位移后的三相負(fù)荷電壓降為：UAO=UANUNO1.26UCNe-j6.58UBO=UBNUNO1.04UBNe-j16.13UCO=UCNUNO0.76UANe-j11可見在三相負(fù)載不平衡的電路中，中性線斷線，負(fù)荷中性點(diǎn)就會(huì)向負(fù)荷大的相的方向位移，使相負(fù)荷的相電壓發(fā)生變化：負(fù)荷大的那一相，相電壓降低，負(fù)荷會(huì)因電壓不足不能正常工作；負(fù)荷小的那一相，相電壓升高，負(fù)荷會(huì)因電壓過高存在燒毀設(shè)備危險(xiǎn)。而且負(fù)荷小的那一相會(huì)因設(shè)備毀壞相負(fù)荷減輕，過電壓繼續(xù)升高，從而加速該相負(fù)荷上的設(shè)備損壞。綜合以上分析，中性線在三相不對(duì)稱負(fù)荷中保證了三相負(fù)荷相電壓對(duì)稱。假如中性線斷線，單相負(fù)荷的正常工作狀況就會(huì)遭到破壞，輕則無法發(fā)揮正常作用，重則將損壞電器設(shè)備。因此在三相四線制配電系統(tǒng)一定要保證中性線不斷線及其可靠性。中性線斷線的危害是非常嚴(yán)重的，因此在民用建筑電氣設(shè)計(jì)、施工、投入使用維護(hù)時(shí)應(yīng)采取以下措施防止中性線斷線故障發(fā)生，總結(jié)歸納為以下幾點(diǎn)：（1）中性線的過電流防護(hù)嚴(yán)禁采用熔斷器，盡量少用斷路器開關(guān)觸頭切斷中性線。在具有良好總等電位聯(lián)接的TN-C-S、TN-S系統(tǒng)的建筑物內(nèi)，應(yīng)優(yōu)先選用3極開關(guān)。在中性線上應(yīng)盡量減少斷點(diǎn)，保持中性線的良好貫通，預(yù)防斷零事故發(fā)生。民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ 16-2008 第752 規(guī)定TN-C系統(tǒng)中，嚴(yán)禁斷開PEN導(dǎo)體，不得裝設(shè)斷開PEN導(dǎo)體的電器。（2）施工過程中，電線（纜）分接箱（盒）及接線端子一定要壓接緊湊，避免壓虛及壓接過度。不同電氣設(shè)備連接部位應(yīng)選用過渡電阻小且無電化學(xué)腐蝕的材質(zhì)連接。三相電度表引入引出線的連接應(yīng)可靠，保證中性線良好連通。（3）采用TN-C-S、TN-S供電系統(tǒng)在負(fù)荷分配上應(yīng)盡量做到三相負(fù)荷平衡，投入使用后定期檢測三相負(fù)荷值，力求中性線電壓降為最低。保持中性線最大電流不超過變壓器額定負(fù)荷電流的15%。（4）以生活用電(或以單相用電)為主的民用負(fù)荷，在配電線纜的選用上優(yōu)先使用中性線與相線同截面導(dǎo)線，避免使用中性線截面小于相線截面的導(dǎo)線。電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50217-2007：3.7.9條規(guī)定，1kV以下電源中性點(diǎn)直接接地時(shí)，三相四線制系統(tǒng)的電纜中性線截面，不得小于按線路最大不平衡電流持續(xù)工作所需最小截面；有諧波電流影響的回路，尚宜符合下列規(guī)定：1）氣體放電燈為主要負(fù)荷的回路，中性線截面不宜小于相芯線截面。2）除上述情況外，中性線截面不宜小于50%的相