三相四线系统的零线故障研究

垫　皇壹　第１９卷第７期２０１２年　技术研发　三相四线系统的零线故障研究　周　伟，霍大勇　（河南工业职业技术学院，河南南阳４７３００９）　摘　要：介绍了供配电系统中三相四线制供配电方式下零线断线和接触不良的故障现象，分析了故障的成因，指出了三　相四线系统零线中故障预防的方法，以及在供配电系统中零线的相关安装运行注意事项。　关键词：三相四线制；零线；供配电系统　ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１２．０７．０１７　Ｏ引言　目前，国内的低压供配电系统广泛采用三相四线制，这种　系统也称为ＴＮ—ｃ系统。在ＴＮ—Ｃ供电系统中，由于零线的存在，　不论三相负荷平衡与否，只要供电电源的电压稳定，各相负载　的相电压也保持稳定和三相对称。任一相的火线发生断路时，　对其他相的电压均无影响。这种系统中三相电源分别独立工　作。运行中，三相回路的负荷对称时，系统零线上的没有电流流　过；当系统所带的三相负荷有不对称时，如民用照明线路，系统　的零线就要承受此时的三相不对称电流。如果零线发生断路或　者因接线原因导致阻抗增大时，不对称电流将就会通过相线构　成闭合回路，供配电系统的中性点发生偏移，此时系统的三相　电压就不平衡。系统中电压升高的一相就会造成负载设施的绝　缘击穿；在电压降低的一相则会产生设备因达不到正常工作电　压不能正常工作、进而发热造成线路和设备事故。同时，残余的　系统中性线相对于零电位有电压，当高于交流３０Ｖ时，会造成　人员触电。　１　生产故障现象两例　例１某生活小区，不定时地出现输水的水煤气管有电击　感觉。现场检查，有时能够测量出金属水管对地交流８０　ｖ左右　的电压，有时没有。　例２某大型企业的一个生活区，在一天早上发生了住宅　家电同时损坏，检查了所有受损电器，均为变压器烧毁。　２故障分析与处理方法　故障１①事故分析：综合分析该生活区水管出现危险电　位的时段，在供电相关区域和相邻的关联用电单位排查，发现　该危险电压与相邻的一家ＫＴＶ会所的一间客房的顶棚灯具相　关。其中的一个眩光灯开启后，生活区的零线上有高电位出现，　测量出危险电压。②事故处理：该故障为灯具零线安装错误所　致。ＫｒｒＶ装修客房时，直接将故障灯具的零线搭接在了与金属　水管及暖气管道的金属架上。将故障灯具的零线按照规范接至　供配电系统的公共零线，故障排除，运行半年监察正常。　故障２①事故分析：检查该故障是零线出现断线。其原因　是这个生活区在居民用户的家电容量增多时没有及时增加供　配电系统的导线截面，造成在ｊ相不平衡加剧的情况下，系统　的零线长期流过超过安全载流量的电流，长期发热导致最终的　零线断路。②事故处理：对该供配电区域进行线路改造，按照实　际的负荷需求加粗供配电系统的导线，并且零线与同一系统中　的火线（相线）采用同样材料、同样截面的导线。改造后运行两　年，供配电系统的线路正常无故障。　３理论分析　对三相四线供配电系统进行矢量分析，了解三相四线供配　电系统的零线断线和阻值增大所引起的三相电压的变化。　图１是典型的三相四线制供配电系统。　＾　Ｂ　Ｃ　０　图１　零线接地的三相四线系统　该三相四线系统中，三相电源电压是对称的，不管三相负　载是否对称，三相负荷上的电压总是对称的。系统的中性点与　零点电位相同，负荷上所加的电压等于供电电源的电压与系统　中性线电压的向量差，即：　Ｕ＾　ＵａＮ－－ＵＮｏ　Ｕ　Ｕ旷ＵＮＯ　Ｕ　Ｕ旷Ｕ帅一Ｕ　ｌ　ｚＮ　式中，　是零线上的阻抗，通常为零；　是零线上的电流；　ｕ是各部分的电压相量。　当三相负荷保持平衡时，则系统的零线上没有电流。实际　上此时没有系统也能够正常工作。需要三相电源的设备也不会　受到影响；当三相负荷出现不平衡情况时，系统的零线上就会　流过不平衡电流；两相空载时，零线上与相线流过的电流相等，　此时零线与相线的截面就应该是相同的。　如图１，当Ｎ和０点不接通，负荷的中性点就产生了偏移。电　源侧残余的中性线（Ｎ点）、负荷侧残余的零线（０点）两者之间　就有了电位差，计算如下　Ｕ　。＝＝（　Ⅳ　Ｙａ＋　ｌ删　ｙ　Ｙｃ）／（　＋ｙ　ｙ　）　式中，　、Ｙ　Ｙ　、Ｙ，　别为Ａ、Ｂ、Ｃ相及中性线Ｎ上的导纳。　此时，假定三相负荷阻抗关系为：　ｌ，　２　，ｙｃ＝３ｙＡ　因零线断路，所以ＹＮ＝Ｏ，将上述数据带人式中，得：　（～１／４＋、／了ｊ／１２）Ｕ￣　各相电压有效值为　、／５７，６　日　Ｕ　｝６　Ｕ　（下转第３３页）　３１　垫查皇堕　技术研发　第１９卷第７期２０１２年　闸线圈的接触器中设计了验证其中一个接触器沾连的检测电　路。如图５所示，当其中一个接触器发生沾连的时候，就会导致　Ａ这个时间继电器动作，其延时动作的时间可以设为２～３　ｓ，以　防止接触器吸合或释放时的不同步现象。动作后由于其常闭点　串入安全回路。因此，一旦发生沾连，将断开安全回路，使电梯　不能再运行。而对于有些ＰＬＣ控制的电梯，如果不把切断制动　器电流的两个接触器的闭合和释放状态信号直接接入ＰＬＣ输　图５交流双速电梯的　图６　交流双速＋ＰＬＣ控制　入端，只通过程序来实现该功能，这有可能导致不合乎标准的　防粘连线路　电梯的防粘连线路　规定，必须查看图纸，看其程序中怎样检测沾连。笔者在检验电　　。ＰＬＣ内部时　继电器　ｃｏ麓　梯的过程中发现有些设计方法是无法保证如果其中一个接触　Ｙｃ　ｉｆｒ　Ｈ卜———（Ｔａ）　～　器主触点未打开，最迟到下一次运行方向改变时，防止电梯再　扑一－（Ｙｓ）　Ｙｅ一　ｒＢｋ　ｌ　　）ａＰ　ＬＣ　　ＩＴａ　卜～运行的条件的。因为当一个接触器发生粘连时，有些程序只靠　　ｌＴａ　卜～寸卜…－（Ｙｘ）　两个接触器是否有电来判断接触器的闭合和释放状态的，但是　当一个接触器发生粘连而接触器线圈又不带电时，其程序只能　图７变频器＋ＰＬＣ控制电梯的防粘连线路　判断接触器处在释放状态，会作出能进行下一次运行的判断，　电梯检验中对于这项内容的检测，实际上从标准发布后就　这种防沾连检测的设计显然与标准不符，是不合要求的。应改　已经要求了，可是在电梯的制造和安装过程中的环节，尤其是　成直接检测接触器的触点位置，这时应在ＰＬＣ输入端增加一个　一些老旧电梯的改造或者重大维修后，还会时不时发现不符合　输入点信号来检测其电气装置的粘连情况，再在可编程控制器　上述标准规定的这方面内容，而在用电梯的年度检查中有时也　ＰＬＣ程序内增加一段程序如图所示。假设有一接触器发生了粘　会发现有些电梯不合乎标准的要求。对一些老旧电梯尤其如　连时，则其输入点接通或者断开，其内部时间继电器（通电延时　此。这就要求我们在检验电梯过程中，应严格执行标准，确保　或者断电延时）就会延时２　ｓ动作，断开启动回路或者上下行电　电梯在运行过程中不会出现因这方面的问题所导致的电梯不　路，这样就保证电梯就无法再次运行了，如图６（双速梯）和图７　安全隐患的问题出现。　（变频器梯型）所示。这样的设计，笔者认为是合乎标准规定的。　参考文献：　而我们在检验电梯的过程中，如果有些电梯由于维护保养的情　【１１　国家标准ＧＢ７５８８－－２００３电样制造与安装安全规范『Ｓ１．　况较差，电气原理图和一些资料都丢失了，没有办法通过查看　【２１朱昌明，孙立新．ＥＮ８１—１：１９９８电梯制造与安装安全规范　图纸来确定其制动回路是否符合标准规定，那我们也可以用实　解读．中国标准出版社．　际模拟的方法来先找到控制抱闸线圈的接触器或继电器，先后　作者简介：　分别两次按住其中一个串联在制动器控制回路上的接触器不　王立洪，男，１９９４年自动化专业本科毕业。从事电梯检验４　释放，电梯停止后，再登记一个与刚才运行时相反的信号，此时　年，目前为电梯检测员。在深特检院工作。　（上接第３１页）　７）一些非线性负荷　Ⅱ微波炉、电子镇流器，尤其电焊设备）　Ｕ　２、｜６　Ｕ　的谐波分量很大，最大将超过３０％额定电流，加上三相负载不　可知，当三相负荷不平衡时，零线断路，负荷的中性点就向　平衡，零线上的电流过大，可达２倍多额定电流，此时应加粗零　负荷少的方向偏移，于是使各相负荷所得到的相电压发生变　线（大于相线的截面），必要时采用可拟制谐波的变压器；　化。负荷多的那一相，负荷电压降低；负荷少的那一相，负荷电　８）加强巡视和维护线路，避免外部机械损伤（如大风、冰　压则升高。　雪、碰撞电线杆、人为等原因）造成零线中性线断路；　４三相四线制供配电系统零线的注意事项　９）采用在供电线路上零线多处重复接地的方式；　在三相四线制供配电系统中，严禁发生零线断开和接触不　ｌＯ）零线上禁止接保险和开关。　良。在线路设计、安装和运行维护中应注意以下几点：　５结语　１）对于ｉ相负荷严重不平衡的系统，要按照零线上实际流　三相四线制供配电系统的运行关键在于零线。零线断路　过的电流设计零线截面，零线的截面应在相线的７０％～１００％：　时，系统中的单相负荷的不能正常工作，并且零线上将产生危　２）在可能的情况下，通过设计、安装或运行中根据负荷变　险的高电压，危及人身和设备安全。因此，在现行的工业与民　化情况的调整，尽量使三相负荷平衡；　用供配电系统，保障零线的安全是首要的。　３）对于老线路，新装了单相设备，要重新计算零线截面，必　参考文献：　要时加粗零线；　【１］　刘介才．配电技术『Ｍ１．北京：机械工业出版社，２００５．　４）零线的所有连接均应符合国家规范，连接部分的接触电　【２】　霍大勇．照明线路电流和导线线径的估算ｆＪ】．矿山机械，　阻不能大于同长度的相同材质导线的电阻；　２００９．　５）避免不同材质导线的直接连接，禁止采用铝线的直接对　【３］　霍大勇．导线安全载流量的估算『Ｊ１．矿山机械，２００８．　接；　作者简介：　６）中性点应保证可靠引出，即电力变压器二次侧内部中性　周伟（１９７８一），男，讲师，从事自动化、机电一体化、汽车电　线引出线不得断路；　子等专业的教学及科研工作。