三相四線系統(tǒng)零線運行故障的分析和預防措施

李之建

（襄陽供電段，湖北襄陽 441053）

在三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，零線的作用是當三相負載不對稱時，保證零線上的阻抗為零，以消除中性點位移，使各相的電壓保持對稱，即各相負載的相電壓恒等于電源相電壓，并與負荷變化無關。三相中一旦有一相發(fā)生斷路，只影響本相，其他兩相電壓仍保持不變，確保接在此兩相上的電器設備仍能正常工作。

但是，如果三相四線中的零線因故斷路后，在三相負載不對稱時，則會產(chǎn)生變壓器中性點位移，致使三相電壓不平衡，即有的相電壓過高，可能燒毀電器設備，有的相電壓過低，使電器設備無法正常使用。

1 三相四線低壓供電系統(tǒng)零線斷路的幾種情況

（1）單相供電

在單相供電范圍內(nèi)發(fā)生零線斷路，故障范圍內(nèi)的電燈不亮，其他電器不能使用，這時用氖燈驗電筆驗電，相線、零線都亮；用數(shù)字驗電筆驗電，相線和零線都顯示相電壓；但用電壓表測量卻沒有電壓指示。根據(jù)上述情況則可判定該單相供電范圍內(nèi)零線斷路。

（2）三相四線制線路

某一分支發(fā)生零線斷路故障，具體表現(xiàn)是：在這一分支線路供電范圍內(nèi)，一部分用戶電燈亮度不夠，日光燈不能啟動，電視機亮度下降、圖像縮小，有欠電壓保護的電器則無法開機或自動關機。而有一部分用戶電壓明顯升高，電燈特別亮，電扇轉速加快，情況嚴重的，電燈或其他電器很快燒毀。發(fā)生以上情況則可判定該分支零線發(fā)生斷路。

（3）三相配電變壓器

供電范圍內(nèi)產(chǎn)生零線斷路故障，即零線母線發(fā)生斷路，具體表現(xiàn)與三相四線分支發(fā)生零線斷路故障相同，只不過范圍更大，危害更嚴重，損失更巨大。

2 三相四線低壓供電系統(tǒng)發(fā)生零線斷路的計算與分析

2.1 無重復接地情況

線路沒有重復接地時，存在圖1中的K點斷線現(xiàn)象。

圖1 三相四線低壓供電系統(tǒng)無重復接地時斷線示意圖

正常供電時（零線未斷）：U A0＝UC 0＝U B0＝220V。零線斷線后負荷的零線回不到變壓器中性點，破壞了原來的供電系統(tǒng)，形成線間串并聯(lián)燈供電。線間供電情況分解如圖2所示。

圖2 三相四線低壓供電系統(tǒng)線間串并聯(lián)燈供電圖

從圖2中可以看出：形成某一相幾個燈泡并起來，與另一相幾個燈泡串起來，接到線電壓上，每個燈泡承受的不是相電壓220V，具體的值由分析得知：各線電壓雖然都相等，即Uab＝Ubc＝Uca＝380V，但因各線間所接燈泡數(shù)不同，負荷亦不同，所以電阻也不同，這樣各線間電流不會相同，各燈泡上的電壓也不會一樣，每個燈泡的功率也發(fā)生變化，形成有的燈泡亮，有的燈泡暗。為便于分析，假設每個燈泡全是100W，分別編號。

通過計算，各燈泡的功率計算值如表1所示.

表1 試驗數(shù)據(jù)

從表1可以看出，3號燈泡的功率比原功率都增加了，至少增加1.68倍。4、5、6號燈泡的功率比原功率都減少，甚至減少了五分之一。1、2號燈泡的功率同樣也發(fā)生了變化，由此可得到以下結論：

（1）由于零線斷線后，造成三相負荷的功率都發(fā)生了變化，有的功率增加很大，后果是燒壞，有的功率減少很大，后果不能發(fā)揮作用。

（2）三相負荷越不平衡，這種現(xiàn)象越嚴重。原來負荷小的相這時功率增大；原來負荷大的相這時功率減小。

（3）這種現(xiàn)象不僅適用于燈泡，而且適用于其它單相家用電器，所以零線斷線后，嚴重影響單相家用電器的正常使用，甚至燒毀。

2.2 重復接地情況

如圖3所示，線路有重復接地時，發(fā)生零線斷線后的零線通過重復接地與大地構成回路，仍然可以回到變壓器中性點，起到零線的作用，避免零線斷線后的損失。通過以上分析可知，要把零線與火線看得同等重要，尤其是居民生活區(qū)更值得注意，不但要重視線路上的重復接地，而且要重視引入口的重復接地。

圖3 三相四線低壓供電系統(tǒng)有重復接地時斷線示意圖

3 發(fā)生零線斷路的主要原因

（1）三相負載嚴重不平衡，零線電流過大或零線導線截面積過小，零線被燒斷。

（2）零線接頭處接觸不良，造成火花現(xiàn)象，時間長了，引起零線斷路。

（3）配電變壓器的零線接線柱與導線連接接觸不良，維護不到位，引發(fā)零線斷路。

（4）配電變壓器內(nèi)部零線引出線斷路。

（5）三相四線制線路零線上裝有熔斷器或單獨的開關，保險絲熔斷或拉開開關，造成零線斷路。

（6）斷開三相四線制線路時，先斷開零線。

（7）其他故障引起的零線斷路，如大風刮斷零線，車輛碰撞電桿、拉線造成零線斷路等。

4 防止零線故障的預防措施

（1）三相四線供電，單相負載應盡量分配均勻，保持三相負載平衡，加強對三相電流的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)不平衡及時進行調整。

（2）零線電流不能大于相線電流的1／4，零線導線截面不能小于相線截面的1／2。

（3）零線的連接要牢固可靠，配電變壓器及配電屏的引入、引出線，如采用鋁導線，應使用銅鋁過渡線夾，并加強巡視和維護，特別要進行夜間巡視，發(fā)現(xiàn)接頭出現(xiàn)火花及時進行處理。

（4）三相四線制線路的零線，嚴禁安裝熔斷器或單獨的開關裝置。

（5）斷開三相四線制線路時，應先斷開相線，后斷開零線，接線時順序與之相反。

（6）在線路上和引入口加裝重復接地裝置。

（7）一旦發(fā)生零線斷路故障，應盡快切斷三相電源進行處理，以減小事故危害。

由于電器設備開啟的隨意性，三相負荷不平衡狀況是不可避免的，因零線斷路而造成的電器損壞要求賠償?shù)氖录?jīng)常性發(fā)生，因此只有加強對零線的檢查、維護，防患于未然，才能確保零線安全運行，減少糾紛和經(jīng)濟損失。

1 溫德智，郭志良.電力內(nèi)外線工程［M］.北京：鐵道出版社，1997.

2 華玉興.電力線設備運行與維護［M］.北京：鐵道出版社，1995.