變壓器中性線在三相四線制供電系統中的作用和保護

夏紅波等

【摘 要】變壓器中性線在三相四線制系統中，特別當三相負荷不對稱時，是保證三相負荷電壓降對稱的基本條件，其作用在于使三相四線制星形連接的不對稱負載得到相等的相電壓。當中性線斷線后會造成負載因電壓過低無法正常工作或因電壓過高而燒毀，甚至危害人身安全，所以必須盡可能的保證三相四線低壓供電系統中主干零線的安全可靠，在實際工作中為防止主干零線斷線故障的發生，必須采取多種安全可靠的防護措施。

【關鍵詞】三相四線制系統；中性線；斷線；影響；作用；保護措施

在現有的低壓配電系統中，供電方式廣泛采用三相四線制供電系統。在三相四線制供電系統中，由于配電變壓器二次側中性點接地完好，中性線與三相線之間構成一個實用有效地整體，在三相負荷不對稱系統中，中性線的存在是保證三相負荷電壓降對稱的基本條件。一根相線發生斷線，只有該相負載供電中斷，對負載的安全并不構成危害，但中性線斷線，將發生中性點偏移現象，使得三相電壓不能保持平衡，導致負荷側各相電壓較正常電壓過高或過低，用電設備不能正常工作。目前低壓系統中存在著大量不可預料的中性線斷線事故。

影響低壓三相四線制安全可靠供電的因素很多，其中中性線的斷開是一個重要原因。中性線斷線故障以導線接駁口因故障或過載燒斷和意外機械刮斷（因垂直布線時中性線設在最低位置而最易被刮斷）居多。而近年來多次發生在城鎮中偷竊導線的案件，也是中性線被偷盜最多。因三相四線垂直布線時中性線在最低位置，沿墻水平布置導線時，一般中性線在靠墻位置，因而中性線最易被剪斷和偷盜，中性線對地電位很低，盜竊中性線也較盜竊相線不容易觸電。因此研究中性線斷開對供電產生的影響也是十分必要的。

1.中性線對電路運行的影響

設三相四線制Y形連接負荷如圖1所示，三個圖1三相四線制Y形連接圖負荷阻抗分別為ZA、ZB、ZC，中性線的阻抗為ZN，根據節點電位法：NN=（1）。

從向量關系可以得知N點和N點不重合，這一現象稱為中性點位移。在電源UAN、UBN、UCN對稱情況下，對（1）式進行分析如下：

1.1三相負荷平衡時

此時ZA=ZB=ZC，，無論ZN為何值時，都由（1）式可得NN=0，所以IN=0即中性線沒有電流通過，此時中性線存在與否不影響負荷的工作狀況。

1.2三相負荷不平衡，中性線未斷開時

此時ZA≠ZB≠ZC，所以根據（1）式NN≠0，但此時的中性線未斷開，可以采取減小中性線阻抗的方法，使ZN→0，則→∞，由（1）式可得NN≈0.此時，盡管三相負荷是不對稱的，但由于NN≈0，各相的工作狀態互不影響，各相保持獨立，不存在三相負載電壓的偏移。

1.3三相負荷不平衡且中線斷開時

下面分析兩種極端情況：

1.3.1設A相短路（ZA=0，→∞）

由于中性線斷線則=0，由（1）式NN==，可得則NN≈AN，即中性點N位移到AN處，使得AN，=0，負載ZB上的電壓BN=AB，負載ZC上的電壓BN=AB。即表明UAN和UBN兩個相電壓升高為線電壓，直接導致B相與C相上的負荷將因電壓過高，電流過大而損壞。

1.3.2設A相斷路（ZA→∞，=0）

這是比較容易發生的一種情況，一是A相負荷開關斷開；二是A相輸電線斷線。由于中性線斷線則=0，由（1）式NN= 推倒可得，因A相斷路，則UAN=0，而BN=BN-NN=（2），CN=CN-NN=（3）。由（2）式和（3）式可知，若三相負荷不對稱度不太嚴重，勢必造成B、C兩相電壓低于原相電壓，負荷將不能正常工作，若三相負荷不對稱度比較嚴重，則會導致一相電壓較高會損壞負荷，一相電壓較低，負荷不能正常工作。

2.中性線在電路運行中的作用

由中性線對電路運行的影響分析可得，當中性線正常時，負載的相電壓總是等于電源電壓的相電壓，從而保持對稱，這里中性線起著迫使負載相電壓對稱和不變的作用。因此，當中性線的阻抗趨向于零時，即使負載不對稱，但各相的負載電壓仍然是對稱的，各相負載的工作狀態互不影響，各相保持獨立，即使其中一相或兩相負載出了故障，另外的非故障相的負載仍可以正常工作。只是與三相對稱負載不同的地方就是各相電流不再對稱，導致中性線內有電流流過，所以中性線不能去掉。當中性線因故障斷開時，這時雖然電源電壓仍然對稱，但由于沒有中性線，且負載阻抗的不對稱，導致負載的相電壓不再對稱，相電流也不對稱，有的負載的相電壓過高，有的負載相電壓過低，導致負載損壞或不能正常工作。實踐證明，在負載不對稱的情況下又沒有中性線，就會形成不對稱負載的三相三線制供電。當各相負載阻抗變化時，相電流和相電壓都隨之而變化，導致各負載可能得到大小不等的電壓，而實際三相四線制供電系統中的各相負載不能保證完全對稱，所以一般情況下中性線是不允許斷開的。即中性線的作用就在于，使三相四線制星形連接的不對稱負載得到相等的相電壓。

3.中性線的保護措施

由中性線對電路運行的影響分析可知，當中性線斷線后會造成負載無法正常工作或因電壓過高而燒毀，甚至發生觸電的危險事故危害人身安全，所以必須盡可能的保證三相四線低壓供電系統中主干零線的安全可靠，在實際工作中為防止主干零線斷線故障的發生，必須采取安全可靠的防護措施：

（1）在三相四線制低壓供電系統中，盡可能調整三相用電負荷平衡。由中性線對電路運行影響分析可知，當三相負荷平衡時，不管中性線斷開與否，都不影響各相負載的工作狀態。

（2）適當放大中性線的橫截面積。在三相四線低壓供電系統中中性線的橫截面積應為相線橫截面積的一半以上，單相供電回路，中性線橫截面積應與相線橫截面積相同。適當放大中性線橫截面積的目的一是保證中性線上在通過大電流時，不會應發熱而燒毀，其次是保證在架空線路中有足夠的機械強度。

（3）注意中性線連接點的質量，應連接牢固可靠，并能抗氧化腐蝕。在中性線上應盡量減少線路端子的接頭，在不得不存在的連接點處，應連接牢固可靠，盡可能降低接觸電阻，避免應中性線電流過大而燒毀接頭使中性線斷線。在中性線連接點處應設置銅母線作為連接端子，并對銅母線及其連接的導線端子作鍍層處理，提高中性線連接點處的抗氧化腐蝕能力。

（4）中性線應重復接地。為降低中性線斷線出現的風險和減少中性線斷線后帶來的危險，低壓配電線路除變壓器二次側中性點集中接地外，應在干線或分支端處以及沿線按規程要求每個1km處輔助接地。

（5）做好等電位聯結。等電位聯結是最基本的保護措施，對于TN-C-S接地型配電系統，由于中性線斷線后，其負荷側N線對地偏移電位是通過如圖2中公共點JD傳至PE線上的，為消除或降低PE線上的對地偏移電壓，在圖2中的JD點處進行總等電位聯結后，即可滿足要求。

（6）絕對不允許在三相四線制回路的中性線上串接熔斷器或安裝單獨開關裝置，以防種種原因導致中性線在此處斷開。 [科]

【參考文獻】

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