一起由“工作零線開(kāi)路”引發(fā)的事故原因分析與對(duì)策

劉強(qiáng)

摘 要： 在我國(guó)現(xiàn)有的三相四線制或三相五線制供電系統(tǒng)中，由于三相負(fù)載分配不均造成三相電嚴(yán)重不平衡，遇上工作中性線（零線）開(kāi)路時(shí)，造成人身傷害和多臺(tái)儀器燒毀等事故時(shí)有發(fā)生，造成了不必要的損失。在生產(chǎn)和生活中，零線的可靠與否是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵，本文從零線開(kāi)路引起的故障現(xiàn)象入手，通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)研究查找出引起故障的原因，采取切實(shí)可行的措施，保證系統(tǒng)中零線的良好運(yùn)行，避免中性點(diǎn)偏移而引發(fā)供電事故。

關(guān)鍵詞：零線開(kāi)路 三相不對(duì)稱(chēng)電路 中性點(diǎn)偏移[1]

中圖分類(lèi)號(hào)：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

某辦公樓相繼因電源故障引起多臺(tái)電器嚴(yán)重?fù)p壞。經(jīng)測(cè)量電源電壓很不正常，究其原因是因該樓配電箱工作總中性線（零線）燒斷引起的[2]。

在現(xiàn)有的供電系統(tǒng)中，相線在變壓器副邊接為星形接法，其中中性點(diǎn)引出的線即為中性線，該中性點(diǎn)在變電所做可靠接地，線路中共用零線的可靠運(yùn)行與否是系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。在生產(chǎn)和生活中，工作零線常出現(xiàn)開(kāi)路現(xiàn)象， 發(fā)生中性點(diǎn)偏移使單相電器設(shè)備承受超過(guò)300V 以上的電壓，有的電源插座電壓只有幾十伏，造成人身傷亡和設(shè)備故障，給企業(yè)和家庭帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。本文以引發(fā)的事故為例，進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)研究，找出事故原因，提一些預(yù)防措施，以保證系統(tǒng)中共用零線的良好運(yùn)行。

一、事故原因分析

1.建立事故電路模型

低壓配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況十分復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化模型，便于分析計(jì)算，將變壓器的內(nèi)阻抗和傳輸線路的阻抗均忽略不計(jì)，建立三相不對(duì)稱(chēng)等效電路如圖1所示。

圖中，EA、EB、EC分別表示變壓器三相對(duì)稱(chēng)相電勢(shì)；ZA、ZB、ZC分別表示用戶(hù)端三相負(fù)載阻抗；N表示變壓器的中性點(diǎn)；N'表示用戶(hù)端的中性點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)電壓求解法可得：

從上式可以看出，當(dāng)負(fù)載ZA、ZB、ZC不對(duì)稱(chēng)時(shí)，即使電源的電動(dòng)勢(shì)EA、EB、EC是對(duì)稱(chēng)的，那么也使UN-N≠0，即N點(diǎn)和N'點(diǎn)電位不相同，因而使得各相負(fù)載的UA-N=EA-UN-N ， UB-N=EB-UN-N， UC-N=EC-UN-N也變得不對(duì)稱(chēng)。

2.電路模型分析與數(shù)據(jù)計(jì)算

圖2所示的對(duì)稱(chēng)Y—Y三相電路，由于三相布線及用電設(shè)備配置不合理，使三相負(fù)載嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)，再加上負(fù)載功率大，使工作中性線（零線）電流過(guò)大，甚至接近最大的相電流，現(xiàn)通過(guò)實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析。

1） K閉合，工作總中性線（零線）短路狀態(tài)，假設(shè)圖2中ZA=2.2Ω，ZB=22Ω，ZC=11Ω，則

由此可見(jiàn)在不平衡負(fù)載情況下，工作總中性線（零線）電流可以達(dá)到很大數(shù)值，甚至可以接近最大相電流。

2）K斷開(kāi)，工作總中性線（零線）開(kāi)路狀態(tài)[5]，圖4所示， 仍然假設(shè)

通過(guò)電流、電壓計(jì)算數(shù)據(jù)及相量圖，可以清楚地看出由于三相負(fù)載不平衡，負(fù)載電壓可能達(dá)到三百多伏，繼而使多臺(tái)電器嚴(yán)重?fù)p壞，形成了惡性循環(huán)。

3.實(shí)驗(yàn)研究

斷開(kāi)K，工作總中性線（零線）開(kāi)路時(shí)，通過(guò)改變?nèi)嘭?fù)載的不同比例，測(cè)出5組不平衡負(fù)載的負(fù)載電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表1），可以清楚地看出負(fù)載電壓多次達(dá)到三百多伏，說(shuō)明了事故發(fā)生的原因。

也可以對(duì)圖2進(jìn)行特例分析。當(dāng)三相電中有一相沒(méi)接通負(fù)載時(shí)，則另外兩相電路就變成了簡(jiǎn)單的線電壓串聯(lián)兩個(gè)負(fù)載的分壓?jiǎn)栴}。顯然，當(dāng)另外兩相負(fù)載電阻值相差較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓現(xiàn)象。最嚴(yán)重的情況是，當(dāng)工作總中性線（零線）開(kāi)路后，由于某種原因某一相電路發(fā)生短路現(xiàn)象，則另外兩相電壓就變成了380V線電壓，造成用電設(shè)備很快燒毀。

二、安全防范措施

1.增大零線截面積。用截面積更大的導(dǎo)線取代原來(lái)的工作中性線（零線），工作總中性線（零線）后面的分支連接一定要可靠，盡可能提高工作中性線（零線）的安全系數(shù)，并避免工作中性線（零線）開(kāi)路；

2.負(fù)荷盡可能要平衡。相關(guān)人員必須考慮將負(fù)荷盡可能平衡， 根據(jù)實(shí)際情況改進(jìn)三相布線，平均分配居民戶(hù)數(shù)。維護(hù)人員要按周期對(duì)變壓器的負(fù)荷及中性點(diǎn)電流進(jìn)行測(cè)量，負(fù)荷不平衡的配變要進(jìn)行調(diào)撥負(fù)荷，使中性線電流盡可能小，不超過(guò)相電流的25%，從而降低零線被燒斷的幾率；

3.在用電高峰期檢查三相電流，以防三相電嚴(yán)重不平衡。

三、結(jié)束語(yǔ)

由于三相布線及用電設(shè)備配置不合理，使三相負(fù)載嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)，再加上負(fù)載功率大，使工作中性線（零線）電流過(guò)大，甚至接近最大的相電流。如果工作總中性線（零線）比較細(xì)，容易導(dǎo)致工作總中性線（零線）開(kāi)路，導(dǎo)致故障現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)高度重視。本文針對(duì)事故現(xiàn)象，分析產(chǎn)生的原因，并在數(shù)據(jù)方面進(jìn)行了比較，提出了一些的預(yù)防性措施，可以相信通過(guò)這些措施的綜合采用能夠在最大程度上避免此類(lèi)事故的發(fā)生，希望為我國(guó)的配電和用電方面提供可資借鑒的技術(shù)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]尤大千，尤永清.中性線電位偏移保護(hù)斷路器及其應(yīng)用.建筑電氣.1995（4）

[2]瞿彩萍.電氣安全事故分析及其防范[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2007版

[3]謝聯(lián)文.IT 配電系統(tǒng)單相接地故障分析[J].供配電，2008， 27（7）：30-33.

[4]錢(qián)宇.中性點(diǎn)接地方式分析及其在中低壓電網(wǎng)中的選擇[J].工業(yè)技術(shù)，2006（4）：22-23

[5]陳忠華，霍麗華.低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)由接地改為不接地的探討[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科版），2002，19（1）：51-53