臨時用電TN-S 供電系統常見故障分析及解決

李圣磊，趙天瑜，保善彤，成 霖，李自立

（中國水利水電第四工程局有限公司機電安裝分局，四川 成都 610000）

1 引言

我國低壓配電系統普遍采用中性點直接接地方式，接地系統分為IT、TT、TN 三大類，其中TN 系統又分為TN-C、TN-C-S、TN-S 三種方式，根據河南五岳抽水蓄能電站施工臨時用電管理要求，五岳工程建設現場臨時用電均采用TN-S 接零保護供電系統。現場供電要求：嚴格執行三相五線制，用電區域實行三級配電、二級漏電保護，臨時用電配電箱實行“一機一閘”。

2 臨時用電中的TN-S 供電系統

TN-S 接零保護供電系統，T 表示供電變壓器低壓側中性點為直接接地；N 表示電氣設備的外殼等裸漏金屬部分均直接接地；S 表示工作零線N 與保護零線PE 分開設置，如圖1 所示。

圖1 TN-S 接零保護系統示意圖

正常工作時保護零線與接至帶電設備金屬外殼，其回路不帶電，若電氣設備發生故障或人員誤碰帶電設備，其電流將會經PE 線流入大地，此時漏電保護裝置將會檢測到流入、流出電流存在差流，迅速動作斷開電源，保障人身設備安全。

3 臨時用電常見故障原因分析

3.1 零線斷路

（1）變壓器中性點至負載間零線因機械或外力破壞，導致零線斷開。此時斷線處就構成了中性點不接地供電系統，如圖2 所示。

圖2 零線斷線示意圖

（2）根據基爾霍夫定律，In=Ia+Ib+Ic，因施工現場三相負載并不能做到完全相等，此時必然有In≠0，當零線斷線時不平衡電流不能通過零線導入大地，中性點電位發生位移，零線就出現了帶電現象；且三相負載差別越大，中性點的位移就越多，對電網及設備的危害就越嚴重。此時負載大的相電壓越低，負載小的相電壓越高，等值電路見圖3。

圖3 零線斷線等值電路圖

（3）設變壓器中性點與大地電位相等。

則零線電流有IOO1=Ua/Za+Ub/Zb+Uc/Zc

等效阻抗有Z=1/（1/Za+1/Zb+1/Zc）

電壓偏移有UOO1=IOO1Z

根據歐姆定律，負載接入電力系統均采用并聯接線，負載越大其回路阻抗越小，設故障時C相負載最小，A、B 兩相負載較大且基本相等，令Za=Zb=10 ΩZC=22 Ω。

則IOO1=-28.104 ∠120°

UOO1=-114.50 V ∠120°

此時零位偏移位114.50 V，角度為-60°。

（4）此時三相負載端電壓分別為：

UaO1=Ua-UOO1=2 20 ∠0°+114.051 ∠20°=190.57 ∠31.2°

UbO1=Ub-UOO1=220 ∠-120°+114.05 ∠120°=190.57 ∠151.2°

UcOO1=Ub- UOO1=220 ∠120°+114.05 ∠120°=360.5 ∠120°

（5）對于單相用電回路，其零線斷線后，火線與零線電位相等，此時造成零線與火線均攜帶220 V電壓，設備不能正常運行。

3.2 變壓器中性點零線接地電阻過大或接觸不良

（1）TN-S 供電系統采用三相五線制，電纜對地存在對地電容，供電系統可簡化為π 型等效電路，此時相線對地有一定的泄露電流流過，泄露電流流向見圖4。

圖4 泄露電流流向示意圖

泄露電流Io=Ia+Ib+Ic

此時零線對地電壓U0=I0R（R為變壓器中性點接地電阻）

（2）由于施工用電現場用電設備較多，若接地電阻過大或接地狀態不良，其泄露電流及不平衡電流，將會出現漂移，三相電壓不穩定以及零線帶電情況。

3.3 用電設備漏電或相線接地

（1）當設備外殼破損或線路絕緣損壞時，將會發生裝置漏電或相線接地故障，此時將出現部分零線帶電情況，故障若不及時處理將會引發觸電事故。

（2）由Io=Ia+Ib+Ic，設C 相發生接地故障，現實生活中并不存在真正意義理想接地，其接地電阻不等于零，約在0.5～10 Ω，此時故障點周圍的地面對大地即（零線）的電位升高，零線將呈現帶電現象，零線電流與對地電壓大小、零線阻抗大小及故障點對地電阻有關系，其電流流向見圖5。

圖5 設備漏電或相線接地等電位示意圖

3.4 三相用電負荷不平衡

（1）理論上講，TN-S 系統中零線與地線都是直接接地的，其電位為零，但由于臨時用電現場三相負載及兩相負載設備種類繁多，且工作時間不穩定，導致供電系統難以保持三相平衡。

（2）由In=Ia+Ib+Ic，若三相負載不平衡，In≠0，此時零線就出現了電流，工程實際中，其接地一般在4 Ω 以內U=InR若接地電阻過大零線將出現帶電現象，零線對地電壓約大于零嚴重時電壓將高于100 V。

3.5 變壓器內部10 kV 高壓竄入0.4 kV 低壓側

電力變壓器是臨時用電的重要能源設備，我國鄉鎮配電網一般采用10 kV 輸電線路，施工現場布置10 kV/0.4 kV 降壓變壓器。

變壓器由于長期運行或變壓器油含有雜質會導致變壓器內部絕緣降低，當絕緣小于變壓器擊穿電壓后，變壓器絕緣將被擊穿。

變壓器擊穿后高壓側10 kV 電壓將會竄入0.4 kV 低壓側，低壓側電壓將急劇升高，嚴重損毀用電設備，甚至造成人員傷亡。

3.6 臨時用電過程中三相電壓偏低

（1）電源進線側電壓偏低：由于電能存儲技術復雜，我國用電由電網調配，波峰波谷電壓波動明顯，低壓側電壓將會出現浮動。

（2）根據能量守恒定律，變壓器高壓側功率P進=P出+P損，即進線側功率等于出線側功率加上功率損耗，此時若變壓器進線側電網電壓偏低，經變壓器轉換后出線側電壓也將低于正常電壓。

（3）供電線路過長或電纜選型：臨時用電常采用電纜連接，若電纜截面或電纜材質選用不當以及供電線路過長，此時電纜阻抗越大，根據能量守恒定律P=UI，ΔU=IR，當系統負荷越大時流過電纜的電流越大，此時電壓壓降也就越多，用電終端側電壓越低。

3.7 電源相序錯誤

我國電力系統中，正相序為A 相超前B 相120°，B 相超前C 相120°，其相序正確是三相用電設備正常工作的根本保證，若電源相序錯誤，三相設備轉向將與正常工作狀態（如電動機）相反，對于不可逆電機將縮小其使用壽命，產生發熱、異響等異常情況，若不及時處理將會嚴重損壞設備甚至引發發生安全事故。

4 臨時用電供電異常處理方法

4.1 用電設備停電

（1）首先觀察用電設備漏電保護器是否跳閘，若漏電保護器跳閘，則有可能裝置存在漏電，用萬用表測量漏電保護開關出線側無電壓后，分別測試用電設備、開關及線路絕緣情況，找出故障點并處理，待其絕緣滿足要求后，合上漏電保護器，測量進線及出線電壓是否正常，確認電壓正常后啟動用電設備。

（2）若漏電保護器未跳閘，首先測試漏電保護器進、出線電壓情況，若進線電壓正常，出線側顯示無電壓，此時可能是漏電保護開關損壞，斷開上一級開關，拆除漏電保護器，測量進出線觸頭，若進出線觸頭導通異常則更換漏電保護開關后重新合閘測試。

（3）若單相供電線路漏電保護器跳閘，首先測量電壓是否正常，若顯示火線、零線間電壓為零，此時用電筆測量是否帶電，若電筆無發光顯示，此時查找上一級電路，若顯示有點，此時用萬用表分別測量火線、零線對地電壓情況；若零線對地電壓與火線相等，此時可能發生串回路或零線火線絕緣破壞，斷開上一級開關，使用絕緣電阻測試儀測量絕緣情況，處理或更換后重新合閘測試。

（4）若單相供電線路漏電保護器未跳閘，測量火線、零線間電壓為零，零線對地電壓為220 V，此時可能是零線斷裂，此時立即斷開漏電保護器開關，逐級查詢電路，用絕緣電阻測試儀分段查詢零線接地情況，找出故障點處，待零線絕緣、接地電阻合格后，合上漏電保護器重新測試。

4.2 用電設備工作異常

（1）分別測試每相電壓，觀察三相電壓是否平衡，若出現某相電壓遠高于正常電壓，檢查零線是否出現帶電情況，若零線帶電情況，立即斷開裝置電源，檢查零線對地電阻，若零線斷線，用絕緣電阻測試儀分段查詢零線接地情況，找出故障點處，測量接地電阻合格后，合上裝置電源，并重新測試三相電壓。

（2）若零線對地絕緣電阻合格，零線對地電壓不等于零，此時斷開總電源，用萬用表檢查零線與接地極之間的接觸電阻，若接觸電阻過大，檢查連接處是否存在虛接等情況，用接地電阻測試儀檢查接地電阻是否合適，若接地電阻過大，檢查其與接地網的連接是否遭到破壞，排除故障后重新測試，若土壤導電率不合格此時可加入降阻劑，或增加接地體的埋設。

（3）若用電設備三相電壓均偏低，用電裝置工作異常，此時斷開漏電保護器開關，檢進線側電壓是否正常，若進線側電壓偏低則檢查變壓器進線端電壓是否正常，若變壓器進線端電壓正常輸出端電壓顯示偏低，此時可能是變壓器運行擋位選擇不合適，斷開10 kV 電源進線，調整變壓器分接擋位，觀察低壓側電壓正常后逐級送電；若變壓器低壓側輸出電壓，此時可能是電纜型號選用不合適或是供電線路過長，此時可調整變壓器安裝位置，使變壓器盡量靠近施工區，或選用銅制電纜，增加電纜截面積，處理完成后重新測試。

4.3 三相電機相序接反

（1）三相電機相序接反后會導致電機反轉，若不及時解決，將可能發生過載、短路現象，產生大量熱量，嚴重損毀用電設備。

（2）接線前先用相序表測量電壓相序為正相序，若電壓相序為逆相序，檢查線路接線情況，更改接線，待相序檢查無誤后再送電，相序圖見圖6。

圖6 電壓相序向量圖

5 結語

工程建設中臨時用電布置前，要不斷深化切實做好臨時用電規劃，根據項目情況編制符合施工現場的臨時用電施工組織計劃，合理選用變壓器等供電設備，用電設備盡可能做到三相負載平衡，施工前做好安全技術交底，并由專業人員接線、試驗合格后投入使用；加強日常用電巡檢，記錄三相電壓、電流情況，特別是用電高峰期，負載不平衡將導致零線電流過大，零線損壞的情況時有發生；做好施工臨時用電管理，供電發生異常時，能快速準確的解決故障，保證施工現場供電正常。

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