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三相四线制中零线带电原因分析及预防


三相四线制中零线带电原因 三相四线制中零线带电原因 分析及预防
【摘要 摘要】 摘要 零线在电气系统运行中起着非常重要的作用,零线带电将会严重威

胁系统的安全运行。本文就零线带电原因进行了仔细分析,并简要指出预防措施。

关键词

零线

中点位移

不对称电路

三相四线制

在生活区箱变及配电室中,变压器均采用直接接地,零线与 大地同电位,一般情况下,零线不带电,在三相四线制供电线路 中,由于有了零线(中性线) ,所以不论三相负荷是否平衡,负载 各相电压始终是相等的, 均在220V 左右, 因此家用电器在正常电 压下工作是安全可靠的。但是,在某些情况下,零线上会出现危险 的电压,在过去的几年中,生活区曾发生过多起家用电器烧坏事 故,给用户造成上千元的经济损失。那么,零线上为什么会出现电 压呢?究竟该怎样预防呢?下面就这个问题做一具体分析。 1. 零线带电原因 1.1 三相负荷严重不平衡 在生活区中,由于单相负荷较多,所以电源侧的三相负荷 就不可能平衡,此时,零线(中性线)便有较大的电流流过,变 压器中性点工作接地处虽然电压为零,但离中性点越远的的零线 上,零线越长,其阻抗越大,电压也就越高,此时,如果有人靠 近负荷侧的零线上,就有可能导致触电,发生触电事故。 1.2 零线断路或接触不良

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在通常情况下,在负载为三相负荷时,三相电路基本是平衡 的,这种电路称为对称电路。但是在生活区中,由于大部分民用 负荷均为单相负荷,所以由变压器送出的 ABC 三相线路上的负 荷是不平衡的,有的相负载轻,有的相负载重,这种电路称为不 对称三相电路。例如,对称三相电路的某一条端线断开,或某一 相负载发生短跑或开路,它就失去了对称性,成为不对称电路。 图1所示的 Y-Y 连接电路中三相电源是对称的,但负载不对 称。当开关 S 打开(即不接中线)时,由于负载不对称,一般情 况下,UNN`≠0,即 N 和 N`点电位不同。从图中可看出,N 和 N`重 合,这一现象称为中点位移,也称之为零点漂移。当位移较大时, 会造成负载端的电压严重不对称,从而使负载的工作不正常。 由于在零线断路或接触不良时,便会出现负荷侧的中性点电

UA

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Zc UB UBN S 图1 不对称三相电路

位漂移的情况。此时零线上会出现危险的电压,负荷最轻的一相 电压升高,从而使该相上负荷先烧毁,从而进一步加剧三相负载 的不平衡,以致变成了两相供电的情况。这时两相负荷电压由相
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电压变为线电压,接着负荷次轻相接着烧毁,最后只剩下负荷最 重的一相设备不被烧坏。为防止这种现象,就要经常进行检查, 当发三相电路中某些灯很亮,有的发暗,甚至发生电灯“群爆” 现象,说明零线断路,应立即断开电源开关,防止事故的扩大。 1.3 三相电源不对称 三相电源不对称的现象,就生活区来说,主要有以下几种, 如变压器分接开关接触不良, 一般情况下, 变压器在投入运行前, 分接开关已调至合适档位,不需要调整。但在某些情况下,如分 接开关经常调整,就有可能造成接触不良。 另外一种情况是变压器高压某相熔丝熔断。在生活区变配电 室中,目前高压侧均采用 FN3型负荷开关,这种开关和高压熔断 器配合使用。低压侧采用 DW 型万能断路器,所以在负荷侧出现 故障时,如低压保护拒动,或变压器内部出现故障时,都会导至 高压熔丝熔断; 还有一种是电缆断相。断相后,其它两相或一相运行,所有 这些情况,都会使三相电源不对称,从而使零线上产生危险的电 压。 1.4 零线接地不良 由于生活区变压器中性点均采用直接接地,所以必须对接地 线经常进行检查。在接地连接不良时,接地装置接地电阻过大, 或接地线因腐蚀断开后,在一定条件下,都能使零线电位大大升 高。例如,当零线断开后,若另一相发生接地,此时,零线对地

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电压将升至220V,甚至更高,将会严重威胁设备和人身的安全。 1.5 电容传递 在某些情况下,虽然低压线路已断开电源,但由于零线与变 压器不断开,此时,高压电源就可能通过变压器高.低压绕组间的 电容传递到零线上,要是零线接地不良或断开,则零线上就可能 出现数千伏的高压。 1.6 相线接地

L1 L2 L3 N R0 Rd

图2

发生单相接地时

当设备或线路绝缘损坏,发生相线接地短路故障时,由于变 压器的中性点有一定的接地电阻(要求电阻在4Ω以下,先设 R0 =4) ,和相线接地处也有一定的接地电阻(该处电阻一般较大, 为计算方便,也设为 R0=4Ω) , 则短路电流为: I=U0/(R0+Rd)=220V/(4+4)Ω=27.5A 若保险丝熔断电流大于27.5A,则保险不会熔断,系统中的 接地故障将一直存在,短路电流流过 R0,Rd 时,产生电压降: U0=IdR0=27.5*4Ω=110V
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Ud=IdRd=27.5*4Ω=110V 即零线对地电压将上至110V,故障相对地电压下降110V, 而正常相对地电压大大高于相电压。 2、零线带电的预防 2.1 三相负荷尽可能保持平衡: 无论主干线或分支线的负荷,不平衡程度都不宜超过20%, 否则电压损失及功率损失会大大增加。 2.2 零线与变压器中性点的连接必须牢固可靠 如果零线为铝线,连接时更应该认真,在线径超过16mm2 时,铝线应经铝接线端子进行压接,以确保中性线的导电良好。 然后与中性点接线端子连接,避免铝线用缠绕法压接在中性点 接地螺栓上。因铝线的表面极易因氧化或腐蚀而不导电。 2.3 严禁在三相四线制回路的中性点装设熔断器 可防止熔断器因种种原因熔断形成“断零” 。否则接在电路 上的单相电器可能因电压过高而烧坏,或电压过低而发挥不了 作用。所以零线上不得安装开关及熔断器,但是单相供电线路 的零线上必须装设熔断器,这是因为零线只起到工作作用,应 同时在相线和零线上装设双极刀开关和熔断器。如果当外线路 检修,将相线和零线互相接错时,线路上的熔断器仍起保护作 用。若只在相线上装设熔断器,这时相线已变成零线,当发生 接地故障时,短路电流不通过保险丝,故障将一直存在,给系 统带来威胁。

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2.4

中性点的接地电阻必须合格

接地电阻应符合要求。每年利用电气春秋检时间,对所有变 压器接电阻进行检查和测量(100KV 及以上的变压器应不大于4 Ω,100KV 以下的变压器应不大于10Ω) 同时加强对零线的维护 , 和保养工作, 定期检查和紧固变压器中性点螺栓, 防止零线接触 不良。 2.5 应保证零线有足够的截面积和强度 一般不小于相线截面积的50%,通常为相线截面积的60%左 右,并应满足机械强度的要求。零线上应避免有接头。无法避 免时,应认真按照工艺要求连接牢固。 2.6 零线进入开关箱处设重复接地 重复接地电阻不得小于10Ω。如图所示,在没有重复接地的 情况下,断开处后方的零线及其上所有的接零设备对地电压为:

L1 L2 L3 N RL RP RN RN RC RP N RL

L1 L2 L3

图3 零线断线和不平衡负载
UE=RP/(RN+RP+RL)*U 人体电阻和负载电阻; 式中, N、 P 和 RL 分别是工作接在电阻、 R R U 为相电压。如已知 U=220V, RN =4Ω、RP=1500Ω、RL=484Ω
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(额定功率为400W) ,根据上式可求出 UE=166V。电击危险比 较大。而且不平衡负荷越大,故障电压越高,所以电击危险性 也就越大。 在有重复接地的情况下, 断开处后方的零线及其上所有的接 零设备对地电压为: UE=RC/(RN+RC+RL)*U 式中, RC 为重复接地电阻。如已知 RC=10Ω,其它条件不变 的情况下,根据上式可得故障电压为 UE=4.4V。可以看出,故 障电压大幅度降低,触电的危险大大减小或消除。 2.7 相线和中性线要正确连接,避免接错 若将相线与零线相互接错,单相用电设备电压就会升高至 380V,导致设备烧坏。生活区有个别用户,为了达到窃电的目 的,从楼道将照明用相线引至室内。这样,在本层总零线烧断 的情况下,若不是同一相电源,此时的相电压就会变为线电压, 将直接加在负荷两端,导致设备烧坏。三相四线制负荷,特别 是电动机,在相线和零线接错的情况下,也会因为缺相导致电 机转矩减小,甚至可能烧坏。 2.8 在中性线上尽量减少线路端子连接和接头, 并尽量少串入开 关和触头,以防止因接触不良而增加“断零”的危险。 总之,在三相四线制的线路中,零线带电危害非常大,经 常会导致人身及设备事故。特别是在生活区中,变压器引出线 均为三相四线制,负荷偏相比较严重。为避免事故的发生,就

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要经常对零线进行检查,同时在各进户端进行重复接地,另外 可采用漏电保护型空开,这样在零线断路的情况下,空开会自 动跳闸,尽可能确保设备和人身的安全,以保证生活区的正常 稳定用电。

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