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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

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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

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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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