梁振剛

（廣東電網(wǎng)公司佛山供電局,佛山 三水,528100）

0 引言

我國的供電系統(tǒng)中，低壓供電主要以三相四線為主，為用電負(fù)荷提供220V和380V的穩(wěn)壓，負(fù)載按額定電壓分為單相和三相。這種方式的零線在用電安全上的作用很關(guān)鍵,如果零線斷路,將引起嚴(yán)重的用電安全問題。

1 零線斷路引起的電路變化分析

1.1 零線正常運(yùn)行

圖1是低壓三相四線制電力裝置，如果電源是三相對稱，三相電源以及三相負(fù)載全部是星型接線，也就是Y-Y體系。普通工作時(shí)，UNN=0，A、B、C每相的電壓相等，額定電壓是220伏特，如果三相負(fù)載對稱，中線內(nèi)的沒有電流通過，如果三相負(fù)載不對稱，中性線內(nèi)的電流不為零。

1.2 單相零線斷開

電源零線斷開如圖1所示，如果在位置（1）斷開，那么導(dǎo)致C相負(fù)載單相零線斷開，此刻對A、B兩相負(fù)載不會(huì)產(chǎn)生作用，當(dāng)C相負(fù)載斷開時(shí)，令Uc=Uc′,Ucc=0,也就是說C相負(fù)載中不存在電壓，然而Rc對地電壓一般是相電壓220伏特，可以用儀表進(jìn)行檢測，如果Rc是白熾燈，那么電燈沒有電流通過，所以，如果電燈無法開啟并且接端口還存在電流，那么一定是零線斷開了。

1.3 兩相零線斷開

如圖1所示，如果在位置（2）斷開，那么會(huì)導(dǎo)致B、C兩相零線斷開，這時(shí)，A相一般可以工作，B、C兩相負(fù)載相串聯(lián)在線電壓Ubc=380伏特。此刻如果Rb與Rc相等，也就是兩相負(fù)載相同那么各項(xiàng)承受190V=380V/2電壓,比額定電壓220V低30V,勢必會(huì)影響正常用電。然而，實(shí)際上各相負(fù)載在某一時(shí)間內(nèi)是不相同的，如果Rb等于Rc的一半，且為純電阻負(fù)載，那么兩相負(fù)載電壓有效值分別為：

圖2 二相零線斷路向量圖

上面結(jié)果表明, B、C兩相電壓均產(chǎn)生了偏差，與額定的220V不符。同時(shí)兩相負(fù)載偏差的大小直接影響相電壓偏差的大小，導(dǎo)致B、C兩相使用者產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

假設(shè)1:當(dāng)兩相照明支線回路上負(fù)載特性等同但容量不同時(shí)

在L1相支路中運(yùn)行150W白熾燈，在L2相支線中運(yùn)行25W白熾燈，同時(shí)使用一條零線，通常會(huì)正常工作，可是當(dāng)零線斷開時(shí)，在斷開之后相關(guān)白熾燈的電壓為多少呢？

第一,求150W白熾燈電阻:R150=U2/P150=2202/150=322Ω;

25W白熾燈電阻:R25=U2/P25=2202/25=1936Ω;

由于零線斷路后兩燈為串聯(lián),其串聯(lián)電阻:R=R150+R25=322+1936=2258Ω;

已知串聯(lián)燈兩端電壓:U=380V;那么串聯(lián)回路的電流:I=U/R=380/2258=0.168A;

150W白熾燈所承受的電壓:U150=I·R150=0.168×322=54 V;

25W白熾燈所承受的電壓:U25=I·R25=0.168×1936=325 V;

然后通過能量分析進(jìn)行對比，在150W與25W內(nèi)的功率也存在很大的差異，150W白熾燈的功率是：

P150=U150·I=54×0.168=9.07 W;

25W燈上功率為:P25=U25·I=325×0.168=54 W。

由上面的運(yùn)算顯示，當(dāng)零線斷開時(shí)，150W白熾燈內(nèi)的電壓還沒有額定電壓的1/4，但25W白熾燈內(nèi)的電壓卻是額定電壓的1.5倍，明顯此刻150W白熾燈不會(huì)發(fā)光，并且25W的白熾燈由于承載的電壓過高、電流過強(qiáng)、功率過高，自然會(huì)直接燒壞。

假設(shè)2：如果兩相燈泡支路電路中容積相同，而負(fù)載特性不一樣時(shí)

在L1相支路中連入40W的白熾燈，在L2相支路中連入40W熒光燈，同時(shí)使用一條零線，如我們所知，熒光燈線路是有感線路，它的功率因數(shù)過小，當(dāng)熒光燈線路的功率系數(shù)是0.5時(shí)，那么回路的電流以及阻抗是：

熒光燈自身等同于純電阻，鎮(zhèn)流器等同于純電感，其線路內(nèi)流動(dòng)的電流時(shí)0.4A，那么燈管中承載的電壓Ur為100伏特。

按照功率三角形，鎮(zhèn)流器內(nèi)承載的電壓值為：

由此可得鎮(zhèn)流器的感抗為：XL40=UL/I=1960/4=490Ω

因此熒光燈線路內(nèi)電阻值是：

40W白熾燈電阻為:R40’=U2/P40=2202/40=1210Ω

如果零線斷開，那么連接L1、L2兩相的電阻值為：

串聯(lián)回路電流:I=U/Z=380/1641=0.232A

此時(shí)40W白熾燈所承受的電壓:U40’=I·R=0.232×1210=281V

職業(yè)拳賽更像一個(gè)名利場，圈子的中心就是那些明星職業(yè)拳手。菲律賓拳王帕圭奧每場比賽收入1.7億元人民幣、“漂亮男孩”梅威瑟巔峰時(shí)期單場進(jìn)賬1.95億元人民幣。但現(xiàn)在談?wù)撪u市明的錢景還為時(shí)過早。一場賽事的收入依靠門票、轉(zhuǎn)播權(quán)、廣告贊助和授權(quán)產(chǎn)品，但在中國，根據(jù)李勝的經(jīng)驗(yàn)，除了廣告贊助外，其他基本可忽略不計(jì)?！皼]讓你給錢播比賽，已經(jīng)是一件很好的事了?！?/p>

40W熒光燈所承受的電壓:U40=I·Z40=0.232×606=141V

上述可知，40W白熾燈中承載的電壓太高，會(huì)造成電燈的損壞，而40W的熒光燈則不能工作。

可以得出，兩個(gè)單相電路共用零線只可在負(fù)載特性、容積基本相同的狀況下才會(huì)正常工作。如果純電阻負(fù)載比例小于1.73，零線斷開之后，小負(fù)載斷面承載的電壓低于250V會(huì)導(dǎo)致電器縮短使用時(shí)間，如果純電感負(fù)載與純電阻負(fù)荷之比在0.4～0.7時(shí)，電感特性負(fù)載不能正常工作，阻性負(fù)載并且使用周期縮小，從而造成電器的損壞。

如果功率系數(shù)不相等，功率比例也不相等，那么它的結(jié)果同樣會(huì)不同，三相電燈支路電路共用零線以及兩相照明支路電路共用零線的分析類似。綜上所述，兩相照明支線回路上共用零線的做法不可取。

1.4 三相零線斷開

如圖1所示，如果位置（3）也就是NN′斷開，那么三相零線全部斷開，此刻假如三相負(fù)載對稱，也就是說Ra、Rb、Rc相等，那么負(fù)載中間值N′接地不存在電壓，對使用者來說沒有影響。假如三相負(fù)載非對稱，那么中間值N′接地存在電壓，按照節(jié)點(diǎn)電壓法可知：

很明顯,中性點(diǎn)N′對地電壓高達(dá)63V。負(fù)載各相電壓是非對稱的，造成一部分相電壓比正常的電壓值要高，一部分相電壓比正常的電壓值要低，并且和正常的電壓差異很大，這一定會(huì)對負(fù)載帶來負(fù)面的影響，是不可取的。

圖3 三相零線斷路向量圖

圖4 三相零線斷路向量圖(2)

圖4 三相零線斷路向量圖(2) 假如零線的斷面N′和相線連接，若N′端和A相相線短路，此刻Uaa為零，Ubb為380V，B、C兩相會(huì)承載線電壓這樣容易造成故障。所以如果察覺到三相電壓非對稱，那么就應(yīng)該立刻檢驗(yàn)零線的運(yùn)行狀況，從而快速的找出錯(cuò)誤的位置。

2 零線斷路引發(fā)的典型事故案例

3 零線斷路的原因分析及相應(yīng)的預(yù)防

3.1 零線斷路的主要原因

3.1.1 零線機(jī)械強(qiáng)度不夠造成斷路

通常由于零線電流小，導(dǎo)線的截面積相對較小，機(jī)械強(qiáng)度自然就小。

3.1.2 零線連接松動(dòng)導(dǎo)致接觸電阻過大產(chǎn)生過熱現(xiàn)象

遇氧反應(yīng)：位于接點(diǎn)處的導(dǎo)線接觸面是無法完全封閉的，因此該處導(dǎo)線表面時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行氧化反應(yīng)。

電化學(xué)腐蝕：當(dāng)周圍濕度達(dá)到一定值時(shí)，接口處的連接處會(huì)極化，導(dǎo)致接點(diǎn)位置電阻過大。

金屬蠕變性：因連接處受晃動(dòng)、拉扯或者熱脹冷縮等外部因素作用下，會(huì)發(fā)生金屬蠕變,使得導(dǎo)線之間的作用力減少,造成接觸電阻過大。

人為因素：這部分因素多表現(xiàn)為接線點(diǎn)纏繞不緊密、接口部位松動(dòng)等使用不當(dāng)。因接觸不良導(dǎo)致接點(diǎn)不牢固從而引發(fā)的火災(zāi)大多數(shù)要?dú)w結(jié)為人為因素。

3.2 斷零火災(zāi)的預(yù)防措施

3.2.1 加強(qiáng)對供電線路上零線接線頭的檢查。

3.2.2 安裝維修時(shí)選擇有資質(zhì)的施工單位和合格的產(chǎn)品。

3.2.3 零線截面與相線要一致。

3.2.4 不使用的電器及時(shí)斷開電源,需要長期通電的電器采用穩(wěn)壓電源。

3.2.5 相線和零線要有不同顏色區(qū)分，方便日后的維護(hù)和故障查找。

4 總結(jié)

從上述分析可知，在低壓系統(tǒng)中零線的安全運(yùn)行尤為重要，首先它是對稱及不對稱三相負(fù)載的相電壓對稱的保障；其次，如遇異常，它能減小相對地的電壓。為保證人身和設(shè)備的安全，在電氣回路中禁止零線開路，不允許采用熔斷保護(hù)方式，要采用機(jī)械強(qiáng)度較高的導(dǎo)線作為零線,其接地電阻要符合要求,并一定要采取重復(fù)接地方式。

[1]周林.易強(qiáng).秦梅.周小軍等，不對稱三相四線制系統(tǒng)有害電流的檢測方法，重慶大學(xué)學(xué)報(bào).2002.

[2]王相君，田優(yōu)文，劉景貴等，三相四線制供電系統(tǒng)的線損分算與求和法，電力需求側(cè)管理, 2004