任安壯 王志強(qiáng) 全 剛

（63623部隊(duì)，甘肅 酒泉732750）

0 引言

變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)直接接地稱(chēng)為工作接地，由于中性點(diǎn)與大地零電位連接，因此，引出的中性線稱(chēng)為零線［1］。在交流低壓配電網(wǎng)中，我國(guó)一般都采用AC380／220 V三相四線制，變壓器中性點(diǎn)采用TC系統(tǒng)直接接地，即用3根火線供380 V動(dòng)力電，零線和其中一根火線供220 V單相電［2］。零線的主要作用是流通三相負(fù)載不平衡電流。在這種低壓供電系統(tǒng)中，一旦發(fā)生零線中斷，就會(huì)造成電力系統(tǒng)中性點(diǎn)偏移，而中斷位置不同，會(huì)產(chǎn)生不同的后果，一般有：（1）造成斷線停電；（2）電燒毀設(shè)備和造成人身事故；（3）因局部原因?qū)е麓竺娣e隱患事故［3］。

在實(shí)際工作生活中，零線中斷經(jīng)常導(dǎo)致設(shè)備、附屬用電設(shè)施等損壞，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。總之，零線中斷是個(gè)事故狀態(tài)，危害較大，應(yīng)該盡量防止其發(fā)生。本文著重分析了零線中斷引起單相用電設(shè)備燒壞的危害，并提出了消除零線中斷危害的防范措施。

1 零線中斷的危害及其原理分析

在三相四線制供電系統(tǒng)中，零線的主要作用包括以下幾個(gè)方面：（1）在三相負(fù)載不平衡的情況下，零線導(dǎo)通，不平衡電流流回中性點(diǎn)，從而使供電系統(tǒng)的線電壓、相電壓基本保持平衡。（2）當(dāng)保護(hù)接零的電氣設(shè)備絕緣損壞發(fā)生碰殼時(shí)，短路電流將通過(guò)零線構(gòu)成回路，由于零線阻抗較小，所以短路電流將很大，促使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作以斷開(kāi)電源，從而起到保護(hù)作用。（3）零線也是單相220 V電氣設(shè)備的電源回路［4］。根據(jù)電力原理可知，在380 V、220 V的三相四線制中，因?yàn)橛辛肆憔€，所以不論三相負(fù)載平衡與否，負(fù)載各項(xiàng)電壓與相應(yīng)的電源各相電壓相等，均為220 V，因而是安全可靠的［5］。但是，一旦零線中斷，便會(huì)造成三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡，從而引起供電事故。

下面就實(shí)踐中具有代表性的3種零線中斷的情況進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 零線在不同處中斷電路圖

（1）零線在K1處中斷時(shí)。從圖1可知，接在a、b兩點(diǎn)之間的負(fù)載由于零線中斷，形不成電流通路，從而造成設(shè)備停電，不能正常工作。

（2）零線在K2處中斷時(shí)。從圖1可知，接在a、b兩點(diǎn)之間的負(fù)載不受影響，但接在c、d兩點(diǎn)和e、f兩點(diǎn)之間的負(fù)載就不同了，其等效電路圖如圖2所示。

圖2 零線在K2處中斷時(shí)等效電路圖

從圖2可知，負(fù)載Rcd、Ref串聯(lián)后接于一單相380 V回路，根據(jù)串聯(lián)電路可知：

其中，Uce＝380 V，當(dāng)Rcd＝Ref時(shí)，則IRcd＝IRef，得：

當(dāng)Rcd＞＞Ref時(shí)，則Ucd＞＞Uef，即Ucd≈380 V；反之，則Uef≈380 V。由此可得：當(dāng)兩相負(fù)載相差懸殊時(shí)，阻值大的一相電壓將超過(guò)220 V，甚至接近線電壓380 V，會(huì)導(dǎo)致該相負(fù)載燒壞或壽命縮短。

（3）零線在K3處中斷時(shí)。從圖1可知，b、d、f將接于一點(diǎn)，設(shè)為O點(diǎn)，其等效電路如圖3所示。

圖3 零線在K3處中斷時(shí)等效電路圖

電源中性點(diǎn)O′和負(fù)載中性點(diǎn)O之間的電壓為UO′O，根據(jù)節(jié)點(diǎn)法可得出如下算式：

當(dāng)三相負(fù)載相等時(shí)，即Rab＝Rcd＝Ref，得UO′O＝0，由此得知：各項(xiàng)負(fù)載承受電壓均為正常工作電壓220 V。當(dāng)負(fù)載不平衡時(shí)，即Rab≠Rcd≠Ref，則UO′O≠0，這就使得加在各相負(fù)載上的電壓不平衡。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，分析時(shí)做如下假定：1）電源三相電壓平衡且E·A＝E∠0°、E·B＝E∠－120°、E·C＝E∠－240°；2）A相負(fù)載為R，B相和C相負(fù)載相等，均為kR（k為不平衡系數(shù)）。于是有：

A、B、C各相負(fù)載的相電壓可計(jì)算如下：

各相電壓峰值分別為：

從上列各式可知，負(fù)載電壓的不平衡主要由不平衡系數(shù)k決定，如表1所示。

表1 特定k值下各相電壓峰值變化情況

從表中可以看出，對(duì)應(yīng)于不同的k，UO′O在E／2～0～E范圍內(nèi)變化，如圖4所示，其值在向量AD線上變化。各相負(fù)載電壓可分別升到接近1.5倍A相電壓或B和C相電壓。

圖4 不同k值對(duì)應(yīng)電壓范圍向量圖

通過(guò)理論計(jì)算和分析可得如下結(jié)論：在三相四線制電網(wǎng)中，零線中斷以后，由于負(fù)載不平衡，負(fù)載阻抗值最大相的相電壓將升高到接近線電壓值，導(dǎo)致該相負(fù)載過(guò)電壓燒壞或壽命縮短。

2 防范措施

2.1 妥善選用零線，合理分配負(fù)載

在實(shí)際工作中，有些人總認(rèn)為零線沒(méi)有相線那么重要，對(duì)零線處理比較隨意。例如用非常破舊、接頭很多、截面很小的導(dǎo)線做零線，零線之間或零線與設(shè)備之間的連接不按要求施工等，這些都是十分錯(cuò)誤的做法。事實(shí)表明，規(guī)程規(guī)定的“零線截面不得小于相線截面的50%，正常時(shí)零線上不平衡電流不得超過(guò)相線額定電流的25%，零線上不得安裝開(kāi)關(guān)、熔斷器等”是十分重要的。所以在設(shè)計(jì)和施工中，首先要妥善選擇零線的線材和規(guī)格，提高線路敷設(shè)和導(dǎo)線連接質(zhì)量，使它具有一定的熱承受能力、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能；其次要合理分配負(fù)載，即盡量使三相用電設(shè)備負(fù)載合理地分配在三相上，使零線中流通的負(fù)載不平衡電流符合規(guī)定。

2.2 重復(fù)接地防范措施

防范零線中斷現(xiàn)在常采用重復(fù)接地的措施，所謂重復(fù)接地就是將零線上的一處或多處通過(guò)接地裝置與大地再次連接。

我國(guó)電力設(shè)備接地的一般要求如下：在三相四線制、變壓器中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，除零線在電源處接地外，在架空線路的干線和分支線的終端及沿線每1 km處零線應(yīng)重復(fù)接地。在電纜和架空線引入車(chē)間機(jī)房或大型建筑物處零線應(yīng)重復(fù)接地（但距離地點(diǎn)不超過(guò)50 m的除外），或在屋內(nèi)將零線和配電屏、控制屏的接地裝置相連接。為什么零線要盡可能多處接地？因?yàn)橥ㄟ^(guò)零線的重復(fù)接地，當(dāng)工作零線中斷時(shí)，電流可通過(guò)接地而散失。其原理如圖5所示。

圖5 零線重復(fù)接地原理圖

2.3 安全組織措施

一般來(lái)說(shuō)，發(fā)生電業(yè)安全事故的共同原因是組織措施不健全和安全技術(shù)措施不完善，而組織措施與工作人員的主觀能動(dòng)性、積極性有更為密切的關(guān)系，從這一方面看，組織措施比技術(shù)措施更為重要。所以要嚴(yán)格執(zhí)行電業(yè)安全規(guī)程，對(duì)低壓線路進(jìn)行定期檢查，檢查線路的連接質(zhì)量、磨損程度。對(duì)于變壓器的中性點(diǎn)接地線應(yīng)進(jìn)行重復(fù)接地，并定期測(cè)試其接地電阻；同時(shí)測(cè)量三相負(fù)載的不平衡度，對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。要定期組織人員對(duì)全線路進(jìn)行巡視，重點(diǎn)是零線接頭處，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的要及時(shí)解決，以消除事故隱患，確保供電的安全可靠。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前對(duì)低壓供電線路零線中斷采取的防范措施還只停留在減輕對(duì)用電設(shè)備的危害上，而采用更先進(jìn)的保護(hù)電器，即零線中斷的同時(shí)斷開(kāi)三相電源以使設(shè)備不受任何影響，還值得大家進(jìn)一步研究探討。

［1］幸志文.三相四線制低壓供電系統(tǒng)零線斷路造成危險(xiǎn)及預(yù)防措施［J］.科技信息，2012（34）

［2］李水平，胡少華.電力系統(tǒng)故障的預(yù)防措施［J］.科技風(fēng)，2012（13）

［3］羅留濤，胡保有.低壓供電系統(tǒng)零線斷路的危害及預(yù)防［J］.科學(xué)與財(cái)富，2014（9）

［4］梁振剛.三相四線供電系統(tǒng)中零線引發(fā)的問(wèn)題分析［J］.電子測(cè)試，2013（18）

［5］戴文雯.電工實(shí)驗(yàn)教學(xué)用電安全分析與防范［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013（3）