摘 要: 通过三例电力现场实践运行经验介绍了三相四线制供配电系统零线断线和接触不良引起的故障现象。分析了零线故障的成因。指出了TN - C 系统中零线故障预防的措施, 说明了零线安装、运行和维护工作中的注意事项。

0 引言

现阶段, 国内低压供配电系统广泛采用的是三相四线制运行方案。这种系统也称为TN - C 系统。由于零线的存在, 在TN - C 供电系统中, 不论三相负荷平衡与否, 各相负载的相电压恒等于电源的相电压,与负荷的变化无关, 负载端电压保持三相对称状态。任一相的相线(火线) 发生断路时, 对其他相均无影响。三相电源各自独立工作, 互不影响。三相负荷对称时, 零线上的电流为零; 三相负荷不对称时, 零线上流过三相不对称电流, 此时, 零线是不对称三相电流流过的通道。如果零线发生断路(阻抗增大)故障, 这部分不对称电流将通过其他的相线构成回路, 则三组相线的向量图中的平衡点(中性点)就将产生变化, 即中性点偏移(零点偏移) , 致使三相电压不平衡。在电压过高的相, 设备绝缘击穿, 烧毁设备; 在电压过低的相, 设备不能正常工作。同时, 原有的部分中性线也对于大地(零电位)有相对的电位差, 当该电压高于AC30 V 时, 将使人产生触电感知。

1 生产故障现象3例

故障1 2006年, 某工厂一台机床的电磁阀出现抖动不能正常吸合故障, 现场维修人员反复更换电磁阀不能解决问题。而现场静态(不操作吸合按钮)测量吸引线圈所在控制回路电压, 为正常值。检查电磁阀正常。

故障2 2002年, 某服装加工车间不定时出现水管(钢管)有电击感觉。现场检查, 有时能够测量出金属水管对地交流80 V 左右的电压, 有时没有。

故障3 1994年, 在某大型企业的一个独立生活区, 发生了区域的职工宿舍家电同时损坏事件, 所有的损坏家电均表现为进线变压器烧毁。

2 故障分析与处理方法

故障1 ( 1)分析: 合上电磁阀吸合按钮, 在阀体上测量吸引线圈电压, 为AC110 V; 电磁阀的额定励磁电压为AC220 V, 与图纸资料相符。断开电磁阀,测量控制回路电压仍为AC220 V。确定为零线故障。查线路发现电磁阀所在控制回路零线在连接处接触不良, 零线上电阻增大, 致使电磁阀励磁电压降低, 不能正常工作。当控制回路开路时, 零线上没有电流流过, 测量空载电压是正常的。

( 2)处理: 紧固零线连接端子, 试车, 正常。

故障2 ( 1) 分析: 综合分析该车间水管出现危险电位的时段, 在该厂房和相邻用电单位进行排查,发现该危险电压与相邻的招待所新装修的顶棚灯具相关。其中某一个装饰灯开启后零线上有电位, 增高为危险电压。所以, 该故障为灯具零线安装不当所致。此处在装修时, 直接将该灯具的零线接在了与水管连接的金属框架上, 而非公共零线端子。

( 2)处理: 将灯具的零线接在公共零线端子, 保证其接地电阻值。故障排除。

故障3 ( 1)分析: 查故障为零线断线。原因为该生活区家电种类和容量增多, 而电线线径没有增加, 因三相不平衡加剧, 造成零线长期过负荷运行, 最终零线断路。

( 2)处理: 进行线路改造, 按照计算负荷(考虑后期发展的新增负荷)加粗供电导线, 零线与相线同材料、同截面。运行至今该区供电线路正常。

3 理论分析

做以下分析, 可以了解零线断线或者接触不良所引起的电压变化, 找到分析故障的理论依据。图1是三相四线制供电系统的示意图。

图1中, 电源电压三相对称, 即使在三相负载不对称的情况下, 三相负荷在每一相所得到的电压仍然是对称的。O点与N 点等电位, 负荷电压等于电源电压与中性线上的电压的向量差, 即:

UAO = UAN - UNO ( 1)

UBO = UBN - UNO ( 2)

UCO = UCN - UNO ( 3)

- UN O = IN *ZN ( 4)

式中

ZN ——零线上的阻抗, 通常为零;

IN——零线上的电流;

U——各部分的电压相量。

三相负荷平衡时, 零线上没有电流流过, 这就是通常所说的零线可以按照相线的1 /2 ~ 1 /3选择截面的原因。

三相负荷不平衡时, 零线上流过三相不平衡电流; 两相空载时, 零线上的电流等于相线上的电流, 零线与相线的截面应该相等, 否则, 将造成零线绝缘老化甚至烧毁的事故。