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一起由“工作零线开路”引发的事故原因分析与对策

刘强

摘 要： 在我国现有的三相四线制或三相五线制供电系统中，由于三相负载分配不均造成三相电严重不平衡，遇上工作中性线（零线）开路时，造成人身伤害和多台仪器烧毁等事故时有发生，造成了不必要的损失。在生产和生活中，零线的可靠与否是系统运行的关键，本文从零线开路引起的故障现象入手，通过数据计算分析和实验研究查找出引起故障的原因，采取切实可行的措施，保证系统中零线的良好运行，避免中性点偏移而引发供电事故。
關键词：零线开路 三相不对称电路 中性点偏移[1]
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引言
某办公楼相继因电源故障引起多台电器严重损坏。经测量电源电压很不正常，究其原因是因该楼配电箱工作总中性线（零线）烧断引起的[2]。
在现有的供电系统中，相线在变压器副边接为星形接法，其中中性点引出的线即为中性线，该中性点在变电所做可靠接地，线路中共用零线的可靠运行与否是系统安全运行的关键。在生产和生活中，工作零线常出现开路现象， 发生中性点偏移使单相电器设备承受超过300V 以上的电压，有的电源插座电压只有几十伏，造成人身伤亡和设备故障，给企业和家庭带来经济损失。本文以引发的事故为例，进行详细的数据计算分析和实验研究，找出事故原因，提一些预防措施，以保证系统中共用零线的良好运行。
一、事故原因分析
1.建立事故电路模型
低压配电网络的运行情况十分复杂，为了简化模型，便于分析计算，将变压器的内阻抗和传输线路的阻抗均忽略不计，建立三相不对称等效电路如图1所示。
图中，EA、EB、EC分别表示变压器三相对称相电势；ZA、ZB、ZC分别表示用户端三相负载阻抗；N表示变压器的中性点；N'表示用户端的中性点，由节点电压求解法可得：
从上式可以看出，当负载ZA、ZB、ZC不对称时，即使电源的电动势EA、EB、EC是对称的，那么也使UN-N≠0，即N点和N'点电位不相同，因而使得各相负载的UA-N=EA-UN-N ， UB-N=EB-UN-N， UC-N=EC-UN-N也变得不对称。
2.电路模型分析与数据计算
图2所示的对称Y—Y三相电路，由于三相布线及用电设备配置不合理，使三相负载严重不对称，再加上负载功率大，使工作中性线（零线）电流过大，甚至接近最大的相电流，现通过实例数据进行定量分析。
1） K闭合，工作总中性线（零线）短路状态，假设图2中ZA=2.2Ω，ZB=22Ω，ZC=11Ω，则
由此可见在不平衡负载情况下，工作总中性线（零线）电流可以达到很大数值，甚至可以接近最大相电流。
2）K断开，工作总中性线（零线）开路状态[5]，图4所示， 仍然假设
通过电流、电压计算数据及相量图，可以清楚地看出由于三相负载不平衡，负载电压可能达到三百多伏，继而使多台电器严重损坏，形成了恶性循环。
3.实验研究
断开K，工作总中性线（零线）开路时，通过改变三相负载的不同比例，测出5组不平衡负载的负载电压实验数据（表1），可以清楚地看出负载电压多次达到三百多伏，说明了事故发生的原因。
也可以对图2进行特例分析。当三相电中有一相没接通负载时，则另外两相电路就变成了简单的线电压串联两个负载的分压问题。显然，当另外两相负载电阻值相差较大时会出现过压现象。最严重的情况是，当工作总中性线（零线）开路后，由于某种原因某一相电路发生短路现象，则另外两相电压就变成了380V线电压，造成用电设备很快烧毁。
二、安全防范措施
1.增大零线截面积。用截面积更大的导线取代原来的工作中性线（零线），工作总中性线（零线）后面的分支连接一定要可靠，尽可能提高工作中性线（零线）的安全系数，并避免工作中性线（零线）开路；
2.负荷尽可能要平衡。相关人员必须考虑将负荷尽可能平衡， 根据实际情况改进三相布线，平均分配居民户数。维护人员要按周期对变压器的负荷及中性点电流进行测量，负荷不平衡的配变要进行调拨负荷，使中性线电流尽可能小，不超过相电流的25%，从而降低零线被烧断的几率；
3.在用电高峰期检查三相电流，以防三相电严重不平衡。
三、结束语
由于三相布线及用电设备配置不合理，使三相负载严重不对称，再加上负载功率大，使工作中性线（零线）电流过大，甚至接近最大的相电流。如果工作总中性线（零线）比较细，容易导致工作总中性线（零线）开路，导致故障现象的产生，应当高度重视。本文针对事故现象，分析产生的原因，并在数据方面进行了比较，提出了一些的预防性措施，可以相信通过这些措施的综合采用能够在最大程度上避免此类事故的发生，希望为我国的配电和用电方面提供可资借鉴的技术依据。
参考文献
[1]尤大千，尤永清.中性线电位偏移保护断路器及其应用.建筑电气.1995（4）
[2]瞿彩萍.电气安全事故分析及其防范[M].北京： 机械工业出版社，2007版
[3]谢联文.IT 配电系统单相接地故障分析[J].供配电，2008， 27（7）：30-33.
[4]钱宇.中性点接地方式分析及其在中低压电网中的选择[J].工业技术，2006（4）：22-23
[5]陈忠华，霍丽华.低压电网中性点由接地改为不接地的探讨[J].辽宁工程技术大学学报（自然科版），2002，19（1）：51-53

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