临时用电TN-S供电系统常见故障分析及解决.pdf
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1、94第 46 卷 第 08 期2023 年 08 月Vol.46No.08Aug.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation1 引言我国低压配电系统普遍采用中性点直接接地方式,接地系统分为 IT、TT、TN 三大类,其中 TN 系统又分为 TN-C、TN-C-S、TN-S 三种方式,根据河南五岳抽水蓄能电站施工临时用电管理要求,五岳工程建设现场临时用电均采用 TN-S 接零保护供电系统。现场供电要求:严格执行三相五线制,用电区域实行三级配电、二级漏电保护,临时用电配电箱实行“一机一闸”。2 临时用电中的
2、T N-S供电系统TN-S 接零保护供电系统,T 表示供电变压器低压侧中性点为直接接地;N 表示电气设备的外壳等裸漏金属部分均直接接地;S 表示工作零线 N 与保护零线 PE 分开设置,如图 1 所示。图 1 TN-S 接零保护系统示意图正常工作时保护零线与接至带电设备金属外壳,其回路不带电,若电气设备发生故障或人员误碰带电设备,其电流将会经 PE 线流入大地,此时漏电保护装置将会检测到流入、流出电流存在差流,迅速动作断开电源,保障人身设备安全。3 临时用电常见故障原因分析3.1 零线断路(1)变压器中性点至负载间零线因机械或外力破坏,导致零线断开。此时断线处就构成了中性点不接地供电系统,如图
3、 2 所示。图 2 零线断线示意图(2)根据基尔霍夫定律,In=Ia+Ib+Ic,因施工现场三相负载并不能做到完全相等,此时必然有 In 0,当零线断线时不平衡电流不能通过零线导入大地,中性点电位发生位移,零线就出现了带电现象;且三收稿日期:2023-03-06作者简介:李圣磊(1994-),男,助理工程师,从事电气设备安装、试验、调试及机组启动试运行工作。临时用电 T N-S供电系统常见故障分析及解决李圣磊,赵天瑜,保善彤,成 霖,李自立(中国水利水电第四工程局有限公司机电安装分局,四川 成都 610000)摘 要:临时用电在工程建设中发挥着至关重要的作用,是施工现场人员正常生活、工作的能源
4、保障。在我国低压配电系统中变压器低压侧为星型接线,供电形式常采用三相四线、三相五线制供电,正常情况下相电压为 220 V,线电压为 380 V,零线电压基本为零。在工程实际中供电故障、异常断电情况时有发生,若不及时排除故障将对负载设备造成不同程度的损坏,严重时将对电力系统造成影响。本文以河南五岳抽水蓄能电站 TN-S 临时用电为例,分析临时用电供电故障、异常原因及现场解决方法,保证现场临时用电安全可靠。关键词:临时用电;TN-S;三相五线制;故障;异常中图分类号:TU731.3文献标识码:B文章编号:1672-5387(2023)08-0094-04D O I:10.13599/ki.11-5
5、130.2023.08.02795第 08 期李圣磊,等:临时用电 TN-S 供电系统常见故障分析及解决相负载差别越大,中性点的位移就越多,对电网及设备的危害就越严重。此时负载大的相电压越低,负载小的相电压越高,等值电路见图 3。图 3 零线断线等值电路图(3)设变压器中性点与大地电位相等。则零线电流有 I OO1=Ua/Za+Ub/Zb+Uc/Zc等效阻抗有 Z=1/(1/Za+1/Zb+1/Zc)电压偏移有 UOO1=I OO1Z根据欧姆定律,负载接入电力系统均采用并联接线,负载越大其回路阻抗越小,设故障时 C相负载最小,A、B 两相负载较大且基本相等,令Za=Zb=10 ZC=22。则
6、I OO1=-28.104 120UOO1=-114.50 V 120此时零位偏移位 114.50 V,角度为-60。(4)此时三相负载端电压分别为:UaO1=Ua-UOO1=2 20 0+114.051 20=190.57 31.2UbO1=Ub-UOO1=220 -120+114.05 120=190.57 151.2UcOO1=Ub-UOO1=220 120+114.05 120=360.5 120(5)对于单相用电回路,其零线断线后,火线与零线电位相等,此时造成零线与火线均携带 220 V电压,设备不能正常运行。3.2 变压器中性点零线接地电阻过大或接触不良(1)TN-S 供电系统采用
7、三相五线制,电缆对地存在对地电容,供电系统可简化为 型等效电路,此时相线对地有一定的泄露电流流过,泄露电流流向见图 4。图 4 泄露电流流向示意图泄露电流 Io=Ia+Ib+Ic此时零线对地电压 U0=I0R(R 为变压器中性点接地电阻)(2)由于施工用电现场用电设备较多,若接地电阻过大或接地状态不良,其泄露电流及不平衡电流,将会出现漂移,三相电压不稳定以及零线带电情况。3.3 用电设备漏电或相线接地(1)当设备外壳破损或线路绝缘损坏时,将会发生装置漏电或相线接地故障,此时将出现部分零线带电情况,故障若不及时处理将会引发触电事故。(2)由 Io=Ia+Ib+Ic,设 C 相发生接地故障,现实生
8、活中并不存在真正意义理想接地,其接地电阻不等于零,约在 0.510,此时故障点周围的地面对大地即(零线)的电位升高,零线将呈现带电现象,零线电流与对地电压大小、零线阻抗大小及故障点对地电阻有关系,其电流流向见图 5。图 5 设备漏电或相线接地等电位示意图3.4 三相用电负荷不平衡(1)理论上讲,TN-S 系统中零线与地线都是直接接地的,其电位为零,但由于临时用电现场三相负载及两相负载设备种类繁多,且工作时间不稳定,导致供电系统难以保持三相平衡。(2)由 In=Ia+Ib+Ic,若三相负载不平衡,In 0,此时零线就出现了电流,工程实际中,其接地一般在4 以内 U=InR 若接地电阻过大零线将出
9、现带电现象,零线对地电压约大于零严重时电压将高于100 V。3.5 变压器内部 1 0 k V高压窜入 0.4 k V低压侧 电力变压器是临时用电的重要能源设备,我国乡镇配电网一般采用 10 kV 输电线路,施工现场布置 10 kV/0.4 kV 降压变压器。变压器由于长期运行或变压器油含有杂质会导致变压器内部绝缘降低,当绝缘小于变压器击穿电压后,变压器绝缘将被击穿。变压器击穿后高压侧 10 kV 电压将会窜入0.4 kV 低压侧,低压侧电压将急剧升高,严重损毁用电设备,甚至造成人员伤亡。96第 46 卷水 电 站 机 电 技 术3.6 临时用电过程中三相电压偏低(1)电源进线侧电压偏低:由于
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