變壓器中性線在三相四線制供電系統(tǒng)中的作用和保護(hù)

1、變壓器中性線在三相四線制供電系統(tǒng)中的作用和保護(hù)摘要：變壓器中性線在三相四線制系統(tǒng)中，特別當(dāng)三相負(fù)荷不對稱時(shí)，是保證 三相負(fù)荷電壓降對稱的基本條件，其作用在于使三相四線制星形連接的不對稱負(fù) 載得到相等的相電壓。當(dāng)中性線斷線后會造成負(fù)載因電壓過低無法正常工作或因 電壓過高而燒毀，甚至危害人身安全，所以必須盡可能的保證三相四線低壓供電 系統(tǒng)中主干零線的安全可靠，在實(shí)際工作中為防止主干零線斷線故障的發(fā)生，必 須采取多種安全可靠的防護(hù)措施。關(guān)鍵詞：三相四線制系統(tǒng)；中性線；斷線；影響；作用；保護(hù)措施一、引言 在目前的農(nóng)村供電系統(tǒng)和城鄉(xiāng)低壓電網(wǎng)中，大部分供電方式采用 380V/220V 三相四線制低壓供電系

2、統(tǒng)，采用星形接法，使得配電變壓器二次側(cè)形成良好接地 三相線與中性線之間形成完整的回路。在這種低壓供電系統(tǒng)中，同時(shí)存在著單相 負(fù)荷和三相動力負(fù)荷，形成混合式的三相四線制低壓供電系統(tǒng)，會產(chǎn)生單相負(fù)荷 的分配及分配不平衡的問題。我們知道，一般從變壓器低壓側(cè)出來的三相電壓是對稱的，中性點(diǎn)為零電位. 如果三相負(fù)載平衡，中性線中的電流應(yīng)為零或電流很小，而實(shí)際上，照明線路中 的三相負(fù)載是不平衡的，即使三相負(fù)載分配比較平衡，但由于負(fù)載開啟的時(shí)間不 同、開多開少不同，也會造成三相負(fù)載不平衡，而不平衡電流只能通過中性線返 回變壓器。因此，在三相四線制系統(tǒng)中，中性線不僅存在不平衡電流，而且有時(shí) 會很大。所以在負(fù)載端

3、，中性點(diǎn)的電位將發(fā)生偏移，也就造成了三相負(fù)載電壓的 不平衡。如果中性線斷開，中性點(diǎn)電位偏移將更加嚴(yán)重。對于單相相線出現(xiàn)斷線 時(shí)，只會中斷該相負(fù)載供電，并不構(gòu)成負(fù)載的用電危害，但如果中性線斷線，負(fù) 載中性點(diǎn)將隨著負(fù)載阻抗的不平衡引起中性點(diǎn)偏移現(xiàn)象，導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)單相電壓較 正常電壓過高或過低，從而燒毀單相設(shè)備或?qū)е虏糠衷O(shè)備不能正常工作。在平時(shí)生活用電過程中，對低壓三相四線制安全可靠供電的影響，具有多種 因素，其中一個(gè)重要原因就是中性線的斷線，因此研究中性線斷開對供電產(chǎn)生的 影響也是十分必要的1-4。二、中性線對電路運(yùn)行的影響設(shè)三相四線制Y形連接負(fù)荷如圖1所示，三個(gè)負(fù)荷阻抗分別為ZA、ZB、ZC,中性

4、線的阻抗為ZN,根據(jù)節(jié)點(diǎn)電位法：UNN=-(IA+IB+IC)ZN=(1/3)(IAZA+IBZB+ICZC)(1)從向量關(guān)系可以得知N點(diǎn)和N點(diǎn)不重合，這一現(xiàn)象稱為中性點(diǎn)位移。在電源UAN、 UBN、 UCN 對稱情況下，對(1)式進(jìn)行分析如下：三相負(fù)荷平衡時(shí)此時(shí)ZA=ZB=ZC，無論ZN為何值時(shí)，都由(1)式可得UNN=O，所以IN=0 即中性線沒有電流通過，此時(shí)中性線存在與否不影響負(fù)荷的工作狀況。三相負(fù)荷不平衡，中性線未斷開時(shí)此時(shí)ZAHZBHZC，所以根據(jù)(1)式UNNHO，但此時(shí)的中性線未斷開，可以采 取減小中性線阻抗的方法，使ZNT0,則INTx，由(1)式可得UNN4O.此時(shí)， 盡管

5、三相負(fù)荷是不對稱的，但由于UNN4O，各相的工作狀態(tài)互不影響，各相保 持獨(dú)立，不存在三相負(fù)載電壓的偏移。三相負(fù)荷不平衡且中性線斷開時(shí)下面分析兩種極端情況：（1）設(shè) A 相斷路（ZATx, IA=O）這是比較容易發(fā)生的一種情況，一是A相負(fù)荷開關(guān)斷開；二是A相輸電線斷 線。由于中性線斷線則IN=0，又因A相斷路，則IA=0，而UBN=UBN-NN=UBN- UCN+ICZC（2），UCN=UCN-NN= UCN-UBN+IBZB（3），即相當(dāng)于 ZB、ZC 依阻抗 大小分線電壓?？芍?，若三相負(fù)荷不對稱程度不太嚴(yán)重，勢必造成B、C兩相電 壓低于原相電壓，負(fù)荷將不能正常工作，若三相負(fù)荷不對稱度比較嚴(yán)重

6、，則會導(dǎo) 致一相電壓較高會損壞負(fù)荷，一相電壓較低，負(fù)荷不能正常工作。（2）設(shè) A 相短路（ZA=O，lATx）由于中性線斷線則IN=0，則UAN=O，可得UNN-UAN，即中性點(diǎn)N位移，負(fù) 載ZB上的電壓UBN=UBA，負(fù)載ZC上的電壓UCN=UCA。即表明UBN和UCN倆 個(gè)相電壓升高為線電壓，直接導(dǎo)致B相與C相上的負(fù)荷將因電壓過高，電流過大 而損壞。三、中性線在電路運(yùn)行中的作用由中性線對電路運(yùn)行的影響分析可得，當(dāng)中性線正常時(shí)，負(fù)載的相電壓總是 等于電源電壓的相電壓，從而保持對稱，這里中性線起著迫使負(fù)載相電壓對稱和 不變的作用。因此，當(dāng)中性線的阻抗趨向于零時(shí)，即使負(fù)載不對稱，但各相的負(fù) 載電

7、壓仍然是對稱的，各相負(fù)載的工作狀態(tài)互不影響，各相保持獨(dú)立，即使其中 一相或兩相負(fù)載出了故障，另外的非故障相的負(fù)載仍可以正常工作。只是與三相 對稱負(fù)載不同的地方就是各相電流不再對稱，導(dǎo)致中性線內(nèi)有電流流過，所以中 性線不能去掉。當(dāng)中性線因故障斷開時(shí)，這時(shí)雖然電源電壓仍然對稱，但由于沒 有中性線，且具有不對稱的負(fù)載阻抗，導(dǎo)致負(fù)載的相電壓不再對稱，相電流同時(shí) 也不對稱，有的負(fù)載的相電壓過高，有的負(fù)載的相電壓過低，導(dǎo)致負(fù)載損壞或不 能正常工作。就是因?yàn)楫?dāng)中性線存在時(shí)，負(fù)載的相電壓對稱總是等于電源電壓的 相電壓，這里中性線起著迫使負(fù)載相電壓對稱和不變的作用。因此，當(dāng)中性線的 阻抗等于零時(shí)，即使負(fù)載不對稱

8、，但各相的負(fù)載電壓仍然是對稱的，各相負(fù)載的 工作彼此獨(dú)立，互不影響，即使某一相負(fù)載出了故障，另外的非故障的負(fù)載照常 可以正常工作。只是與對稱負(fù)載不同的地方就是各相電流不再對稱，中性線內(nèi)有 電流存在，所以中性線不能去掉。當(dāng)中性線因故障斷開了，這時(shí)雖然電壓仍然對 稱，但由于沒有中性線，負(fù)載的相電壓不對稱了，造成有的負(fù)載的相電壓偏高， 有的負(fù)載相電壓偏低，可能使有的負(fù)載因電壓偏高而損壞，有的負(fù)載因電壓偏低 而不能正常工作。即中性線的作用就在于，使三相四線制星形連接的不對稱負(fù)載得到相等的相 電壓。四、中性線的保護(hù)措施 由中性線對電路運(yùn)行的影響分析可知，當(dāng)中性線斷線后會造成負(fù)載無法正常工作或因電壓過高而

9、燒毀，甚至發(fā)生觸電的危險(xiǎn)事故危害人身安全，所以必須盡 可能的保證三相四線低壓供電系統(tǒng)中主干零線的安全可靠，在實(shí)際工作中為防止 主干零線斷線故障的發(fā)生，必須采取安全可靠的防護(hù)措施：（1）在三相四線制低壓供電系統(tǒng)中，盡可能調(diào)整三相用電負(fù)荷平衡。由中性 線對電路運(yùn)行影響分析可知，當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)，不管中性線斷開與否，都不影 響各相負(fù)載的工作狀態(tài)。（2）適當(dāng)放大中性線的橫截面積。在三相四線低壓供電系統(tǒng)中中性線的橫截 面積應(yīng)為相線橫截面積的一半以上，單相供電回路，中性線橫截面積應(yīng)與相線橫 截面積相同。適當(dāng)放大中性線橫截面積的目的一是保證中性線上在通過大電流時(shí)， 不會應(yīng)發(fā)熱而燒毀，其次是保證在架空線路中有

10、足夠的機(jī)械強(qiáng)度。（3）注意中性線連接點(diǎn)的質(zhì)量，應(yīng)連接牢固可靠，并能抗氧化腐蝕。在中性 線上應(yīng)盡量減少線路端子的接頭，在不得不存在的連接點(diǎn)處，應(yīng)連接牢固可靠， 盡可能降低接觸電阻，避免應(yīng)中性線電流過大而燒毀接頭使中性線斷線。在中性 線連接點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置銅母線作為連接端子，并對銅母線及其連接的導(dǎo)線端子作鍍層 處理，提高中性線連接點(diǎn)處的抗氧化腐蝕能力。（4）中性線應(yīng)重復(fù)接地。為降低中性線斷線出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和減少中性線斷線后 帶來的危險(xiǎn)，低壓配電線路除變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)集中接地外，應(yīng)在干線或分支 端處以及沿線按規(guī)程要求每個(gè) 1km 處輔助接地。（5）做好等電位的聯(lián)結(jié)。等電位的聯(lián)結(jié)是最基本的保護(hù)措施，對于 TN-C-S 接地型配電系統(tǒng)，由于中性線斷線后，其負(fù)荷側(cè)中性線對地偏移電位是通過如圖 2 中公共點(diǎn) JD 傳至 PE 線上的，為去除或降低 PE 線上的對地偏移電壓，在圖 2 中 的 JD 點(diǎn)處進(jìn)行總等電位聯(lián)結(jié)后，即可滿足要求。（6）絕對不允許在三相四線制回路的中性線上串接熔斷器或安裝單獨(dú)開關(guān)裝 置，以防種種原因?qū)е轮行跃€在此處斷開。（7）在三相四線制的同一低壓配電系統(tǒng)中，保護(hù)接零和保護(hù)接地不能混用， 即一部分采用保護(hù)接零，而另一部分采用保護(hù)接地，但若在同一臺設(shè)備上同時(shí)采 用保護(hù)接零和保護(hù)接地則是