三相四线制低压配电系统中零线断线过电压保护

文章编号 :1002 - 5634 (2004) 01 - 0033 - 03三相四线制低压配电系统中零线断线过电压保护朱雪凌1 , 王云年2 , 周国安1(1. 华北水利水电学院 ,河南 郑州 450011 ; 2. 三门峡水利枢纽管理局 ,河南 三门峡 472000)摘 要 :分析了三相四线制低压配电系统中零线不断开和零线断开引起过电压的原因 ,通过引入过电压保护电路解决了问题 ,其原理是不论零线是否存在 ,只要中性点偏移电压超过允许值 ,过电压保护装置即动作 ,从 而避免事故的发生 .关 键 词 :零线 ;断线 ;过电压保护中图分类号 : TM 771文献标识码 :B380/ 220 V 三相四线制供电系统的最大优点是 ,动力和照明 (三相与单相) 合用一台变压器 ,这样可 大大简化供电系统 ,节约投资 ,方便管理 . 目前我国 城乡和厂矿企业的低压网 ,都采用三相四线制混用 的低压供电系统. 有的配变甚至达 80 %以上的负荷属单相负荷 ,这必然产生相间负荷分配的平衡问题 .负荷的不平衡将带来三相电压的不平衡 ,若一旦零 线断线 ,则三相负荷电压的不平衡更为严重 ,将造成大片用户烧坏用电设备 ,甚至会引起火灾 ,给用户造成严重的经济损失. 根据三相四线制低压配电系统 中零线断线 ,中性点电位偏移引起过电压造成多起 事故的实际情况 ,需研究开发一种 ( 零线断线) 过电 压保护装置 ,以保证低压配电系统的用电安全.本文就事故发生的原因 、采取的措施及过电压 保护装置的原理等几个方面进行分析 .点偏移 ,各相负荷的相电压都不再等于电源电压 ,尤其当零线的电阻较大或三相负荷不平衡度过大时 (出现短路或断路等故障时) ,中性点的电压偏移亦 较大 ,可能会引起设备工作异常1 .1 三相电动机 ; 2 照明 ; 3 单相负荷图 1 三相四线制供电系统零线断开引起过电压的原因由图 1 可知 ,当零线断开时 ,只要负荷不对称 , 就会出现中性点偏移 ,而且中性点偏移程度随负荷 不对称程度的增大而增大 ,各相电压亦随负荷不对 称程度的增大而变化很大 ,当中性点的电压偏移超 过 50 V 时 ,将引起各相负荷电压的升 、降达 20 %以 上 . 由于用电设备所能承受的电压升降不超过 20 % 范围 ,而人体正常情况下的安全电压为 50 V ,因此 ,1零线不断开引起过电压的原因图 1 所示为三相四线制供电系统 ,负荷有三相2电动机 、照明和单相负荷 ,除三相电动机为对称负荷外 ,照明和单相负荷均会造成负荷的不对称 ,从而导 致三相电流的不对称 ,使零线上的电流不为零. 若不 考虑零线电阻的存在 ,则各相电压仍然对称 ,各相负荷正常工作 ;若考虑零线电阻的存在 ,则负荷中性点 和电源中性点之间的电压就不等于零 ,即产生中性收稿日期 :2003 - 07 - 10 ;修订日期 :2003 - 10 - 29由于三相负荷的不平衡所引起的电压偏移亦导致用电设备 ,或因电压升高而烧毁 ,或因电压过低而不能 工作. 同时 ,由于中性点电位的升高 ,使接零设备的 外壳带上危险的电压 ,将会造成设备损坏及人员伤亡等恶性事故 .3避免或减轻零线断线造成的危害从上述分析可知 ,零线对保证电气设备的安全运行和三相电压的平衡尤其重要 ,所以应采取措施避免或减轻零线断线造成的危害 :11 保证零线的施工质量 ,在长期运行中要加强 检查 ,及时维修.21 加大零线导线截面. 一般零线的截面积可比 相线小一级 ,可按相线相同材料截面的 1/ 2 选用. 考虑实际情况 ,建议零线应采用与相线相同的截面.31 不能在零线上装熔断器和开关.41 对零线的主干线必须采取多处重复接地.51 尽量减小负荷的不平衡度 ,即变压器二次侧 电流的不平衡度 K 20 .61 设置专用的零线断线保护装置.图 2 保护电路一412 保护电路二如图 3 所示 ,电源输出端并联许多用户 ,以两组 为例 ,每一组用户为一个单元 ( ZA1 ,BB1 , ZC1 为一组用户 ,ZA2 ,ZB2 ,ZC2 为另一组用户) . 在每一组用电单元 的零线汇合处接一电压继电器 KU ,与电源的中性点构成回路 ;在每一组用电单元的负荷与火线之间接交流接触器 KM 的主触头 ( 仅保护本用电单元) ; 电 压继电器 KU 的常闭触头与交流接触器 KM 的线圈 串联接于任意两相火线之间. 当零线未断或零线断开但三相负荷平衡时 ,N和 N 为同一点 , 以 N代1 2过电压保护电路由上述分析可知 ,不论有无零线 ,只要相间负荷 分配不平衡 ,即会出现中性点偏移. 当中性点电压偏 移值过大时 ,将对用户造成严重的后果 . 因此 ,除了 加强对中性点的管理外 ,还应设置专门的过电压保 护电路 ,该电路的原理是根据过电压而动作 ,不论零 线是否存在 ,只要中性点偏移电压超过允许值 ,过电 压保护装置即动作.4 . 1 保护电路一在三相四线制供电系统的总电源处 ,用 3 个容 量相等的电容器接成星形负载 ,如图 2 所示. 因为 3 个电容器的容量相等 , 所以 UNN 的电压始终为零. 同时 ,以 N为参考电位点 ,NN之间接入一个过电压继电器 ,其常闭触点与电源处总空气开关串联 . 由 于 N点的电位始终为零 ,当 N点出现的偏移电位超 过继电器的整定值时 ,继电器的常闭触点动作使开 关跳闸 ,从而能有效地避免事故的发生. 为了使中性 点的电位升高不超过 50 V ,设备上的电压变化不超过安全电压 ,则电压继电器的整定值应小于50 V. 监 控中性点电位用的电容器的容量可小些 ,但由于电 容器在供电系统中还能起到补偿无功 、提高功率因 数的作用 ,所以选择电容器的容量时应考虑无功补 偿的需要 ,并综合考虑电容器的工作温度和耐压等 级等因素2 .4替 ,则 U= 0 ,电压继电器 KU1 , KU2 不动作 ,其常NN闭触头闭合 , KM1 , KM2 线圈带电 , KM1 , KM2 主触头闭合 ,电网正常运行 ;当零线未断考虑零线电阻且三 相负荷不平衡度过大时 ( 出现短路或断路等故障而引起零线在 1 点断线) ,或零线在 1 点断开且三相负荷不 平 衡 时 , N 和 N 近 似 为 同 一 点 , 以 N代 替 ,1 2UNN0 ;如果 UNN的值大于电压继电器的整定值时 ,电压继电器 KU1 , KU2 动作 ,接于两相火线之间 的常闭触头断开 , 交流接触器 KM1 , KM2 的线圈断 电 , KM1 , KM2 的主触头断开 ,这样就切断了全部用 电单元的电源 ,保护了负荷 ;如果零线在 2 点断开且第二单元用户负荷不平衡时 ,则 N和 N 点之间的电2压不等于零 ,若此值大于电压继电器的整定值时 ,电压继电器 KU2 动作的结果切断该用电单元的供电.电压继电器 KU1 的常开触头的作用是 : 线路停 电时 , KU1 的线圈无电压 ,其常闭触头闭合 ,常开触 头打开 ; 当线路复送电时 ,交流接触器 KM1 的线圈 带电 ,其主触头闭合 ,电网正常工作. 当零线断开且 KU1 动作后 ,常闭触头打开 , 交流接触器 KM1 的线 圈失电 ,其主触头断开 ,该用电单元断电 , KU1 的常 开触 头 闭 合 , 通 过 电 阻 R1 产 生 压 降 , 电 压 继 电 器 KU1 实 现 自 保 持 , 从 而 使 KU1 的 常 闭 触 头 保 持 断 开 ,避免了交流接触器 KM1 再次送电 . 当零线断线 故障 处 理 结 束 时 , 按 下 复 位 键 SB1 , KU1 的 线 圈 失电 ,其常闭触头闭合 ,同时 KU1 的常开触头打开 ,此用电单元可以送电运行3.图 3 保护电路二2陈玉凤 . 三项四线制供电系统中性点电位偏移的分析与监控 J . 电工技术杂志 ,2002 , (6) :44 - 46.耿 毅 . 工 业 企 业 供 电 M . 北 京 : 冶 金 工 业 部 出 版 社 ,1985.参考文献31秦曾煌 . 电工技术 M . 北京 :高等教育出版社 ,1999. 157- 164.The Protection of Exceeded Voltage f or theGround Wire and the Disconnected Wirein Three2pha se , Four2wire Lo wer Supplies and Distribution SystemZHU Xue2ling1 , WANG Yun2nian2 , ZHOU Guo2an1(1. North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power ,Zhengzhou 450011 ,China2. Management Bureau of Sanmenxia Water Conservancy Complex ,Sanmenxia 472000 ,China)Abstract :By analyzing the reason of exceeded voltage of the ground wire connecting or disconnecting in 32phase ,42wire lower supplies and dis2tribution system ,the means of solving the problem is obtained ,that is ,adopting protective circuit of exceeded voltage . The principle is that the exceeded voltage device operates when the neutralitys deviation voltage exceeds its allowed voltage ,whether the ground wire exists or not ,so itcan prevent the trouble .Key w