民用建筑低压配电系统中性线断线故障分析及防治NEW(55)

1、民用建筑低压配电系统中性线断线故障分析及防治王治义（甘肃省建筑设计研究院，甘肃兰州 730030）摘 要：通过对建筑电气低压配电系统设计中中性线的作用分析，阐述了中性线在三相四线低压配电系统中的重要作用。关键词：低压配电系统; 中性线;民用建筑中大量电气设备电源要求供电电压为AC220V，电源频率50Hz。尤其是在住宅建筑中，普通住户均为单相供电，AC220V设备所占比例更大。民建低压配电系统大多采用三相四线制或三相四线加一根PE保护线的方式供电，低压配电系统的接地系统多采用TN-C-S或TN-S系统。变配电室变压器线圈绕组联接大多采用D/Yn11或Y/Yn0组别。三相四线制方式供电因其能提供

2、两种不同的电压线电压（380V）和相电压（220V），可灵活适应民用用户不同的需要，因此在民用建筑电气设计中普遍选用三相四线制方式供电。采用三相四线制方式供电，变压器低压侧的三相电压是对称的 , 不考虑中性线阻抗的情况下，中性点为零电位。假如三相负载平衡 ,则中性线中的电流也为零。在民用建筑中存在大量单相负荷，照明、动力等混合供电，三相负载是不平衡的。此时不平衡零序电流通过中性线返回变压器中性点，形成负载端中性点与变压器中性点电位的偏移 ,导致三相负载电压的不平衡。如果发生中性线断线的情况 ,中性点电位偏移就会更加严重 ,同时不平衡电流没有通路，从而造成各相电压的升高或降低，烧毁单相用电设备造

3、成严重后果。笔者曾经遇到过这样的情况：某住宅小区单体建筑发生住户用电设备烧坏的事故，现场调查发现与此相关线路的保护空气开关都没跳闸，检查线路发现也不存在相线、中性线断线的情况。实测相线、中性线对地电压分别为：231V，212V，237V，7V，均在合理使用范围之内。那为什么发生用电设备烧毁而断路器没有跳闸的情况呢？现场检查电气线路及电气设备连接情况，在用电设备至配电室这一段线路均未发现连接断线故障，当检查到建筑单体配电室总进线柜处时，发现总进线隔离开关选用4极开关，观察发现隔离开关的中性线动触头和静触头接触不良，造成中性线断线引起的事故。现场未见使用带过电压及失、欠电压保护的断路器。将4极隔离

4、开关更换为3极，或中性线不再通过隔离开关。后来再未发生住户用电设备烧坏的事故。中性点接地系统中中性线的作用是做单相负荷的零线或当不对称的三相负载接成星形连接时，使其每相电压保持对称。在有中性点接地的电路中，假如发生一相断线，也只影响本相的负载，而其他两相的电压保持不变。但如中性线因某种原因断开，则当各相负载不对称时，势必引起中性点位移，造成各相电压的不对称，破坏各相负载的正常运行，甚至烧坏电气设备。而在实际中，负载大多是不对称的。 下面通过简单计算分析中性线断线时的电路情况（图1,图2）：图1：中性线正常使用时UAN=UAO+UON，UBN=UBO+UON，UCN=UCO+UON，而UON=I

5、NZNIN=IA+1B+IC式中：IN-流过中性线的电流 ZN-中性线阻抗假设负载均为电阻性负载（电压与电流同相位）（1）例如负载阻抗ZA=ZB=ZC时，IN=IA+IB+IC=IAej0+IAej120+IAe-j120=0，则IN=0，UON=0（2）假如负载阻抗ZA=2ZB=3ZC时，IN=IA+IB+IC=IAej0+2IAej120+3IAe-j120=1.732IAe-j150UON=INZN=1.732IAe-j150ZN可见当中性线上的阻抗不能忽略时，则不平衡电流通过中性线所造成的电压降不等于零。此时：UAO=UAN-UON=1.04UANe-j1.3图2：中性线断线时：假设负

6、载均为电阻性负载（电压与电流同相位）（1） 例如负载阻抗ZA=ZB=ZC时，IN=IA+1B+IC=IAej0+IAej120+IAe-j120= 0，则ION=0，UON=0可见在三相负载为同性质负载且电阻、电抗相同时，即便中性线断线也能维持负荷平衡。（2）假如当负载阻抗3ZA=1.5ZB=ZC时，为了简化计算，引用教科书载中性点位移公式如下：UNO=(UANYA+UBNYB+UCNYC)/(YA+YB+YC+YN)式中YA、YB、YN、YN-相线A、B、C及中性线N上的导纳中性点位移量为：UNO=(6UAN+3UBN +2UCN)/11中性点位移后的三相负荷电压降为：UAO=UANUNO1

7、.26UCNe-j6.58UBO=UBNUNO1.04UBNe-j16.13UCO=UCNUNO0.76UANe-j11可见在三相负载不平衡的电路中，中性线断线，负荷中性点就会向负荷大的相的方向位移，使相负荷的相电压发生变化：负荷大的那一相，相电压降低，负荷会因电压不足不能正常工作；负荷小的那一相，相电压升高，负荷会因电压过高存在烧毁设备危险。而且负荷小的那一相会因设备毁坏相负荷减轻，过电压继续升高，从而加速该相负荷上的设备损坏。综合以上分析，中性线在三相不对称负荷中保证了三相负荷相电压对称。假如中性线断线，单相负荷的正常工作状况就会遭到破坏，轻则无法发挥正常作用，重则将损坏电器设备。因此在三

8、相四线制配电系统一定要保证中性线不断线及其可靠性。中性线断线的危害是非常严重的，因此在民用建筑电气设计、施工、投入使用维护时应采取以下措施防止中性线断线故障发生，总结归纳为以下几点：（1）中性线的过电流防护严禁采用熔断器，尽量少用断路器开关触头切断中性线。在具有良好总等电位联接的TN-C-S、TN-S系统的建筑物内，应优先选用3极开关。在中性线上应尽量减少断点，保持中性线的良好贯通，预防断零事故发生。民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008 第752 规定TN-C系统中，严禁断开PEN导体，不得装设断开PEN导体的电器。（2）施工过程中，电线（缆）分接箱（盒）及接线端子一定要压接紧凑，避免压

9、虚及压接过度。不同电气设备连接部位应选用过渡电阻小且无电化学腐蚀的材质连接。三相电度表引入引出线的连接应可靠，保证中性线良好连通。（3）采用TN-C-S、TN-S供电系统在负荷分配上应尽量做到三相负荷平衡，投入使用后定期检测三相负荷值，力求中性线电压降为最低。保持中性线最大电流不超过变压器额定负荷电流的15%。（4）以生活用电(或以单相用电)为主的民用负荷，在配电线缆的选用上优先使用中性线与相线同截面导线，避免使用中性线截面小于相线截面的导线。电力工程电缆设计规范GB 50217-2007：3.7.9条规定，1kV以下电源中性点直接接地时，三相四线制系统的电缆中性线截面，不得小于按线路最大不平衡电流持续工作所需最小截面；有谐波电流影响的回路，尚宜符合下列规定：1）气体放电灯为主要负荷的回路，中性线截面不宜小于相芯线截面。2）除上述情况外，中性线截面不宜小于50%的相