低壓配電系統中中性線斷線故障保護研究

李洪艷

摘 要：隨著經濟的飛速發展，社會文明也在不斷進步，人們的生活水平日益提高，無論是工業還是民用建筑、辦公樓及居民住宅等場所的用電量，都呈現出飛速增長的發展趨勢。文章通過對低壓配電系統中中性線斷線故障后可能產生的危害進行分析，提出了防止中性線斷線故障的有效措施。

關鍵詞：低壓配電系統；中性線；斷線故障；保護

相比過去負載的性質有了很大的變化，過去的負載主要是線性負載，而目前非線性負載所占的比例顯著增加，這樣就導致三相負載不平衡，進而引起過大的中性線電流的產生。在三相四線制供電系統中，中線起到了重要的作用，可以有效解決三相負載不對稱引發的問題，提供各相電流的回路。中線一旦發生故障，中性點就會發生轉移，因三相負載不平衡，對于負載最少的那一相，電壓也最高，進而導致過電壓損壞的發生。對于負載較多的那一相，所分配到的電壓就低于正常工作的電壓，進而導致該相無法工作。因三相四線制供電中中性線具有至關重要的作用，科學合理的選擇中線，并保證其安全穩定運行，成為供電工作的重中之重。低壓供電的方式普遍應用于民用建筑中的用電設備，因此，使低壓供配電系統能夠安全、可靠的運行就變得尤為重要。

引發電氣故障的原因有很多種，中性線斷線故障就是其中的一種，引發中性線斷線的因素也很多，線路敷設方式以及環境條件、導線材質和機械強度、配電裝置中性線的連接方式等，都有可能引起中性線的斷線故障。

1 中性線斷線可能引起的危害

在三相負荷不平衡的情況下，中性線PEN或N線一旦發生斷線，必然引起負荷中性點的偏移。因為沒有中性濾過不平衡電流，而三相負荷電流的矢量和必須為零，負荷中性點進而出現偏移。

1.1 中性線偏移電位對人身安全造成傷害

在TN-C-S接地系統中，如果PEN線發生斷線，就會引起負荷側電位的偏移，并且經由N線和PE線的接點，進而傳到PE線上，然后傳至與PE線相連的用電設備的外殼，人體接觸用電設備外殼后，就會產生對人體有害的接觸電壓。

在TN-S接地系統中，如果N線發生斷線，同樣會引起斷開點負荷側電位的偏移，然而這種接地系統的N線和PE線沒有連接點，偏移電位不會對PE線造成影響，不會產生對人體有害的接觸電壓。由此，可以看出，中性線斷線也要視情況而定，有時并不會產生接觸電壓。

1.2 中性線斷線危及用電設備

PEN線或是N線發生斷線時，向著負荷大的方向負荷的中性點產生移位，進而引起多相負荷電壓降的變化。根據負荷的大小，相應的負荷電壓減低或升高。在多相回路中，過電壓或者欠電壓都會使單相用電設備燒毀。

2 預防中性線斷線故障的措施

對于三相四線制線路來說，三相負載不平衡的現象是客觀存在的。此外，隨著非線性負載所占比例的增大，更加導致了不平衡電流和零序電流的產生，在電流的作用下，中性線發生過載、發熱，嚴重時還會使斷線燒毀，三相負載無法在正常的工作狀態不運行，也給用電設備的安全帶來了巨大的隱患。為此，必須在根源上加以解決，設法保持三相負載的平衡，科學管理，合理選材。此外，還要采用接零接地等保護措施，防止或避免中性線意外斷線，以及不安全用電和火災等現象和問題的出現。

2.1 N（PEN）線截面應該滿足機械強度要求

根據導線敷設的方式，確定導線線芯的最小截面，使其符合相關的規定和要求。

2.2 N（PEN）線截面應滿足載流量的要求，單相回路中的中性線應與相線截面相等

在三相四線或二相三線的配電線路中，如果用電負荷的大部分都是單相用電設備，對于N線或PEN線的截面也有一定的要求，即不應小于相線截面。

2.3 連接點應牢固可靠并采取防止氣化腐蝕的措施

為了提高連接點的牢固性和可靠性，在采用TN-C-S接地形式的配電系統中，對于進戶處配電裝置中的PEN、PE、N線的連接點，要進行銅母線的設置，形成匯流排，還要采用鍍層的方式對該母線及其被連接導線的接線端子進行處理。采用這種措施，可以使防氧化和腐蝕的能力得到提高，并且使得中性線發生斷線的可能性大大降低。

2.4 裝設中性線斷線故障保護電器

在三相四線制配電線路中的中性線發生斷路時，中性線斷線保護電器可以自動切斷負荷側全部電源線路，進而有效保障電路的安全。中性線一旦斷線，就會發生電位偏移，進而對人身或設備造成危害，而中性線斷線保護電器的應用，則可以避免這種危害的發生，因此，要求中性線斷線保護電器必須具備反時限的特征（欠電壓除外）。裝設中性線斷線故障電器保護需要注意的是，必須考慮到配電系統的接地型式以及等電位的聯結條件，并且保護電器裝設的位置應該在被保護線路和電源線路的連接處。

2.5 等電位聯結

總等電位聯接具有能夠有效降低建筑物內間接接觸電擊的接觸電壓以及不同金屬部件間的電位差的特性。此外，從建筑物外經電氣線路和各種金屬管道，可能引入危險故障電壓，進而造成危害，而采用總等電位聯結就可以有效避免。總等電位聯接能夠使人體接觸電壓減小，防止間接觸電，即便是接地故障保護失靈，采用這種措施也能夠很大程度的避免觸電傷亡事故的發生。在TN-C-S接地型式的配電系統中，總等電位聯結，可以使PE線上的對地偏移電壓得以降低甚至消除，從而保障人身和設備安全。

3 中性線斷線智能保護裝置

3.1 中性線斷線智能保護裝置的性能特點

（1）應用自動穩零技術，抑制零點漂移，克服零點隨時間和溫度的漂移，實現所有參數的零點免調，提高了裝置的測量和保護精度。（2）數字化整定，可按鍵整定參數或借助上位軟件實現計算機輔助調試。（3）抗電磁干擾能力強，既使在非常嚴酷的場合，也能正常運行。（4）在電源掉電時，能夠記憶所有的當前工作狀態或設定值、時間等。

3.2 中性線斷線智能保護裝置的功能

（1）速斷功能。當相電壓突變到設定值時，中性線斷線保護裝置能快速發出跳閘指令，實現速斷保護。

（2）定時限延時保護。當相電壓突變到定值時，中斷智能保護裝置延時指定時間發出跳閘指令，實現延時保護。

（3）寬電壓范圍保護功能。當中性線斷線后，三相負荷的不平衡度將導致不同的電壓變化，不同的保護動作值區間和動作延時時間可調。

（4）報警功能。根據保護類型發出跳閘信號，同時送出報警信號，故障信息能對停電事故快速作出處理意見，減少停電時間。

（5）鑒別報警類型。主要針對監控系統而言，可根據執行元件的報警信號和智能保護裝置的報警信號進行綜合判斷，可快速區分中性線斷線和開關保護性動作。

（6）多級選擇性保護功能。實現總路和支路，支路和用戶等多級分別判斷中性線斷線保護的配合功能，支路應優先動作，防止斷電范圍擴大。

（7）自檢驗證功能。當中性線斷線智能控制器發出跳閘信號后，若控制的執行元件未動作，后臺可根據斷路器的狀態信息與該裝置的報警輸出信號來驗證故障的具體原因及位置，從而判斷斷路器是否存在故障。

（8）通信組網。裝置具有RS-485標準接口，可滿足電力系統配網自動化和智能小區建設的要求。

（9）內部實時時鐘。提供內部的實時時鐘，精確記錄系統時間。

（10）事件記錄功能。可記錄保護回路狀態信息和報警、跳閘事件及發生的時間。