一例低壓配電線路中性線斷線故障的思考

2009年1月，某單位發生因低壓配電線路中性線斷線造成部分用電設備燒毀事故，現場勘察發現其供用電環境存在以下兩點特別之處：

1、低壓配電線路采用兩相三線式供電；

2、用電電器存在大量辦公自動化設備。

根據現場實際，分析事故原因如下：

一、供電方式錯誤是造成中性線斷線的主要原因

我們知道，對于較大的照明及辦公負荷應采用三相四線制供電方式，并且要求在接入時盡可能地做到三相負荷平衡，這樣基波電流才能相互疊加而趨近于零，方可有效降低中性線電流。該單位采用兩相（L1、L2）三線（N）供電，中線流過的電流為L1、L2相矢量和，該電流可大于任一相線負荷電流，并且中性線截面僅為相線截面的50%，在負荷較重時中性線過載甚至損壞在所難免。

二、諧波電流過載是造成中性線斷線的又一原因

該單位為一重要行政部門，配備數量較多的空調、辦公用計算機和打印機，這些設備本身是諧波電流發生源，工作時將在電氣線路內產生大量的諧波電流，其中三次及其奇數倍諧波電流是引起中性線過載的又一原因。由于有些電氣人員對于諧波電流過載引起線路故障的危險還不甚了解和重視，在目前諧波源快速增加的情況下，有必要作一介紹。

圖1為一三相四線回路，每相都帶有相同的基波（50HZ）和三次諧波（150HZ）電流。基波電流在中性線互相抵消而為零，但從圖中可知三次諧波電流卻因相位相同而疊加，視其含量多少其值可接近或超過相線電流。三次奇數倍諧波電流也疊加（圖中為表示）。因此有關設計規范規定，在某些諧波電流含量大的情況下，中性線截面應不小于相線截面，甚至不小于兩倍相線截面。

現在諧波電流引起的危險在于有些電氣設計人員未充分認識諧波電流的危害，仍按老規矩將諧波電流大的電氣回路的中性線截面取為相線的1/2甚至1/3，這必然導致線路大幅度過載和線路絕緣水平的急劇下降。

還需要說明，在諧波電流的作用下，不僅中性線需要放大截面，當諧波電流含量大時相線也需要放大截面。這是因為使導線發熱的有效電流I是各次諧波電流有效值平方和的開方，以公式表示為

式中Ih為基波及各次諧波電流的有效值。相線中既然通過基波及各次諧波電流，也需按此公式計算其有效電流，當諧波含量大時也需放大截面，不然將更增加過載危險。

電子信息設備和其他一些非線性負荷的配電回路常因過載保護動作而跳閘，而回路電流表上的負荷電流讀數卻未超過導線的允許載流量。這是因為電流表的讀數是按正弦波形校正的回路電流平均值，而含有大量諧波電流使保護電器動作的回路電流實際有效值（r.m.s值）卻比電流表顯示值大許多（可超過50%），這正是一些諧波源設備和一些家用電器（如微波爐）引起頻繁跳閘的原因。對于現有的配電回路加大過流保護的整定值固然可以避免跳閘，但這樣做可能導致線路過載，發生電氣火災事故。

因此，在三相四線回路中，基波電流和偶次諧波電流在中性線上可相互抵消而減小其幅值，但奇次諧波電流，特別是3n奇次諧波電流（即3.9.15等次諧波電流）是相互疊加而增大其幅值的。在三相負荷不平衡而又存在大量3n奇次諧波電流的三相四線回路中，其中性線電流幾乎可達相線電流的兩倍，這往往使按常規設計的回路中性線過載。由于一般斷路器未為中性線設置檢測元件，這使中性線過載引起的事故無法防范，它較相線過載更易發生事故。

三、防范措施與治理

1、對于重要的較大負荷單位用戶，低壓供電方式一定要采用三相四線制，并盡可能做到三相負荷平衡；

2、非線性負荷產生諧波電流是無法避免的，對能夠產生諧波電流的設備可以另設配電回路，避免設備間的相互不利影響；

3、3n次奇次諧波電流大的三相四線回路，其中性線截面應取為相線截面的1~2倍；同時，盡量減小配電回路阻抗，例如回路走徑盡量短，用電纜而不用架空線配電，用銅芯線而不用鋁芯線，提高線路連接質量等。

 

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