低压供电系统零线断线故障的分析及处理

低压供电系统零线断线故障的分析及处理

于彦伟

电力分公司河口供电公司用电工作一站

摘要：河口居民住宅小区多数建设于九十年代，距今已有十几年，因当年建设设计标准低，随着居民生活水平的提高，家庭用电设备数量剧增，用电容量不断增大，加上线路设施老化、过负荷及维护力量薄弱，近年来因零线故障造成电压不稳定影响电气设备正常使用的现场时有发生，一定程度上影响了供电质量。针对住宅小区共有零线断线故障的危害及成因进行了分析，提出了相应的处理措施。

关键词：；低压供电系统；零线断线；故障分析

1.前言

住宅小区供电通常采用三相四线制或三相五线制，在电力线路中共用零线的可靠运行与否是系统安全运行的关键，在生产和生活中，供电系统因共用零线断线造成人身和设备故障的事故时有发生，就会造成住户单相电器设备承受超过300V以上的电压，从而导致烧毁电器，在现行的低压供电系统中，应当采取切实可行的措施，保证系统中共用零线的良好运行，以避免中性点偏移而引发供电事故，这种故障即公用零线断线故障。

案例1：2015年7月20日，油田某小区13号住宅楼101室住户报修，反映正在看电视，电视机突然无电冒烟，开卫生间灯灯很亮，维修电工到现场检查，发现电视机发出臭味，卫生间灯灯泡已烧坏，用万用表测量室内电压为300多伏，去楼梯间三表箱检查，发现干线进表箱共用零线与表箱内零线排之间接头处烧断，维修人员立即拉断三户进户电源开关，即去102室、103室居民家中检查，发现家中都有不同电器烧坏情况，造成经济损失3000余元和供电部门的不良影响，以上事故就是住宅楼共用零线断线故障所致。

案例2：一星形联结的三相电路，电源电压对称，负载对称，那么通过计算可以知道共用零线的电流为零，但通常情况下，三相负载往往是不对称的，有的相负荷大，有的小，这就造成三相负荷不均衡，这个时候再用仪表测量发现共用零线的电流不再为零，如果系统在运行的过程中一旦共用零线断开，这个时候再用电压表去测量负荷两端电压会发现有的负荷端电压高于设备额定值，有的低于设备的额定值，高于设备额定值时会将设备烧毁，低于额定值的设备无法运行，通过这个例子说明共用零线的作用是为了保证星形联结三相不对称负载的相电压对称，照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线(指干线)内不允许接熔断器或刀闸开关。

2.共用零线故障判断与分析

(1)住宅楼共用零线断线故障有显著特征，即共用零线断点后端所带负荷的电压随负荷大小变化，使得电压忽高忽低。电压升高时大大超出正常值，就会造成灯具和家用电器烧毁。(2)维修人员可通过以下方法确认，用氖灯试电笔验电，断线后断点后的相线、零线都亮，用数字验电笔验电，相线和零线都显示相电压：用万用表测量住户室内电压时，可发现住户室内电压随负荷变化而变化，且电压可升高到300伏以上，最高可达到接近380伏。(3)此类故障根据共用零线断线位置可分为以下类型：配电变压器总零线断线，发生此类故障时可影响到整台变压器所带负载的正常运行。低压主干线共用零线断线，发生此类故障时可影响到断点后侧所带负载的正常运行。住宅楼共用零线断线，发生此类故障时可影响到整栋楼住户所带负载的正常运行。单元共用零线断线，发生此类故障时可影响到单元中全部住户所带负载的正常运行。标准层表箱内共用零线断线，标准层表箱内共用零线断线故障主要发生在老住宅楼，原设计是未实现一户一零，而是采用多户共用零线的方法，当这几户火线不同相时，一旦共用零线断线，就会造成负载相电压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高，将影响到这几户居民的正常用电。

3.共用零线断线故障的技术分析

在三相四线制低压供电系统中，零线的作用是当三相负载轻微不对称时，保证零线上的阻抗为零，以消除中性点位移，使各相的电压保持对称，即各相负载的相电压恒等于电源相电压。三相中一旦有一相发生断路，只影响本相，其他两相电压仍保持不变，确保接在此两相上的电器设备仍能正常工作。在串联电路中，由于两相功率不同，功率小的相电阻大，分的电压值就高，功率大的相电阻小，分的电压值就低，此时功率小的一相势必烧毁所带单相电器设备。接到最后一相的单相设备虽不会烧坏，但此时电路已构不成回路，电器设备已不能正常工作。通过上述分析可见：不对称三相负载做星形联结且无中性线时，三相负载的相电压不对称；照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。

4.共用零线断线故障危害及原因分析

4.1零线断线的危害

在三相四线制中性点直接接地的线路中，正常情况下零线是不带电的，这是因为正常时零线上任一点和大地都是同电位的缘故。但是在零线断线后，负荷侧的中性点会产生位移电压，此时若人碰到断落的零线，电流将由相线—负载—零线—人体—零点—相线形成通路，这是极为危险的，如图示。

我们可以简单计算一下此时电流通过负载后加在人体上的电压有多大：

假如A相有两盏灯没有关，每盏灯50W,则用欧姆定律可算出一盏灯的电阻R1=U的平方/P=（220×220）/50=968Ω，R2=968Ω，R1与R2并联，总阻值R灯总=R1R2/R1+R2=968×968/(968+968)=484Ω，若人体电阻等于1500Ω，此时R灯总与R人串联，电路中电流为I=U/R=220/（R灯总+R人）=220/（484+1500）=0.11A=110毫安，加在人体上的电压为1500×0.11=165V,如此高的电压和电流随时能致人于死地。

除了威胁人的生命安全，零线断线还威胁用电设备的安全，

设接在A相的两盏灯仍为每盏50W,接在B相的一盏灯也为50W，由串联电路的分压原理可知，接在A相的负荷总功率大，但其阻值小，分得的电压也小。而接在B相的负荷功率小，其阻值大，分得的电压也大，必将大于正常的220V电压，所以接在B相的电器很容易被烧坏。

可见，零线断线对人身和设备都可能造成伤害，正是由于以上种种原因，规程才规定在三相四线制电路中，中性线上不允许装设保险。住宅小区一旦发生共用零线断线故障若得不到及时处理，必定会烧坏其中两相甚至三相上的单相用电设备，曾有数起共用零线断线后一夜烧毁数百套灯具，几十台电器的记录。

4.2事故原因分析

此类事故的频频发生，有以下原因：(1)住宅小区低压末端配电回路开关无过电压保护功能，导致共用零线断线后产生单相过电压，直接加在住户单相用电设备上，使单相用电设备不能承受高电压而导致烧毁。(2)用户自我保护意识差，电压超高后不能及时报修，仍旧继续使用家用电器，直至共用零线烧断后烧坏电器。(3)部分电气维修人员技术水平不高，用户报修后不能及时查出故障原因或处理办法不当，导致故障扩大。5.共用零线断线故障原因及对策

导致共用零线断线的原因主要有：三相负荷不平衡，共用零线截面不够，共用零线连接不规范以及共用零线维护管理不善，结合作者多年来从事小区电气维修及改造的经验，文章介绍几种防止共用零线断线的几种措施。

5.1改善三相不平衡的措施

使三相负荷均衡分配，在供配电设计和安装中，应尽量使三相负荷均衡分配，三相系统中各相安装的单相用电设备容量之差应不超过15％；使不平衡负荷分散连接，尽可能将不平衡负荷接到不同的供电点，以减少其集中连接造成不平衡度可能超过允许值得问题：将不平衡负荷接入更高电压的电网，由于更高电压的电网具有更大的短路容量，因此接入不平衡负荷对三相不平衡度的影响可大大减小；采用可调的平衡化装置，平衡化装置包括具有分相补偿功能的静止型无功补偿装置和静止无功电源。

5.2加大共用零线线径截面

三相四线制系统中的中性线，要通过系统的不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量，不应小于三相系统的最大不平衡电流，同时应考虑谐波电流的影响，因此，根据电气设计规范规定，三相四线制的零线线径截面应等于或大于相线线径截面的50％，共用零线应采用多股导线，有条件时应采用铜芯导线，这样既可以降低线损，还可减小压降。

5.3规范施工，严格验收

由于建设中某些施工队伍施工人员未熟练把握导线的接线工艺和技术，技术力量不足或偷工减料等原因，使线路导线连接不规范，如多股导线不采用镀锡铜接头压接，直接做成“羊眼圈”状，但又不镗锡。配电箱的接线端子连接时，一个端子上接几根导线等。

5.4做好重复接地

在TN系统中，为确保公共PE线或PEN线安全可靠，除在电源中性点进行工作接地外，还应在PE线或PEN线的下列地方进行重复接地：在架空线路终端及沿线每1KM处：电缆和架空线引入建筑物处。如果不重复接地，则在PE线或PEN线断线且有设备发生单相接地故障时，接在断线后面的所有设备外露可导电部分将呈现接近于相电压的对地电压，这是很危险的。

5.5加强共用零线的维修管理

1、由于住宅区电力负荷随季节变化较大，而且由于热胀冷缩，导线接头松动、变黑导致接触电阻变大，因此应定期加强对共用零线的检查维修，在每年春季检修时，应对配电室和变压器中性点接地阻值进行认真测试检查，确保接地电阻达到规定的值，同时对住宅楼各配电箱零线端子认真检查维修，保证各共用零线的可靠连接，从而减少小区电网共用零线断线故障的发生。

2、防止检修后将相线和零线接错

针对检修后将相线与零线接错的事件屡有发生，在每一个地区，低压配电线路的导线在电杆上的排列应统一，一般情况下低压干线与分支线零线应为送电侧左面第二根，沿墙线应为靠墙侧第二根。零线应有明显标记与相线区别。

5.6消除铜铝接触

变压器出线端子及二次刀闸等的接头多为铜的，而目前实用的导线多为铝导线，因此有不少铜铝接触，遇水或是潮气后容易因电化学腐蚀而造成接头接触不良，接头损坏，导致过热而烧断。因此，从变压器出线端子至刀闸的较短导线最好用铜线，从刀闸与主干线连接时应使用铜铝过渡线夹。

5.7加装零线断线保护器

决定研制加装一种零线断线保护继电器。当发生零线断线故障时，发生中性点电压偏移造成用户电压异常，继电器提供报警输出和保护电路动作输出的触点控制信号，能自动切断电源，以此来保护居民家中电器。零线断线保护继电器动作可靠性高。性能稳定，操作简便、安装维护方便。当零线断线或连接不好造成电压偏移时，可以及时的切断电源，防止居民家用电器烧坏，确保了人身和设备安全。

6.处理共用零线断线故障应注意的几个问题

(1)住宅小区电气维修人员在处理故障时应充分认识到共用零线断线故障的危害、故障产生的原因，并及时准确采取相应措施。(2)应能区分开共用零线断线故障和相线接触不良的区别，这两类故障现象相似，都会造成电压不稳，两者的区别在于共用零线断线故障会产生过电压造成设备的损害，而相线接触不良不会导致设备的损害。(3)维修人员处理此类故障时应该迅速准确地判断故障点的位置，并及时停电，以免事故进一步扩大，造成不必要的损失。

参考文献：

[1]电气工程标准规范综合应用手册[M]，中国建筑工业出版社，1996。

[2]电气设计规范[M]，中国建筑工业出版社，2001。

[3]陈佳斌，常用电气设备故障排除实例[M]，河南科学技术出版社，2001。