供电系统“断零”烧坏单相设备事故防范

供电系统“断零”烧坏单相设备事故防范

张朝政

(广东中天市政工程设计有限公司广东佛山528000)

摘要：在三相四线供电建筑物内，可能会发生大量单相用电设备烧坏事故，它是由三相负载不平衡引起的吗？其实不是的，由于三相负载不平衡造成三相电压不平衡，导致负载小的一相电压变高（过压），从而使这一相的设备大量烧坏。它只是说明了部分原因。其实三相四线配电回路内会发生某一相或两相设备大量烧坏的主要原因是：三相四线配电回路的中性线断线引起。

关键词：三相不平衡、过压、“断零”

一、“断零”烧坏单相设备的分析

下面通过图1-1的简单示例加以分析。图中相线L1未带负载，L2带一个24

0WLED灯具，L3带一个24WLED灯具，三相负载非常不平衡。如果中性线未断线，三个相电压没有多少差异，它们电压差异只在于三相不同负载电流产生不同线路压降。而按照规范规定，相线和中性线上的总电压降一般不超过5%，所以只是三相不平衡是不会烧坏某相内设备。

现假设LED灯具前的中性线因故中断，如图1-1所示，则240WLED灯具和24WLED灯具变为串联后接在380V单相回路中。LED灯具是电阻性负载，当电流是一定时，其阻值R与功率P比，也即R∝。

假设240WLED灯具电阻是R,则24WLED灯具电阻是10R。这样380V电压按1与10的比例分配在负载上。根据计算，240WLED灯具上电压约为35V=V；24WLED灯具上电压约为345V=V，而24WLED灯具额定电压为220V<345V，灯具长时间处于过压之下，所以它很快被烧坏。

为了进一步分析清楚可作该回路电压矢量图，如图1-2所示。从图可知三相回路为380V不变，负载侧的中性点由O点漂移到O′点，中性线对地电压达190V（在无等电位联结作用TN系统中，此电压不烧坏设备，但可引起电击事故），而空载的L1相电压则高达364V,L2、L3相电压分别是35V和345V,三相电压极不平衡。

LED灯具的寿命T与施加电压U的14次方成反比，即T∝，施加电压越高，寿命越短。由于LED灯具的寿命是指光通量降至额定光通量的70%使用时间。所以24WLED灯具承受电压为其额定电压1.6=345/220(倍）。假如24WLED灯具正常寿命是1000h，则按上述公式计算其寿命将缩短1.9h。计算过程如下：

这时灯具电源快被烧坏，导致灯具光效变低，不久电源烧坏，灯具不亮了。其他一些用电设备在此情况也难免有很大程度缩短。

二、“断零”烧坏单相设备的防范论证

生活中“断零”烧坏设备事故频繁发生，造成“断零”烧坏设备事故原因是很复杂。列如在电气设计中，为了节约工程成本，设计师将中性线截面积取为相线的1/2或1/3，过细的中性线降低了中性线的机械强度。或者线路施工中不注意采取措施减少中性线特别是中性线连接接头应力。还有在整个电气设计中滥用四极开关，大量增加了中性线不必要的连接点。这些都是引起“断零”的原因。由于“断零”烧坏设备事故的原因还在其隐蔽性。因为配电回路“断零”后，设备供电电压升高，但它依然能继续工作，这样会大大缩短设备使用寿命。电气线路应该如何去防止“断零”烧坏单相设备，以下就几个方法论证：

1、将PEN线或中性线重复接地是否可避免“断零”烧坏设备事故。

将PEN线或中性线作重复接地后，用大地通路代替中断的中性线返回电源通路。因中性线阻抗以若干毫欧计，而大地通路阻抗则以千欧计，两者相差悬殊。“断零”后三相电压依然严重不平衡，只是程度稍轻一点，烧坏设备时间长一些。

2、采用检测三相不平衡的智能断路器来防止“断零”危害。

装设检测三相电压不平衡的检测仪器与智能断路器在三相电压不平衡度超过15%时报警或切断电源的方法来防止“断零”危害，但是由于这种断路器售价高，不能广泛使用。

3、装设过欠电压防护电器来防止“断零”烧坏设备。

规定电压超过270V，防止“断零”引起的过欠电压烧坏设备，需装设自复式过欠电压防护电器来切断电源。由于电网电压是十分不稳定的，晚上六点电压可能不到220V,半夜电压可能高达250V。如果过欠电压防护电器出现老化，可能在电压达到250V时断开，这个可能会影响居民正常生活，供电可靠性低。

三、为防止“断零”危害，在电气线路设置需要注意什么

在我国广泛采用低压三相四线供电的条件下，为防范“断零”烧坏设备事故，在电气线路的设计、安装和管理中应注意以下内容：

1、在三相四线回路中应适当放大中性线和PEN线的截面，以保证其机械强度，特别是从电杆到建筑物电源进线口的一段架空引入线，应按规范要求铜线不小于10mm²，铝线不小于16mm²。

2、采取有效的措施防止中性线承受过大的张力，例如在线路加保护管。

3、注意中性线接头的连接质量，以确保中性线接头的导电良好。

4、在中性线上尽量减少线路端子连接和接头，并尽量少串入开关和触头，以防因其接触不良而增加“断零”的危险。

5、严禁在三相四线回路的中性线上串接熔断器，以防熔断器因种种原因熔断而形成“断零”。

6、电气设计中减少四极开关使用，大减少中性线不必要的连接点。

四、工程实例

某一建筑大楼四个立面景观亮化电气设计，设计内容为景观照明及其配电设计。1、电源线路选择及敷设方式：

供电主线路电缆采用ZR-VV型电力电缆。LED线条灯、LED洗墙灯供电线路采用ZR-VV-5X6mm²，LED泛光灯供电线路采用ZR-VV-5X6mm²，套50x50或80x100线槽管保护沿建筑物墙面敷设。灯引线采用ZR-RVV-3x2.5mm，套SC20管或Φ20金属波纹管保护。管线沿墙敷设，注意安装平直及隐蔽性。要求所有电缆电线接头都必须用线耳连接，不允许绞接，并做好防水绝缘措施。所有电缆、电线均应符合相关国家规范标准要求。

2、接地方式：

采用TN-S系统。用电缆中黄绿双色线做接地线，要求系统接地电阻小于4欧姆。

3、配电箱控制方式

本工程设配电箱三个，配电箱安装总容量为55kW，安装在原有配电箱旁边。景观配电箱设于天面层挂墙安装，配电箱的具体安装位置根据现场实际情况可做适当调整。电源进线供电主线路用ZR-VV-0.6/1kV-5x35mm²电力电缆由电房引至配电箱，供电电缆在建筑物电缆桥架内敷设。配电箱总控制开关选用NSE250-N-TM80A3P,出线交流接触器选用LC1-D953P,出线断路器选用C65N/C/32A/3P/VM+△I=0.1A，出线供电主线路用ZR-VV-5x6mm²电力电缆至灯具。地线和零线统一接到配电箱的零排和地排。

4、施工注意事项

1、线缆连接处需做好防水绝缘处理。

2、要求供电三相负荷均衡分布。

3、施工如有不明之处及现场与图纸不符之处，应及时与业主单位、设计人员或监理人员联系。

参考文献：

[1]王厚余建筑物电气装置600问.北京：中国电力出版社.2013（05）

[2]《低压配电设计规范》（GB50054-2011）

[3}《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2007）