广东南冠电气有限公司 广东佛山 528251
摘要：解析了低压配电系统中零线的作用，“断零”故障发生的原因及危害，并提出方法如何尽可能避免发生“断零”的故障。
关键词：零线；断零故障；电压；预防
引言
在现实低压配电系统中，无论是供电公司的供配电线路，还是工厂、商场、小区等用电单位，经常发生因“断零”故障而导致电器设备损坏以致造成很大的经济损失，甚至危及人生安全。因此供电部门和大量用户对此高度重视。
由于受限于工程施工成本和施工质量，使用的线材质量、导体的截面积，线路布置影响着零线使用的机械强度和承载能力，如果零线有断开或虚接，当供电的变压器二次侧三相的负载不平衡时，各相电压会产生不平衡，电压会偏高或偏低，有可能对用电设备造成严重损坏。
另外，电线电缆价格比较高，是由于电线电缆主要材料是铜和铝材，铜材的回收价值比较高，电线电缆又大多安装在户外，在经济利益的驱动下，某一些人会违法盗窃零线，造成人为“断零”故障事故。即使法律严厉打击偷盗供电设施，但还是防不胜防。
根据现行的国家标准《低压配电设计规范》（GB50054-2011）的定义，低压配电系统接地制式主要分为三种，即TN、TT、IT三种形式。其中，第一个大写字母T表示电源中性点直接接地；I则表示电源中性点不接地或通过高阻抗接地。第二个大写字母T表示电气设备的外壳直接接地，但和电网的接地系统没有联系；N表示电气设备的外壳与系统的接地中性线相连。
TN系统：电源中性点接地，设备外露导电体部分和中性线或地线相连。根据电气设备外露导电部分与系统链接的不同方式又可分三类：即TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统；
TT系统：电源中性点接地，电气设备导电体外壳接地；
IT系统：电源中性点不接地或通过高阻抗接地，而电气设备导电体外壳接地。
由于我国采用三相多线制低压供电系统（TN-C三相四线A、B、C、N；TN-S或TN-C-S三相五线A、B、C、N、PE），即变压器二次侧中性点接地的低压供电系统。其中A、B、C线为相线（可以用L表示），N线为中性线，PE为地线。其中，零线（N线）指的是用于工作回路，从变压器中性点接地后引出的主干线，起到“工作接零”作用；地线（PE）指的是不用于工作回路，只作为保护线，起到“保护接零”作用。利用大地的绝对“0”电压作为基准电平，当设备外壳发生漏电，电流会迅速流入大地，即使发生地线有开路的情况，也会从附近的接地体流入大地（从变压器中性点接地后引出主干线并每间隔20-30米重复接地）。
TN-C系统的电源中性点和大地连接，也就是零线的电源端接地，系统内零线和地线是合二为一。TN-S系统的电源中性点和大地连接，但全系统内中零线和地线是分开的。故障电流通过地线来传导。TN-S系统除具有TN-C系统的优点外，由于地线不通负荷的电流，因此地线相连的用电设备导电外壳在设备正常运行时不带电，比较适用于精密电子设备供电。
下图为A、B、C各代表每一相的电压相位差和波形关系、中间“0”代表零线：
其中在供电系统中零线的主要作用是：
保证电源的中性点与负载的中性点电位相等，使单相（220V）电器设备获得稳定的相线电压；
可以作为电气设备的保护线用，在发生设备绝缘损坏发生碰壳故障时，可通过零线构成回路产生短路电流（相线和中性线短路），由于零线阻抗极小，产生的短路电流会很大，使前端保护熔断丝熔断或保护装置动作，切断电源，从而起到保护作用；
在三相负载不平衡的情况下，零线将三条相线不平衡的电荷通过电流形式回流到中性点，从而使供电系统的相线电压保持稳定、平衡。
零线断开的原因
三相负载严重不平衡，导致零线电流过大，超过线路承载容量；变频设备较多，零线上的3次及其奇数次谐波和三相不对称基波电流叠加，最终烧断零线；零线机械强度不足，经过拉伸折弯，被张力拉断；零线经过断路器、熔断丝保护，或接线铜牌、端子，接触不良甚至断开；自然原因造成损坏或者人为故意破坏。
“断零”的危害
如下图所示，假设三相负载为阻性负载且不平衡时，零线一旦断开，将产生严重的后果：
当零线在c点断开时，所有断开点后的单相负载的相线和零线都带电，但电流没有了流通的回路，因此负载的用电器不能工作；
当零线在a点断开时，由于没有了零线导通不平衡的电流，电路中三相电流矢量和的“0”位发生了偏移，也就是中性点向负载更大的A、B相方向偏移，如下图从“N”飘移到“N’”位置：
造成三相电压不平衡，负载最大的A相电压最低，负载最小的C相电压最高，当负载的不平衡度越大，中性点位移量越大，三相的电压不平衡度越严重；零线断开，零线和大地绝对“0”电位产生高电压，一些采用“保护接零”方法的电气设备失去保护作用，人体一旦触摸用电设备导电部分，三相不平衡的电流有可能会从人体流向大地，造成人身触电事故。
预防“断零”
综上所述，为了避免或减轻由零线断路所造成的危害，在低压供电系统中，尽管电力工程设计把三相负载尽量分配均匀，但是由于单相负载功率不能永远一致，必然造成三相负载不平衡，为了避免或减轻由“断零”所造成的危害，无论设计和施工，要做到以下要点：
保证零线的安全性和可靠性
电网主干线的零线不得使用开关和熔断器，零线虚接、断开或阻抗增大，都有可能造成“断零”；零线电流不要超过相线电流的25%；零线导电体的截面面积不得小于相线导电体截面积的一半，保证机械强度，防止线路承受过大的张力而断开，也防止后端设备电气故障产生的大电流或者单相负载过大烧断主回路。
如果是三相四线（TN-C系统）：零线要重复接地，随着电网供电距离增长和老化，有可能因为零线的磨损、接触点氧化等原因，造成零线断开中性点飘移，当采用接零保护的设备发生碰壳漏电时，由于零线开路，断开点后部的漏电保护装置不能工作，设备外壳带电对人身极其不安全。重复接地能使断线处前后对地电压比较接近，电压也不高，可以使“断零”故障带来的危害减轻。
如果是三相五线（TN-S系统）：
变压器二次侧后面接的零线不能接地，接地后零线的不平衡电流流向大地，会将变压器原来三相电压平衡的中性点转移，产生对地大电流短路和电压不平衡；干线上使用漏电保护器，零线不重复接地，漏电保护器能正常工作，干线上可以用上漏电保护器防止后端线路出现不正常的泄漏，也可以防止零线过载的危害；地线也要保证机械强度、承载电流量的可靠性，地线断开后用电器外壳导电部分有可能带电，甚至零线、地线同时失效时相线电压升高烧坏用电设备。
在低压电力系统干线前端、用户配电箱前端等位置，建议安装“断零”和过欠压保护装置，当保护装置要保护的线路出现“断零”或过欠压故障，保护装置能短时间判断并断开故障线路，防止用电设备因电压过高烧毁或电压过低不工作，也保护了人身安全；
加强电网监管，严防人为破坏或盗窃电力设施。
结语
“断零”电气故障危害甚多，本文详述了低压供电系统容易出现“断零”故障的原因和分析，并提出一些具有参考作用的预防措施，要从根本上有效地加以防范，保障线路正常运行和用电安全。
参考文献：
[1] 刘振庭，张文倩.电工基础：清华大学出版社，2012.
[2] 王厚余.《“断零”的危害和防范》：建筑电气，2013.
[3] 住宅建筑电气设计规范：JGJ 242-2001.
[4] 低压配电设计规范：GB 50054-2001.
论文作者:唐子健
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/18
标签：地线论文; 负载论文; 电流论文; 不平衡论文; 电压论文; 系统论文; 故障论文; 《基层建设》2018年第3期论文;