斷零的危害

2016-03-05 12:05:56      點擊:

    三相四線配電回路內有時會發生某一相或兩相設備大量燒壞的情況。 有時同行認為這是三相負載不平衡造成三相電壓不平衡引起的,負載輕的一相電壓最高,使這一相的設備大量燒壞。這一解釋只道出了部分原因,它還另有更深層次的原因。某相內設備大量燒壞的主要原因是三相四線回路的中性線(包括TT系統的中性線和TN系統的PEN線或中性線)斷線引起。

         在我國它常被稱作“斷零”。一.“斷零”的危害  “斷零”的危害可用圖1來簡單分析。圖中相線L1未帶負載,L2帶-150白熾燈泡,L3帶-15W白熾燈泡,三相負載非常不平衡。若以電壓表測量三相電壓,如果中性線未斷線,會發現三個電壓并沒有多大的差異。這是因為這三相都是相同的220V繞組電壓供電,他們的電壓差異只在于三根相線上不同負載電流產生不同的電壓降。而按照規范規定,相線和中性線上的總電壓降最多不超過5%,所以僅是三相負載不平衡是不會燒壞某相內的設備的。先假設白熾燈泡前的中性線因故中斷,如圖1中所示,則150W和15W燈泡成為串聯后接在一個380V單相回路中。我們知道白熾燈泡基本上個電阻性負載,其阻值R與功率P成反比,也即R∝1/P   因此,如果150W燈泡的電阻為R,則15W燈泡的電阻為10R,這樣380V電壓就按1與10的比例分配在兩個燈泡上。150W燈泡上的電壓僅為35V,而15W的燈泡上電壓則高達345V,它不久即被燒壞。為進一步分析清楚,可作圖1的電壓相量圖。從圖可知三相回路相間電壓仍為380V不變,負載側的中心點由O點轉移到O’點,中性線對地電壓達190V(在TN系統中,它可引起電擊事故),而空載的L1相電壓則高達364V,三相電壓極不平衡。白熾燈的壽命T與施加電壓U的14次方成反比,即T∝1/U14   施加電壓越高,燈泡壽命越短。需要說明的是,白熾燈的壽命是指光通量降至額定光通量的70%的使用時間。15W的燈泡正常壽命為1000h,則按上式計算其壽命將縮減為1.9h。電視機顯象管燈絲的壽命在此情況下也難免有很大程度的縮減。電視機電壓過高時將因鐵損增大而發熱,電壓過低時則因銅損增大而發熱,這都使發動機絕緣老化加速而縮短壽命。所以發生“斷零”時發動機的絕緣壽命不論電壓高低總難免縮短,但它對電壓高低的敏感程度不如白熾燈泡嚴重。  “斷零”燒設備的危險還在其隱蔽性,因為“斷零”后雖然設備壽命縮短,但在開始的一段時間內燈泡依然亮,電動機依然轉,人們難以即使發現故障而加以排除,待設備大量燒毀后才發現是“斷零”引起,這時為時以晚。
      “斷零”燒壞設備事故的預防  不少同行認為將中性線做重復接地后,用大地通路代替中斷的中性線作返回電源的通路,可避免燒設備事故。經相量分析和計算知這是不可能的。因中性線阻抗以若干毫歐計,而大地通路阻抗則以若干歐計,相差懸殊,“斷零”后三相電壓依然嚴重不平衡,只是程度稍微輕一些而已。  根據國外經驗,防“斷零”燒設備事故不能用開關型防護電器切斷電源的方法來防止,只能在線路的選用和敷設上采取各種措施,盡量減少“斷零”的發生來防止“斷零”燒毀設備。例如IEC標準規定PEN線只能用在固定安裝的電器裝置內,不論相線截面多小,PEN線的截面不得小于10平方毫米銅線或16平方毫米鋁線,以保證其機械強度,防止“斷零”。例如一三相四線回路的導線可用3×4mm2+1×10mm2銅線。PEN線截面不是相線截面的1/3或1/2,而是2.5倍。這是因為在TN系統中如果PEN線折斷,不但電氣設備失去接地,還可因“斷零”而導致大量單相設備燒壞,后果十分嚴重。 美國對住宅“斷零”事故的防范最為重視,因住宅內最容易發生電氣事故。不論住宅用電量多大,他們都用單相配電變壓器對住宅用高壓單相回路供電,而不用三相回路供電。這樣就從根本上杜絕了三相四線回路因“斷零”而招致的燒設備事故的發生。  在我國廣泛采用低壓三相四線供電的條件下,為防范“斷零”燒設備事故,在電氣線路的設計、安裝和管理中應注意到以下幾點:在三相四線回路中應適當放大中性線和
        PEN線的截面,以保證其機械強度,特別是從電桿到建筑物電源進線口的一段架空引入線,應按規范要求銅線不小于10mm2,鋁線不小于16mm2。   采取有效的措施防止中性線承受過大的張力。  注意中性線接頭的連接質量,以確保中性線接頭的導電良好,應特別注意提高鋁線的連接質量,因鋁線的表面極容易因氧化或腐蝕而不導電。  在中性線上盡量減少線路端子連接和接頭,并盡量少串入開關和觸頭,以防因其接觸不良而增加“斷零”的危險。   嚴禁在三相四線回路的中性線上串接熔斷器,以防熔斷器因種種原因熔斷而形成“斷零”。
      PE:設備容量,也就是所有設備標牌上的額定功率之和  
      KX:需要系數,COSφ:功率因數,這倆個值是查表查的見《全國民用建筑工程設計技術措施》表2.5.2-2及表22.2.8 
      ljs:計算電流 Pjs:計算功率 
      Pjs=Pe X Kx  
      Ijs=Pjs/1.73/0.38/COSφ (三相負荷) 
      Ijs=Pjs/0.22/COSφ (單項負荷)
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