一例低压配电线路中性线断线故障的思考

2009年1月，某单位发生因低压配电线路中性线断线造成部分用电设备烧毁事故，现场勘察发现其供用电环境存在以下两点特别之处：

1、低压配电线路采用两相三线式供电；

2、用电电器存在大量办公自动化设备。

根据现场实际，分析事故原因如下：

一、供电方式错误是造成中性线断线的主要原因

我们知道，对于较大的照明及办公负荷应采用三相四线制供电方式，并且要求在接入时尽可能地做到三相负荷平衡，这样基波电流才能相互叠加而趋近于零，方可有效降低中性线电流。该单位采用两相（L1、L2）三线（N）供电，中线流过的电流为L1、L2相矢量和，该电流可大于任一相线负荷电流，并且中性线截面仅为相线截面的50%，在负荷较重时中性线过载甚至损坏在所难免。

二、谐波电流过载是造成中性线断线的又一原因

该单位为一重要行政部门，配备数量较多的空调、办公用计算机和打印机，这些设备本身是谐波电流发生源，工作时将在电气线路内产生大量的谐波电流，其中三次及其奇数倍谐波电流是引起中性线过载的又一原因。由于有些电气人员对于谐波电流过载引起线路故障的危险还不甚了解和重视，在目前谐波源快速增加的情况下，有必要作一介绍。

图1为一三相四线回路，每相都带有相同的基波（50HZ）和三次谐波（150HZ）电流。基波电流在中性线互相抵消而为零，但从图中可知三次谐波电流却因相位相同而叠加，视其含量多少其值可接近或超过相线电流。三次奇数倍谐波电流也叠加（图中为表示）。因此有关设计规范规定，在某些谐波电流含量大的情况下，中性线截面应不小于相线截面，甚至不小于两倍相线截面。

现在谐波电流引起的危险在于有些电气设计人员未充分认识谐波电流的危害，仍按老规矩将谐波电流大的电气回路的中性线截面取为相线的1/2甚至1/3，这必然导致线路大幅度过载和线路绝缘水平的急剧下降。

还需要说明，在谐波电流的作用下，不仅中性线需要放大截面，当谐波电流含量大时相线也需要放大截面。这是因为使导线发热的有效电流I是各次谐波电流有效值平方和的开方，以公式表示为

式中Ih为基波及各次谐波电流的有效值。相线中既然通过基波及各次谐波电流，也需按此公式计算其有效电流，当谐波含量大时也需放大截面，不然将更增加过载危险。

电子信息设备和其他一些非线性负荷的配电回路常因过载保护动作而跳闸，而回路电流表上的负荷电流读数却未超过导线的允许载流量。这是因为电流表的读数是按正弦波形校正的回路电流平均值，而含有大量谐波电流使保护电器动作的回路电流实际有效值（r.m.s值）却比电流表显示值大许多（可超过50%），这正是一些谐波源设备和一些家用电器（如微波炉）引起频繁跳闸的原因。对于现有的配电回路加大过流保护的整定值固然可以避免跳闸，但这样做可能导致线路过载，发生电气火灾事故。

因此，在三相四线回路中，基波电流和偶次谐波电流在中性线上可相互抵消而减小其幅值，但奇次谐波电流，特别是3n奇次谐波电流（即3.9.15等次谐波电流）是相互叠加而增大其幅值的。在三相负荷不平衡而又存在大量3n奇次谐波电流的三相四线回路中，其中性线电流几乎可达相线电流的两倍，这往往使按常规设计的回路中性线过载。由于一般断路器未为中性线设置检测元件，这使中性线过载引起的事故无法防范，它较相线过载更易发生事故。

三、防范措施与治理

1、对于重要的较大负荷单位用户，低压供电方式一定要采用三相四线制，并尽可能做到三相负荷平衡；

2、非线性负荷产生谐波电流是无法避免的，对能够产生谐波电流的设备可以另设配电回路，避免设备间的相互不利影响；

3、3n次奇次谐波电流大的三相四线回路，其中性线截面应取为相线截面的1~2倍；同时，尽量减小配电回路阻抗，例如回路走径尽量短，用电缆而不用架空线配电，用铜芯线而不用铝芯线，提高线路连接质量等。

 

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