低压配电系统中中性线断线故障保护研究

李洪艳

摘 要：随着经济的飞速发展，社会文明也在不断进步，人们的生活水平日益提高，无论是工业还是民用建筑、办公楼及居民住宅等场所的用电量，都呈现出飞速增长的发展趋势。文章通过对低压配电系统中中性线断线故障后可能产生的危害进行分析，提出了防止中性线断线故障的有效措施。

关键词：低压配电系统；中性线；断线故障；保护

相比过去负载的性质有了很大的变化，过去的负载主要是线性负载，而目前非线性负载所占的比例显著增加，这样就导致三相负载不平衡，进而引起过大的中性线电流的产生。在三相四线制供电系统中，中线起到了重要的作用，可以有效解决三相负载不对称引发的问题，提供各相电流的回路。中线一旦发生故障，中性点就会发生转移，因三相负载不平衡，对于负载最少的那一相，电压也最高，进而导致过电压损坏的发生。对于负载较多的那一相，所分配到的电压就低于正常工作的电压，进而导致该相无法工作。因三相四线制供电中中性线具有至关重要的作用，科学合理的选择中线，并保证其安全稳定运行，成为供电工作的重中之重。低压供电的方式普遍应用于民用建筑中的用电设备，因此，使低压供配电系统能够安全、可靠的运行就变得尤为重要。

引发电气故障的原因有很多种，中性线断线故障就是其中的一种，引发中性线断线的因素也很多，线路敷设方式以及环境条件、导线材质和机械强度、配电装置中性线的连接方式等，都有可能引起中性线的断线故障。

1 中性线断线可能引起的危害

在三相负荷不平衡的情况下，中性线PEN或N线一旦发生断线，必然引起负荷中性点的偏移。因为没有中性滤过不平衡电流，而三相负荷电流的矢量和必须为零，负荷中性点进而出现偏移。

1.1 中性线偏移电位对人身安全造成伤害

在TN-C-S接地系统中，如果PEN线发生断线，就会引起负荷侧电位的偏移，并且经由N线和PE线的接点，进而传到PE线上，然后传至与PE线相连的用电设备的外壳，人体接触用电设备外壳后，就会产生对人体有害的接触电压。

在TN-S接地系统中，如果N线发生断线，同样会引起断开点负荷侧电位的偏移，然而这种接地系统的N线和PE线没有连接点，偏移电位不会对PE线造成影响，不会产生对人体有害的接触电压。由此，可以看出，中性线断线也要视情况而定，有时并不会产生接触电压。

1.2 中性线断线危及用电设备

PEN线或是N线发生断线时，向着负荷大的方向负荷的中性点产生移位，进而引起多相负荷电压降的变化。根据负荷的大小，相应的负荷电压减低或升高。在多相回路中，过电压或者欠电压都会使单相用电设备烧毁。

2 预防中性线断线故障的措施

对于三相四线制线路来说，三相负载不平衡的现象是客观存在的。此外，随着非线性负载所占比例的增大，更加导致了不平衡电流和零序电流的产生，在电流的作用下，中性线发生过载、发热，严重时还会使断线烧毁，三相负载无法在正常的工作状态不运行，也给用电设备的安全带来了巨大的隐患。为此，必须在根源上加以解决，设法保持三相负载的平衡，科学管理，合理选材。此外，还要采用接零接地等保护措施，防止或避免中性线意外断线，以及不安全用电和火灾等现象和问题的出现。

2.1 N（PEN）线截面应该满足机械强度要求

根据导线敷设的方式，确定导线线芯的最小截面，使其符合相关的规定和要求。

2.2 N（PEN）线截面应满足载流量的要求，单相回路中的中性线应与相线截面相等

在三相四线或二相三线的配电线路中，如果用电负荷的大部分都是单相用电设备，对于N线或PEN线的截面也有一定的要求，即不应小于相线截面。

2.3 连接点应牢固可靠并采取防止气化腐蚀的措施

为了提高连接点的牢固性和可靠性，在采用TN-C-S接地形式的配电系统中，对于进户处配电装置中的PEN、PE、N线的连接点，要进行铜母线的设置，形成汇流排，还要采用镀层的方式对该母线及其被连接导线的接线端子进行处理。采用这种措施，可以使防氧化和腐蚀的能力得到提高，并且使得中性线发生断线的可能性大大降低。

2.4 装设中性线断线故障保护电器

在三相四线制配电线路中的中性线发生断路时，中性线断线保护电器可以自动切断负荷侧全部电源线路，进而有效保障电路的安全。中性线一旦断线，就会发生电位偏移，进而对人身或设备造成危害，而中性线断线保护电器的应用，则可以避免这种危害的发生，因此，要求中性线断线保护电器必须具备反时限的特征（欠电压除外）。装设中性线断线故障电器保护需要注意的是，必须考虑到配电系统的接地型式以及等电位的联结条件，并且保护电器装设的位置应该在被保护线路和电源线路的连接处。

2.5 等电位联结

总等电位联接具有能够有效降低建筑物内间接接触电击的接触电压以及不同金属部件间的电位差的特性。此外，从建筑物外经电气线路和各种金属管道，可能引入危险故障电压，进而造成危害，而采用总等电位联结就可以有效避免。总等电位联接能够使人体接触电压减小，防止间接触电，即便是接地故障保护失灵，采用这种措施也能够很大程度的避免触电伤亡事故的发生。在TN-C-S接地型式的配电系统中，总等电位联结，可以使PE线上的对地偏移电压得以降低甚至消除，从而保障人身和设备安全。

3 中性线断线智能保护装置

3.1 中性线断线智能保护装置的性能特点

（1）应用自动稳零技术，抑制零点漂移，克服零点随时间和温度的漂移，实现所有参数的零点免调，提高了装置的测量和保护精度。（2）数字化整定，可按键整定参数或借助上位软件实现计算机辅助调试。（3）抗电磁干扰能力强，既使在非常严酷的场合，也能正常运行。（4）在电源掉电时，能够记忆所有的当前工作状态或设定值、时间等。

3.2 中性线断线智能保护装置的功能

（1）速断功能。当相电压突变到设定值时，中性线断线保护装置能快速发出跳闸指令，实现速断保护。

（2）定时限延时保护。当相电压突变到定值时，中断智能保护装置延时指定时间发出跳闸指令，实现延时保护。

（3）宽电压范围保护功能。当中性线断线后，三相负荷的不平衡度将导致不同的电压变化，不同的保护动作值区间和动作延时时间可调。

（4）报警功能。根据保护类型发出跳闸信号，同时送出报警信号，故障信息能对停电事故快速作出处理意见，减少停电时间。

（5）鉴别报警类型。主要针对监控系统而言，可根据执行元件的报警信号和智能保护装置的报警信号进行综合判断，可快速区分中性线断线和开关保护性动作。

（6）多级选择性保护功能。实现总路和支路，支路和用户等多级分别判断中性线断线保护的配合功能，支路应优先动作，防止断电范围扩大。

（7）自检验证功能。当中性线断线智能控制器发出跳闸信号后，若控制的执行元件未动作，后台可根据断路器的状态信息与该装置的报警输出信号来验证故障的具体原因及位置，从而判断断路器是否存在故障。

（8）通信组网。装置具有RS-485标准接口，可满足电力系统配网自动化和智能小区建设的要求。

（9）内部实时时钟。提供内部的实时时钟，精确记录系统时间。

（10）事件记录功能。可记录保护回路状态信息和报警、跳闸事件及发生的时间。