电力系统中性点位移的故障分析

中山市体育场馆管理中心 林惠佳 陈愉雷

漏电断路器频繁越级跳闸的现象故障，直接影响学校的教学秩序，导致学生实习无法进行。该制冷实习室的电源是经实训大楼总配电柜，再分配到每层的配电箱，然后到实习室的开关箱。在总配电柜的进线侧安装了空气保护开关、每层配电箱都安装了漏电断路器，实验室的开关箱安装了漏电保护器，在每个区域内形成了二级漏电保护。

每个室的用电情况如下：变频空调实习室有五台单相变频分体空调，每台功率950W、电流2~5A，最大功率为4750W，三相配电如图二平均分配；单冷空调实习室有21台单相一匹分体空调，制冷功率880W，额定电流4.1A。该室的三相电源分配如图2，依此类推，每相电源分配七台空调。电冰箱实习室有20台电冰箱、每台功率120W，三相电源分配与单冷空调室一样；中央空调实习室的总功率有6.1kW，额定电流10.7A、电源380V。每次学生在单冷实习室实习，使用三相电源时总漏电断路器就出现越级跳闸现象，其它三个室在使用中从没发生过这种现象，由于断路器频繁跳闸严重影响教学秩序，为此针对该故障做了以下分析。

1 关于漏电保护器的选用

1.1 对漏电断路器分析

单冷空调实习室选用的漏电保护器是高灵敏度、快速型的，型号是DZ47LE-63，U=380V、In≤63A、TΔn=0.1s，IΔn=50mA；制冷实习室总的漏电断路器的型号是DZ101L-100/430，U=380V、In=100A、T≤0.2s、IΔn=100mA、IΔno=50mA，上述两类漏电保护器是具有短路、过载、漏电和欠压等方面保护功能，并与自动空气断路器结合组装。

电压型和电流型是目前漏电保护器的两大主流品类，电流型漏电保护器被广泛使用在低压电网中，有无中间机构是可以将电流型漏电保护器区分为间接动作式和直接动作式两种的条件，间接式的品类下又存在储能式与放大式两种，其中电子式漏电保护器运用放大器作中间机构的。漏电执行部件脱扣器、脱扣机械装置、信号处理电路、实验按钮、零序电流互感器、主开关等共同组成了漏电保护器，当接地故障电流作用在漏电保护器的漏电脱扣器上的情况发生，被保护设备电流超过预定值，就会跳闸切断故障电路。如图3所示。

TA为零序电流互感器，L1、L2、L3、N为初级线圈，坡莫合金制成的环形铁心被四线并排穿过。通常情况下L1、L2、L3、N流过的电流向量和是零，当漏电、触电发生时，初级出现剩余电流，次级线圈TA2这时候就会感应到漏电信号数百毫伏，由TA2、C1组成的回路发生谐振，便会立刻触发硅V4单向可控导通，此时此刻，380V的交流电经过V5将近全数叠加于KA脱扣器线圈，KA即电磁铁，自由脱扣机械装置便会被吸动，断路器QF随之发生动断触头分离，由此电源被切断，触发漏电保护机制。如图3所示分别是触发钳位电路V1~V3，触发分流电阻R2。按下验按钮SB，剩余电流就会流过R1。压敏电阻和SB按钮支路并联，如果电流超过了设定动作电流整定值，放大器就会放大电信号触发脱扣器、短时间内切断电源，触发漏电保护机制。

1.2 漏电保护器的主要参数：

主要动作性能参数有：IΔn为额定漏电动作电流，在设置好固定的前提下，会触发漏电保护器动作所需的电流值；tΔn为额定漏电动作时间，即为突然施加额定漏电动作电流起、直至保护电路被切断为止所需要的时间。好比30mA×0.1s的保护器，由电流值升至30mA始、直至主触头分离为止的时间在0.1s之内；IΔno为额定漏电不动作电流，在设置好固定的前提下漏电保护器不会启动的电流值，通常会择取漏电动作电流值的50%。如漏电保护器的动作电流为30mA的，当电流升至15mA之前保护器不会启动，不然过于敏感会错误启动，使得用电设施没法正常使用。

此外的参数如：I为短路通断能力，其他如电源频率、额定电流、额定电压、过电流脱扣器额定电流等。其中额定电流、额定电压、电源频率应与选用漏电保护器时所使用的用电设备和线路相匹配。

1.3 漏电保护器选择

漏电保护器需择取最合适的，即是择取额定漏电动作电流、动作时间、级数匹配漏电保护器。

1.3.1 IΔn(漏电动作电流)及tΔn(动作时间)的择取

漏电动作电流IΔn≥In/1000为通常情况下三相三线的动力线路或三相四线的动力照明混合线路。（漏电动作电流IΔn（A），电路实际最大额定负荷电流In(A)），由于人类对于电击的承受上限不光和通过人体的电流相关，也和电流在体内中持续时长相关，30mA·s为国际通认安全值，也就是在流过体内的电流与之在体内中持续时间乘积小于或等于30mA·s的情况下，则不会有致命危险，因此（IΔn）与（tΔn）的乘积应要小于或等于30mA·s（IΔn·tΔn≤30mA·s）。以防止人身触电为目的，应择取高灵敏度、快速型漏电保护器，并安装于线路末端。为预防触电为目的与设备接地并用的分支线路，宜选用中灵敏度、快速型漏电保护器，从而预防因为漏电造成的火灾事故，并起到保护用电设备。线路的干线应择取中灵敏度、延时型漏电保护器。

1.3.2 遵循原则

要达成上下级动作选择性的条件，方可触发分段保护：也就是接地故障发生于某处时，应该只触发本级漏电保护器，上级的不会提前触发或同时触发，应循下述原则：

上级漏电保护器的额定漏电动作电流的1/2要大于下一级漏电保护器的额定漏电动作电流总和；上一级漏电保护器的可返回时间要大于下一级漏电保护器的最长断开时间；保护器工作电压要和电网正常波动范围额定电压相适应，如果波动升高的过于大会干扰保护器正常运作，尤其是电子产品。电源电压如果比保护器额定工作电压要低的话则不会触发。并列系数K（K=1~0.8）是漏电保护器的额定工作电流要考虑的必要因素，需要与回路中的实际电流保持一致，如果实际工作电流要比保护器的额定电流大就会引起过载，使得保护器误触发。

1.4 漏电保护器误动作的常见原因

漏电保护器装置本身存在问题或选择类型不恰当；接线和安装存在问题，需查看电源母线各保护装置的中性线的接法是否保持了一致，从而规避中性线没有经过保护装置又或中性线与保护地线直接连接，以及存在电环流的情况；电网存在高次谐波而引发，检查保护回路和大地之间是否存在电容，一旦电网高次谐波太过高，它的Xc=1/（2πfc）（对地容抗）就会变小；如果电路存在强对地电容量也会触发，比方说存在比较长的埋在地下的电缆；还有就是三相四线制中的三相负载不平衡所引发的中性点比较大的位移，此外，还要考虑中性线绝缘不良、接触不良也可能成为误动作的诱因。

2 故障分析与排除

测量单冷空调实习室满负荷工作电流为30A左右，其他三个室各自的工作电流不超过15A，最多有两个室同时使用时，各相电流都小于漏电断路器的额定值，即漏电断路器不是过载保护；认为是漏电断路器本身的故障，更换新的漏电断路器后仍没有排除故障。参照上面的理论分析，可能的原因是：线路在施工时导线绝缘受损或接线头包扎不良、加大了线路对地的漏电流；三相负载不平衡造成中性点偏移；中性线连接接触不良或绝缘不良，造成中性点偏移。

可能的部位：单冷空调实习室开关箱使用的是DZ47LE-63漏电保护器断路器TΔn=0.1s、IΔn=50mA，而制冷实习室的总漏电断路器型号为DZ101L-100/430，TΔn≤0.2s、IΔn=100mA、IΔno=50mA。既然最初判断更换了单冷空调实习室的DZ47LE-63漏电保护器断路器故障依旧，那故障部位只能是在制冷实习室的总漏电断路器DZ101L-100/430到DZ47LE-63漏电保护器断路器前端之间。（含DZ101L-100/430本身)。因其他实习室无论怎样使用均不会出现越级跳闸现象，空气断路器DZ101L-100/430本身故障的“可能性”也极小，最可能的故障就是两个断路器之间的线路问题，线路问题无外乎上文中所提的三种可能。本着先“重点”后其他的原则，重点查找线路。

检查方法：检查A种原因，由于该线路是用线槽铺设，揭开线槽盖对可能存在问题的部位进行了检查并未发现问题；检查B种原因，进一步确定电源是按照图2分配的，三相负载基本平衡；检查C种原因，经过检查中性线的连接点，发现配电箱内几条中性线缠绕在一起，去除绝缘胶布发现导线连接处有严重氧化现象，并且接点松动，形成接触电阻。当三相负载较小时，中性点电位位移较小，不足以触发分配电箱的漏电器保护动作；当负载加重时中性线接头电阻较大，有一定压降而使三相不平衡更严重，促使漏电断路器保护动作；或者单相压缩机电机启动时电流较大，在保护器的磁环当中引发了一定当量的不平衡磁通，升至某个成都就会引起跳闸。

维修方法：将配电箱内中性线接头的氧化层去掉，重新连接好导线，并且恢复中性线的绝缘；通电试验：先把单冷空调实习室的空调依次通电运行，全部设备投入运行一段时间后，再把其它三个室的用电器逐步投入运行，漏电断路器没有再出现频繁的越级跳闸。

3 故障总结

关于中性点电位偏移故障、导致漏电断路器频繁越级跳闸现象的主要原因：中性线导线连接接触不良，使导线表面接触电阻增大、导线表面氧化，因而出现中性点电位偏移。另外，线路松动接触不良在负载发生变化时极易产生电弧火花从而产生“高次谐波”；“浪涌电流”也是导致断路器跳闸的原因之一。

导线接触不良隐藏的危害性直接威胁用户的安全用电，如果维修不及将会带来很多的危害，甚至引起火灾。以下简述造成接触不良的原因：长期的冷热变化和振动会引发导线接点松动，造成导线和用电设备、其他导线的链接不够紧致、牢固；灰尘、污垢、油渍、泥沙、氧化层等污染了导线的连接处；接触面积不够大或者因损耗变得粗糙，不够光滑；由于处理、存放不当，导致铜铝接点产生腐蚀、绝缘层失效等问题，接触电阻升高。

如何预防导线接触不良：要合理规划、严格安装电器线路，尽可能减少或规避接点；要保持导线与用电设备、其他导线之间的接触面平滑，对接紧致、牢固；尽可能采用压接的方式对接导线，不得己要使用绕接时，则必须保证大于导线面积的2倍以上进行绕接；为避免电阻升高，要常态化定期检查接面接点的情况；铜铝接点处连接时应使用铜铝过渡接点连接点，并进行压接。

综上，在低压电网中，三相四线制供电线路力求三相负荷平衡，当三相用电负荷不平衡时容易造成中性点漂移故障，特别是出现零线断路故障时相电压220V上升为线电压380V，不仅对使用中电器会造成损坏而且危及人身安全，甚至引发火灾事故，经过这次中性点漂移故障分析，对电气线路故障有了更加深刻的认识，对专业技能、供电线路故障分析与判断能力都得到了新的提高，为保证学校用电安全作出新的贡献。