临时用电TN-S 供电系统常见故障分析及解决

李圣磊，赵天瑜，保善彤，成 霖，李自立

（中国水利水电第四工程局有限公司机电安装分局，四川 成都 610000）

1 引言

我国低压配电系统普遍采用中性点直接接地方式，接地系统分为IT、TT、TN 三大类，其中TN 系统又分为TN-C、TN-C-S、TN-S 三种方式，根据河南五岳抽水蓄能电站施工临时用电管理要求，五岳工程建设现场临时用电均采用TN-S 接零保护供电系统。现场供电要求：严格执行三相五线制，用电区域实行三级配电、二级漏电保护，临时用电配电箱实行“一机一闸”。

2 临时用电中的TN-S 供电系统

TN-S 接零保护供电系统，T 表示供电变压器低压侧中性点为直接接地；N 表示电气设备的外壳等裸漏金属部分均直接接地；S 表示工作零线N 与保护零线PE 分开设置，如图1 所示。

图1 TN-S 接零保护系统示意图

正常工作时保护零线与接至带电设备金属外壳，其回路不带电，若电气设备发生故障或人员误碰带电设备，其电流将会经PE 线流入大地，此时漏电保护装置将会检测到流入、流出电流存在差流，迅速动作断开电源，保障人身设备安全。

3 临时用电常见故障原因分析

3.1 零线断路

（1）变压器中性点至负载间零线因机械或外力破坏，导致零线断开。此时断线处就构成了中性点不接地供电系统，如图2 所示。

图2 零线断线示意图

（2）根据基尔霍夫定律，In=Ia+Ib+Ic，因施工现场三相负载并不能做到完全相等，此时必然有In≠0，当零线断线时不平衡电流不能通过零线导入大地，中性点电位发生位移，零线就出现了带电现象；且三相负载差别越大，中性点的位移就越多，对电网及设备的危害就越严重。此时负载大的相电压越低，负载小的相电压越高，等值电路见图3。

图3 零线断线等值电路图

（3）设变压器中性点与大地电位相等。

则零线电流有IOO1=Ua/Za+Ub/Zb+Uc/Zc

等效阻抗有Z=1/（1/Za+1/Zb+1/Zc）

电压偏移有UOO1=IOO1Z

根据欧姆定律，负载接入电力系统均采用并联接线，负载越大其回路阻抗越小，设故障时C相负载最小，A、B 两相负载较大且基本相等，令Za=Zb=10 ΩZC=22 Ω。

则IOO1=-28.104 ∠120°

UOO1=-114.50 V ∠120°

此时零位偏移位114.50 V，角度为-60°。

（4）此时三相负载端电压分别为：

UaO1=Ua-UOO1=2 20 ∠0°+114.051 ∠20°=190.57 ∠31.2°

UbO1=Ub-UOO1=220 ∠-120°+114.05 ∠120°=190.57 ∠151.2°

UcOO1=Ub- UOO1=220 ∠120°+114.05 ∠120°=360.5 ∠120°

（5）对于单相用电回路，其零线断线后，火线与零线电位相等，此时造成零线与火线均携带220 V电压，设备不能正常运行。

3.2 变压器中性点零线接地电阻过大或接触不良

（1）TN-S 供电系统采用三相五线制，电缆对地存在对地电容，供电系统可简化为π 型等效电路，此时相线对地有一定的泄露电流流过，泄露电流流向见图4。

图4 泄露电流流向示意图

泄露电流Io=Ia+Ib+Ic

此时零线对地电压U0=I0R（R为变压器中性点接地电阻）

（2）由于施工用电现场用电设备较多，若接地电阻过大或接地状态不良，其泄露电流及不平衡电流，将会出现漂移，三相电压不稳定以及零线带电情况。

3.3 用电设备漏电或相线接地

（1）当设备外壳破损或线路绝缘损坏时，将会发生装置漏电或相线接地故障，此时将出现部分零线带电情况，故障若不及时处理将会引发触电事故。

（2）由Io=Ia+Ib+Ic，设C 相发生接地故障，现实生活中并不存在真正意义理想接地，其接地电阻不等于零，约在0.5～10 Ω，此时故障点周围的地面对大地即（零线）的电位升高，零线将呈现带电现象，零线电流与对地电压大小、零线阻抗大小及故障点对地电阻有关系，其电流流向见图5。

图5 设备漏电或相线接地等电位示意图

3.4 三相用电负荷不平衡

（1）理论上讲，TN-S 系统中零线与地线都是直接接地的，其电位为零，但由于临时用电现场三相负载及两相负载设备种类繁多，且工作时间不稳定，导致供电系统难以保持三相平衡。

（2）由In=Ia+Ib+Ic，若三相负载不平衡，In≠0，此时零线就出现了电流，工程实际中，其接地一般在4 Ω 以内U=InR若接地电阻过大零线将出现带电现象，零线对地电压约大于零严重时电压将高于100 V。

3.5 变压器内部10 kV 高压窜入0.4 kV 低压侧

电力变压器是临时用电的重要能源设备，我国乡镇配电网一般采用10 kV 输电线路，施工现场布置10 kV/0.4 kV 降压变压器。

变压器由于长期运行或变压器油含有杂质会导致变压器内部绝缘降低，当绝缘小于变压器击穿电压后，变压器绝缘将被击穿。

变压器击穿后高压侧10 kV 电压将会窜入0.4 kV 低压侧，低压侧电压将急剧升高，严重损毁用电设备，甚至造成人员伤亡。

3.6 临时用电过程中三相电压偏低

（1）电源进线侧电压偏低：由于电能存储技术复杂，我国用电由电网调配，波峰波谷电压波动明显，低压侧电压将会出现浮动。

（2）根据能量守恒定律，变压器高压侧功率P进=P出+P损，即进线侧功率等于出线侧功率加上功率损耗，此时若变压器进线侧电网电压偏低，经变压器转换后出线侧电压也将低于正常电压。

（3）供电线路过长或电缆选型：临时用电常采用电缆连接，若电缆截面或电缆材质选用不当以及供电线路过长，此时电缆阻抗越大，根据能量守恒定律P=UI，ΔU=IR，当系统负荷越大时流过电缆的电流越大，此时电压压降也就越多，用电终端侧电压越低。

3.7 电源相序错误

我国电力系统中，正相序为A 相超前B 相120°，B 相超前C 相120°，其相序正确是三相用电设备正常工作的根本保证，若电源相序错误，三相设备转向将与正常工作状态（如电动机）相反，对于不可逆电机将缩小其使用寿命，产生发热、异响等异常情况，若不及时处理将会严重损坏设备甚至引发发生安全事故。

4 临时用电供电异常处理方法

4.1 用电设备停电

（1）首先观察用电设备漏电保护器是否跳闸，若漏电保护器跳闸，则有可能装置存在漏电，用万用表测量漏电保护开关出线侧无电压后，分别测试用电设备、开关及线路绝缘情况，找出故障点并处理，待其绝缘满足要求后，合上漏电保护器，测量进线及出线电压是否正常，确认电压正常后启动用电设备。

（2）若漏电保护器未跳闸，首先测试漏电保护器进、出线电压情况，若进线电压正常，出线侧显示无电压，此时可能是漏电保护开关损坏，断开上一级开关，拆除漏电保护器，测量进出线触头，若进出线触头导通异常则更换漏电保护开关后重新合闸测试。

（3）若单相供电线路漏电保护器跳闸，首先测量电压是否正常，若显示火线、零线间电压为零，此时用电笔测量是否带电，若电笔无发光显示，此时查找上一级电路，若显示有点，此时用万用表分别测量火线、零线对地电压情况；若零线对地电压与火线相等，此时可能发生串回路或零线火线绝缘破坏，断开上一级开关，使用绝缘电阻测试仪测量绝缘情况，处理或更换后重新合闸测试。

（4）若单相供电线路漏电保护器未跳闸，测量火线、零线间电压为零，零线对地电压为220 V，此时可能是零线断裂，此时立即断开漏电保护器开关，逐级查询电路，用绝缘电阻测试仪分段查询零线接地情况，找出故障点处，待零线绝缘、接地电阻合格后，合上漏电保护器重新测试。

4.2 用电设备工作异常

（1）分别测试每相电压，观察三相电压是否平衡，若出现某相电压远高于正常电压，检查零线是否出现带电情况，若零线带电情况，立即断开装置电源，检查零线对地电阻，若零线断线，用绝缘电阻测试仪分段查询零线接地情况，找出故障点处，测量接地电阻合格后，合上装置电源，并重新测试三相电压。

（2）若零线对地绝缘电阻合格，零线对地电压不等于零，此时断开总电源，用万用表检查零线与接地极之间的接触电阻，若接触电阻过大，检查连接处是否存在虚接等情况，用接地电阻测试仪检查接地电阻是否合适，若接地电阻过大，检查其与接地网的连接是否遭到破坏，排除故障后重新测试，若土壤导电率不合格此时可加入降阻剂，或增加接地体的埋设。

（3）若用电设备三相电压均偏低，用电装置工作异常，此时断开漏电保护器开关，检进线侧电压是否正常，若进线侧电压偏低则检查变压器进线端电压是否正常，若变压器进线端电压正常输出端电压显示偏低，此时可能是变压器运行挡位选择不合适，断开10 kV 电源进线，调整变压器分接挡位，观察低压侧电压正常后逐级送电；若变压器低压侧输出电压，此时可能是电缆型号选用不合适或是供电线路过长，此时可调整变压器安装位置，使变压器尽量靠近施工区，或选用铜制电缆，增加电缆截面积，处理完成后重新测试。

4.3 三相电机相序接反

（1）三相电机相序接反后会导致电机反转，若不及时解决，将可能发生过载、短路现象，产生大量热量，严重损毁用电设备。

（2）接线前先用相序表测量电压相序为正相序，若电压相序为逆相序，检查线路接线情况，更改接线，待相序检查无误后再送电，相序图见图6。

图6 电压相序向量图

5 结语

工程建设中临时用电布置前，要不断深化切实做好临时用电规划，根据项目情况编制符合施工现场的临时用电施工组织计划，合理选用变压器等供电设备，用电设备尽可能做到三相负载平衡，施工前做好安全技术交底，并由专业人员接线、试验合格后投入使用；加强日常用电巡检，记录三相电压、电流情况，特别是用电高峰期，负载不平衡将导致零线电流过大，零线损坏的情况时有发生；做好施工临时用电管理，供电发生异常时，能快速准确的解决故障，保证施工现场供电正常。

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