断零的防范与安全的接地(1)

摘要：某相内设备大量烧坏的主要原因是三相四线回路的中性线（包括TT系统的中性线和TN系统的PEN线或中性线）断线引起。在我国它常被称作“断零”。
关键词：三相四线 配电回路 断零
“断零”的防范
　　三相四线配电回路内有时会发生某一相或两相设备大量烧坏的情况。有时同行认为这是三相负载不平衡造成三相电压不平衡引起的，负载轻的一相电压最高，使这一相的设备大量烧坏。这一解释只道出了部分原因，它还另有更深层次的原因。某相内设备大量烧坏的主要原因是三相四线回路的中性线（包括TT系统的中性线和TN系统的PEN线或中性线）断线引起。在我国它常被称作“断零”。
一．“断零”的危害
　　“断零”的危害可用图1来简单分析。图中相线L1未带负载，L2带-150白炽灯泡，L3带-15W白炽灯泡，三相负载非常不平衡。若以电压表测量三相电压，如果中性线未断线，会发现三个电压并没有多大的差异。这是因为这三相都是相同的220V绕组电压供电，他们的电压差异只在于三根相线上不同负载电流产生不同的电压降。而按照规范规定，相线和中性线上的总电压降最多不超过5%，所以仅是三相负载不平衡是不会烧坏某相内的设备的。
先假设白炽灯泡前的中性线因故中断，如图1中所示，则150W和15W灯泡成为串联后接在一个380V单相回路中。我们知道白炽灯泡基本上个电阻性负载，其阻值R与功率P成反比，也即R∝1/P 
 
图1
　　因此，如果150W灯泡的电阻为R，则15W灯泡的电阻为10R，这样380V电压就按1与10的比例分配在两个灯泡上。150W灯泡上的电压仅为35V，而15W的灯泡上电压则高达345V，它不久即被烧坏。为进一步分析清楚，可作图1的电压相量图，如图2所示。从图可知三相回路相间电压仍为380V不变，负载侧的中心点由O点转移到O’点，中性线对地电压达190V（在TN系统中，它可引起电击事故），而空载的L1相电压则高达364V，三相电压极不平衡。 
 
　　白炽灯的寿命T与施加电压U的14次方成反比，即T∝1/U14
　　施加电压越高，灯泡寿命越短。需要说明的是，白炽灯的寿命是指光通量降至额定光通量的70%的使用时间。图1中15W的灯泡正常寿命为1000h，则按上式计算其寿命将缩减为1.9h。电视机显象管灯丝的寿命在此情况下也难免有很大程度的缩减。电视机电压过高时将因铁损增大而发热，电压过低时则因铜损增大而发热，这都使发动机绝缘老化加速而缩短寿命。所以发生“断零”时发动机的绝缘寿命不论电压高低总难免缩短，但它对电压高低的敏感程度不如白炽灯泡严重。
　　“断零”烧设备的危险还在其隐蔽性，因为“断零”后虽然设备寿命缩短，但在开始的一段时间内灯泡依然亮，电动机依然转，人们难以即使发现故障而加以排除，待设备大量烧毁后才发现是“断零”引起，这时为时以晚。
二．“断零”烧坏设备事故的预防
　　不少同行认为将中性线做重复接地后，用大地通路代替中断的中性线作返回电源的通路，可避免烧设备事故。经相量分析和计算知这是不可能的。因中性线阻抗以若干毫欧计，而大地通路阻抗则以若干欧计，相差悬殊，“断零”后三相电压依然严重不平衡，只是程度稍微轻一些而已。
　　根据国外经验，防“断零”烧设备事故不能用开关型防护电器切断电源的方法来防止，只能在线路的选用和敷设上采取各种措施，尽量减少“断零”的发生来防止“断零”烧毁设备。例如IEC标准规定PEN线只能用在固定安装的电器装置内，不论相线截面多小，PEN线的截面不得小于10平方毫米铜线或16平方毫米铝线，以保证其机械强度，防止“断零”。例如一三相四线回路的导线可用3×4mm2 1×10mm2铜线。PEN线截面不是相线截面的1/3或1/2，而是2.5倍。这是因为在TN系统中如果PEN线折断，不但电气设备失去接地，还可因“断零”而导致大量单相设备烧坏，后果十分严重。
　　美国对住宅“断零”事故的防范最为重视，因住宅内最容易发生电气事故。不论住宅用电量多大，他们都用单相配电变压器对住宅用高压单相回路供电，而不用三相回路供电。这样就从根本上杜绝了三相四线回路因“断零”而招致的烧设备事故的发生。
　　在我国广泛采用低压三相四线供电的条件下，为防范“断零”烧设备事故，在电气线路的设计、安装和管理中应注意到以下几点：
在三相四线回路中应适当放大中性线和PEN线的截面，以保证其机械强度，特别是从电杆到建筑物电源进线口的一段架空引入线，应按规范要求铜线不小于10mm2，铝线不小于16mm2。
采取有效的措施防止中性线承受过大的张力。
注意中性线接头的连接质量，以确保中性线接头的导电良好，应特别注意提高铝线的连接质量，因铝线的表面极容易因氧化或腐蚀而不导电。
在中性线上尽量减少线路端子连接和接头，并尽量少串入开关和触头，以防因其接触不良而增加“断零”的危险。
严禁在三相四线回路的中性线上串接熔断器，以防熔断器因种种原因熔断而形成“断零”。
地线:安全寿命的保障
　　参加工作以来，通过在实际工作中不断的学习和实践，以及不断的在工程中跟有经验的工程师的学习，意识到在工程中安全的重要性，不仅是在结构施工中，而且在配电施工中尤为重要，如果一旦出事，将就是大的安全事故，可能就触及到人身伤亡事故，给国家，企业和个人带来不可估量的损失。所以在技术上首先做到设计合理，尽最大能力避免事故的发生。下面谈谈对电气系统中的地线的一些认识。如果我们将多个电子装置接入到电气系统，电源的质量就变得非常重要，“质量”可以有多种含义，稳定得电压和没有畸形的波形是电气系统最期望的两大指标。接地会影响电压稳定性，对人身安全非常重要。
　　地线将电气系统的所有带电部分或电气系统附近的所有外露金属部分连接在一起。包括金属管、外壳、支架和其它金属物体。这种接地系统具有两个目的：

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