三相四线系统零线运行故障的分析和预防措施

李之建

（襄阳供电段，湖北襄阳 441053）

在三相四线制低压供电系统中，零线的作用是当三相负载不对称时，保证零线上的阻抗为零，以消除中性点位移，使各相的电压保持对称，即各相负载的相电压恒等于电源相电压，并与负荷变化无关。三相中一旦有一相发生断路，只影响本相，其他两相电压仍保持不变，确保接在此两相上的电器设备仍能正常工作。

但是，如果三相四线中的零线因故断路后，在三相负载不对称时，则会产生变压器中性点位移，致使三相电压不平衡，即有的相电压过高，可能烧毁电器设备，有的相电压过低，使电器设备无法正常使用。

1 三相四线低压供电系统零线断路的几种情况

（1）单相供电

在单相供电范围内发生零线断路，故障范围内的电灯不亮，其他电器不能使用，这时用氖灯验电笔验电，相线、零线都亮；用数字验电笔验电，相线和零线都显示相电压；但用电压表测量却没有电压指示。根据上述情况则可判定该单相供电范围内零线断路。

（2）三相四线制线路

某一分支发生零线断路故障，具体表现是：在这一分支线路供电范围内，一部分用户电灯亮度不够，日光灯不能启动，电视机亮度下降、图像缩小，有欠电压保护的电器则无法开机或自动关机。而有一部分用户电压明显升高，电灯特别亮，电扇转速加快，情况严重的，电灯或其他电器很快烧毁。发生以上情况则可判定该分支零线发生断路。

（3）三相配电变压器

供电范围内产生零线断路故障，即零线母线发生断路，具体表现与三相四线分支发生零线断路故障相同，只不过范围更大，危害更严重，损失更巨大。

2 三相四线低压供电系统发生零线断路的计算与分析

2.1 无重复接地情况

线路没有重复接地时，存在图1中的K点断线现象。

图1 三相四线低压供电系统无重复接地时断线示意图

正常供电时（零线未断）：U A0＝UC 0＝U B0＝220V。零线断线后负荷的零线回不到变压器中性点，破坏了原来的供电系统，形成线间串并联灯供电。线间供电情况分解如图2所示。

图2 三相四线低压供电系统线间串并联灯供电图

从图2中可以看出：形成某一相几个灯泡并起来，与另一相几个灯泡串起来，接到线电压上，每个灯泡承受的不是相电压220V，具体的值由分析得知：各线电压虽然都相等，即Uab＝Ubc＝Uca＝380V，但因各线间所接灯泡数不同，负荷亦不同，所以电阻也不同，这样各线间电流不会相同，各灯泡上的电压也不会一样，每个灯泡的功率也发生变化，形成有的灯泡亮，有的灯泡暗。为便于分析，假设每个灯泡全是100W，分别编号。

通过计算，各灯泡的功率计算值如表1所示.

表1 试验数据

从表1可以看出，3号灯泡的功率比原功率都增加了，至少增加1.68倍。4、5、6号灯泡的功率比原功率都减少，甚至减少了五分之一。1、2号灯泡的功率同样也发生了变化，由此可得到以下结论：

（1）由于零线断线后，造成三相负荷的功率都发生了变化，有的功率增加很大，后果是烧坏，有的功率减少很大，后果不能发挥作用。

（2）三相负荷越不平衡，这种现象越严重。原来负荷小的相这时功率增大；原来负荷大的相这时功率减小。

（3）这种现象不仅适用于灯泡，而且适用于其它单相家用电器，所以零线断线后，严重影响单相家用电器的正常使用，甚至烧毁。

2.2 重复接地情况

如图3所示，线路有重复接地时，发生零线断线后的零线通过重复接地与大地构成回路，仍然可以回到变压器中性点，起到零线的作用，避免零线断线后的损失。通过以上分析可知，要把零线与火线看得同等重要，尤其是居民生活区更值得注意，不但要重视线路上的重复接地，而且要重视引入口的重复接地。

图3 三相四线低压供电系统有重复接地时断线示意图

3 发生零线断路的主要原因

（1）三相负载严重不平衡，零线电流过大或零线导线截面积过小，零线被烧断。

（2）零线接头处接触不良，造成火花现象，时间长了，引起零线断路。

（3）配电变压器的零线接线柱与导线连接接触不良，维护不到位，引发零线断路。

（4）配电变压器内部零线引出线断路。

（5）三相四线制线路零线上装有熔断器或单独的开关，保险丝熔断或拉开开关，造成零线断路。

（6）断开三相四线制线路时，先断开零线。

（7）其他故障引起的零线断路，如大风刮断零线，车辆碰撞电杆、拉线造成零线断路等。

4 防止零线故障的预防措施

（1）三相四线供电，单相负载应尽量分配均匀，保持三相负载平衡，加强对三相电流的监视，发现不平衡及时进行调整。

（2）零线电流不能大于相线电流的1／4，零线导线截面不能小于相线截面的1／2。

（3）零线的连接要牢固可靠，配电变压器及配电屏的引入、引出线，如采用铝导线，应使用铜铝过渡线夹，并加强巡视和维护，特别要进行夜间巡视，发现接头出现火花及时进行处理。

（4）三相四线制线路的零线，严禁安装熔断器或单独的开关装置。

（5）断开三相四线制线路时，应先断开相线，后断开零线，接线时顺序与之相反。

（6）在线路上和引入口加装重复接地装置。

（7）一旦发生零线断路故障，应尽快切断三相电源进行处理，以减小事故危害。

由于电器设备开启的随意性，三相负荷不平衡状况是不可避免的，因零线断路而造成的电器损坏要求赔偿的事件经常性发生，因此只有加强对零线的检查、维护，防患于未然，才能确保零线安全运行，减少纠纷和经济损失。

1 温德智，郭志良.电力内外线工程［M］.北京：铁道出版社，1997.

2 华玉兴.电力线设备运行与维护［M］.北京：铁道出版社，1995.