中性线断线和过电压保护

电力18讯：    
宁夏回族自治区隆德县供电局  陈福加  

中性线断线后会造成用电设备过电压烧毁。图1中，中性（N）线是电源中性点（O1）和用户中性点（O2）之间的连线，在没有断线前，如图1a，电源中性点和用户中性点之间基本上电位差是相等的。一旦中性线断线后，如图1b中O1、O2 不再重叠，用户侧中性点UO2 就会发生电位移。这样在用户侧各相电压发生变化，出现一高二低或一低二高。在电压升高相上会产生过电压，严重时会造成用户的用电设备烧毁。还可能受到用户的投诉，要求给予赔偿。在用电设备日趋增长的今天，这已引起电力企业重视。现通过现象分析并找出过电压保护的方法。


图1 中性线（a 中性线未断 b 中性线已断）
1 中性线上安装重复接地实现过电压保护

已往在中性线上安装重复接地，作为过电压保护，这样在发生断线后，O1、O2就可以通过重复接地继续连接。

1.1 从技术上分析

设断线后O2 点电压位移为60 V ，重复接地电阻加上变压器中性点主接地电阻共20Ω（这是比较理想值）。在不同负荷下经过计算电压位移如图2所示。


图2 重复接地效果曲线
从图2看出，只有负荷在10 kW 以下，有降低电位移效果，在负荷较重时效果不明显。如实际负荷为30kW， 只使电位移从60 V 降为53 V ，只下降了7V ，作用很小。重复接地是半世纪前的技术，它适用于10 kW 以下负荷很轻的线路，负荷稍重时它的作用很小。

1.2 从经济上分析

这个办法投资大且效果差。每一个重复接地就要在大地上打入不小的钢管，其费用大。一个低压电网要设置多个重复接地，一个县级企业有几千个低压配电网，就要设置几千乃至几万个重复接地，加起来耗资十分巨大（几百乃至上千万元）。即使能做到，今后维护工作量也颇大。从经济上分析投入产出比不合算。

在我国，以往低压电网上实际重复接地安装率不高。这是20 世纪初期的技术，应考虑淘汰。

1.3 新技术挑战和机遇

目前我国普遍推广剩余电流动作保护器，这种保护器是不允许在保护范围内的中性线上设置重复接地。否则，保护器运行会发生误动或拒动等不正常现象。因此对线路上即使已装了重复接地的，在投运总保护器时也应拆除。本项技术遇到了新技术挑战。

推广剩余电流保护器，对防止中性线断线又是一个机遇。我国普遍推广剩余电流保护器，要求每个用电户都应安装剩余电流保护器。这样在家用保护器附加上过电压保护功能，就实现了过压保护。一旦发生过电压就可切断本用电户，确保其他用户用电设备安全。这只是在现有保护器上附加一些元件保护，其投资很小。因此，该办法的投入产出比，远远优于装设重复接地。

这个办法推广中出现了误动多的缺点，在热了一阵后又冷了下来。其原因是过电压保护值选择太低，动作速度太快。

2 中性线断线引起过电压的现象

中性线断线引起用户端O2点位移产生过电压。这个过电压和用电负荷的平衡程度有关，假设用电负荷是平衡的（接相同数量的白炽灯），那末就不会发生过电压情况。但是用电负荷是动态变化的，在一天内很难一直保持平衡。设某时段A相上关了部分灯使负荷减轻，这样A相上会发生过电压，刚开始过电压幅度不大。时间一长（例如几十分钟），A相上第一盏烧坏。这促使A相负荷减轻，A相过电压加剧。这又促使第二盏灯加速烧坏，这促使A相负荷进一步减轻，过电压进一步加剧。……如此不断加速循环，直至A相上灯泡全部烧坏，O2 点位移到BC 相的中间点上，A相电压从220 V 过压到330 V 。下一步的过电压循环就发生在B、C相之间，如果B负荷轻则B相过电压，可能导致B相上灯泡烧坏。最终只剩下C相上不会烧坏。在这变化中，也可能因用电负荷的突然变化而中止，只烧毁了部分电器设备。

这个现象类似雪崩，在山顶微小的不稳定，使一个小雪团从山顶滑下，在下滑过程雪团越滚越大，越滚越快，最终形成大面积雪山崩塌。

3 低压系统上过电压的几种情况

大气过电压幅值为几万伏，历时几至几十微秒时间内形成。它容易引起绝缘击穿。

操作过电压幅值为几百伏至上千伏，历时几至几十毫秒，一般不会引起绝缘损坏。但现在弱电元件开始广泛用到低压系统上，这些元件在这种过电压下会损坏，这类事故呈上升趋势。

中性线断路引起的过电压幅值为几十至上百伏，历时几十至几千秒时间内形成。例如，一只220 V 的白炽灯，如果发生380 V 过电压，灯泡发白，灯丝过热经历几十秒后灯丝烧毁。又如，一只220 V 电源变压器，如