電力系統(tǒng)中性點位移的故障分析

中山市體育場館管理中心 林惠佳 陳愉雷

漏電斷路器頻繁越級跳閘的現(xiàn)象故障，直接影響學校的教學秩序，導致學生實習無法進行。該制冷實習室的電源是經(jīng)實訓大樓總配電柜，再分配到每層的配電箱，然后到實習室的開關(guān)箱。在總配電柜的進線側(cè)安裝了空氣保護開關(guān)、每層配電箱都安裝了漏電斷路器，實驗室的開關(guān)箱安裝了漏電保護器，在每個區(qū)域內(nèi)形成了二級漏電保護。

每個室的用電情況如下：變頻空調(diào)實習室有五臺單相變頻分體空調(diào)，每臺功率950W、電流2~5A，最大功率為4750W，三相配電如圖二平均分配；單冷空調(diào)實習室有21臺單相一匹分體空調(diào)，制冷功率880W，額定電流4.1A。該室的三相電源分配如圖2，依此類推，每相電源分配七臺空調(diào)。電冰箱實習室有20臺電冰箱、每臺功率120W，三相電源分配與單冷空調(diào)室一樣；中央空調(diào)實習室的總功率有6.1kW，額定電流10.7A、電源380V。每次學生在單冷實習室實習，使用三相電源時總漏電斷路器就出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象，其它三個室在使用中從沒發(fā)生過這種現(xiàn)象，由于斷路器頻繁跳閘嚴重影響教學秩序，為此針對該故障做了以下分析。

1 關(guān)于漏電保護器的選用

1.1 對漏電斷路器分析

單冷空調(diào)實習室選用的漏電保護器是高靈敏度、快速型的，型號是DZ47LE-63，U=380V、In≤63A、TΔn=0.1s，IΔn=50mA；制冷實習室總的漏電斷路器的型號是DZ101L-100/430，U=380V、In=100A、T≤0.2s、IΔn=100mA、IΔno=50mA，上述兩類漏電保護器是具有短路、過載、漏電和欠壓等方面保護功能，并與自動空氣斷路器結(jié)合組裝。

電壓型和電流型是目前漏電保護器的兩大主流品類，電流型漏電保護器被廣泛使用在低壓電網(wǎng)中，有無中間機構(gòu)是可以將電流型漏電保護器區(qū)分為間接動作式和直接動作式兩種的條件，間接式的品類下又存在儲能式與放大式兩種，其中電子式漏電保護器運用放大器作中間機構(gòu)的。漏電執(zhí)行部件脫扣器、脫扣機械裝置、信號處理電路、實驗按鈕、零序電流互感器、主開關(guān)等共同組成了漏電保護器，當接地故障電流作用在漏電保護器的漏電脫扣器上的情況發(fā)生，被保護設(shè)備電流超過預定值，就會跳閘切斷故障電路。如圖3所示。

TA為零序電流互感器，L1、L2、L3、N為初級線圈，坡莫合金制成的環(huán)形鐵心被四線并排穿過。通常情況下L1、L2、L3、N流過的電流向量和是零，當漏電、觸電發(fā)生時，初級出現(xiàn)剩余電流，次級線圈TA2這時候就會感應到漏電信號數(shù)百毫伏，由TA2、C1組成的回路發(fā)生諧振，便會立刻觸發(fā)硅V4單向可控導通，此時此刻，380V的交流電經(jīng)過V5將近全數(shù)疊加于KA脫扣器線圈，KA即電磁鐵，自由脫扣機械裝置便會被吸動，斷路器QF隨之發(fā)生動斷觸頭分離，由此電源被切斷，觸發(fā)漏電保護機制。如圖3所示分別是觸發(fā)鉗位電路V1~V3，觸發(fā)分流電阻R2。按下驗按鈕SB，剩余電流就會流過R1。壓敏電阻和SB按鈕支路并聯(lián)，如果電流超過了設(shè)定動作電流整定值，放大器就會放大電信號觸發(fā)脫扣器、短時間內(nèi)切斷電源，觸發(fā)漏電保護機制。

1.2 漏電保護器的主要參數(shù)：

主要動作性能參數(shù)有：IΔn為額定漏電動作電流，在設(shè)置好固定的前提下，會觸發(fā)漏電保護器動作所需的電流值；tΔn為額定漏電動作時間，即為突然施加額定漏電動作電流起、直至保護電路被切斷為止所需要的時間。好比30mA×0.1s的保護器，由電流值升至30mA始、直至主觸頭分離為止的時間在0.1s之內(nèi)；IΔno為額定漏電不動作電流，在設(shè)置好固定的前提下漏電保護器不會啟動的電流值，通常會擇取漏電動作電流值的50%。如漏電保護器的動作電流為30mA的，當電流升至15mA之前保護器不會啟動，不然過于敏感會錯誤啟動，使得用電設(shè)施沒法正常使用。

此外的參數(shù)如：I為短路通斷能力，其他如電源頻率、額定電流、額定電壓、過電流脫扣器額定電流等。其中額定電流、額定電壓、電源頻率應與選用漏電保護器時所使用的用電設(shè)備和線路相匹配。

1.3 漏電保護器選擇

漏電保護器需擇取最合適的，即是擇取額定漏電動作電流、動作時間、級數(shù)匹配漏電保護器。

1.3.1 IΔn(漏電動作電流)及tΔn(動作時間)的擇取

漏電動作電流IΔn≥In/1000為通常情況下三相三線的動力線路或三相四線的動力照明混合線路。（漏電動作電流IΔn（A），電路實際最大額定負荷電流In(A)），由于人類對于電擊的承受上限不光和通過人體的電流相關(guān)，也和電流在體內(nèi)中持續(xù)時長相關(guān)，30mA·s為國際通認安全值，也就是在流過體內(nèi)的電流與之在體內(nèi)中持續(xù)時間乘積小于或等于30mA·s的情況下，則不會有致命危險，因此（IΔn）與（tΔn）的乘積應要小于或等于30mA·s（IΔn·tΔn≤30mA·s）。以防止人身觸電為目的，應擇取高靈敏度、快速型漏電保護器，并安裝于線路末端。為預防觸電為目的與設(shè)備接地并用的分支線路，宜選用中靈敏度、快速型漏電保護器，從而預防因為漏電造成的火災事故，并起到保護用電設(shè)備。線路的干線應擇取中靈敏度、延時型漏電保護器。

1.3.2 遵循原則

要達成上下級動作選擇性的條件，方可觸發(fā)分段保護：也就是接地故障發(fā)生于某處時，應該只觸發(fā)本級漏電保護器，上級的不會提前觸發(fā)或同時觸發(fā)，應循下述原則：

上級漏電保護器的額定漏電動作電流的1/2要大于下一級漏電保護器的額定漏電動作電流總和；上一級漏電保護器的可返回時間要大于下一級漏電保護器的最長斷開時間；保護器工作電壓要和電網(wǎng)正常波動范圍額定電壓相適應，如果波動升高的過于大會干擾保護器正常運作，尤其是電子產(chǎn)品。電源電壓如果比保護器額定工作電壓要低的話則不會觸發(fā)。并列系數(shù)K（K=1~0.8）是漏電保護器的額定工作電流要考慮的必要因素，需要與回路中的實際電流保持一致，如果實際工作電流要比保護器的額定電流大就會引起過載，使得保護器誤觸發(fā)。

1.4 漏電保護器誤動作的常見原因

漏電保護器裝置本身存在問題或選擇類型不恰當；接線和安裝存在問題，需查看電源母線各保護裝置的中性線的接法是否保持了一致，從而規(guī)避中性線沒有經(jīng)過保護裝置又或中性線與保護地線直接連接，以及存在電環(huán)流的情況；電網(wǎng)存在高次諧波而引發(fā)，檢查保護回路和大地之間是否存在電容，一旦電網(wǎng)高次諧波太過高，它的Xc=1/（2πfc）（對地容抗）就會變??；如果電路存在強對地電容量也會觸發(fā)，比方說存在比較長的埋在地下的電纜；還有就是三相四線制中的三相負載不平衡所引發(fā)的中性點比較大的位移，此外，還要考慮中性線絕緣不良、接觸不良也可能成為誤動作的誘因。

2 故障分析與排除

測量單冷空調(diào)實習室滿負荷工作電流為30A左右，其他三個室各自的工作電流不超過15A，最多有兩個室同時使用時，各相電流都小于漏電斷路器的額定值，即漏電斷路器不是過載保護；認為是漏電斷路器本身的故障，更換新的漏電斷路器后仍沒有排除故障。參照上面的理論分析，可能的原因是：線路在施工時導線絕緣受損或接線頭包扎不良、加大了線路對地的漏電流；三相負載不平衡造成中性點偏移；中性線連接接觸不良或絕緣不良，造成中性點偏移。

可能的部位：單冷空調(diào)實習室開關(guān)箱使用的是DZ47LE-63漏電保護器斷路器TΔn=0.1s、IΔn=50mA，而制冷實習室的總漏電斷路器型號為DZ101L-100/430，TΔn≤0.2s、IΔn=100mA、IΔno=50mA。既然最初判斷更換了單冷空調(diào)實習室的DZ47LE-63漏電保護器斷路器故障依舊，那故障部位只能是在制冷實習室的總漏電斷路器DZ101L-100/430到DZ47LE-63漏電保護器斷路器前端之間。（含DZ101L-100/430本身)。因其他實習室無論怎樣使用均不會出現(xiàn)越級跳閘現(xiàn)象，空氣斷路器DZ101L-100/430本身故障的“可能性”也極小，最可能的故障就是兩個斷路器之間的線路問題，線路問題無外乎上文中所提的三種可能。本著先“重點”后其他的原則，重點查找線路。

檢查方法：檢查A種原因，由于該線路是用線槽鋪設(shè)，揭開線槽蓋對可能存在問題的部位進行了檢查并未發(fā)現(xiàn)問題；檢查B種原因，進一步確定電源是按照圖2分配的，三相負載基本平衡；檢查C種原因，經(jīng)過檢查中性線的連接點，發(fā)現(xiàn)配電箱內(nèi)幾條中性線纏繞在一起，去除絕緣膠布發(fā)現(xiàn)導線連接處有嚴重氧化現(xiàn)象，并且接點松動，形成接觸電阻。當三相負載較小時，中性點電位位移較小，不足以觸發(fā)分配電箱的漏電器保護動作；當負載加重時中性線接頭電阻較大，有一定壓降而使三相不平衡更嚴重，促使漏電斷路器保護動作；或者單相壓縮機電機啟動時電流較大，在保護器的磁環(huán)當中引發(fā)了一定當量的不平衡磁通，升至某個成都就會引起跳閘。

維修方法：將配電箱內(nèi)中性線接頭的氧化層去掉，重新連接好導線，并且恢復中性線的絕緣；通電試驗：先把單冷空調(diào)實習室的空調(diào)依次通電運行，全部設(shè)備投入運行一段時間后，再把其它三個室的用電器逐步投入運行，漏電斷路器沒有再出現(xiàn)頻繁的越級跳閘。

3 故障總結(jié)

關(guān)于中性點電位偏移故障、導致漏電斷路器頻繁越級跳閘現(xiàn)象的主要原因：中性線導線連接接觸不良，使導線表面接觸電阻增大、導線表面氧化，因而出現(xiàn)中性點電位偏移。另外，線路松動接觸不良在負載發(fā)生變化時極易產(chǎn)生電弧火花從而產(chǎn)生“高次諧波”；“浪涌電流”也是導致斷路器跳閘的原因之一。

導線接觸不良隱藏的危害性直接威脅用戶的安全用電，如果維修不及將會帶來很多的危害，甚至引起火災。以下簡述造成接觸不良的原因：長期的冷熱變化和振動會引發(fā)導線接點松動，造成導線和用電設(shè)備、其他導線的鏈接不夠緊致、牢固；灰塵、污垢、油漬、泥沙、氧化層等污染了導線的連接處；接觸面積不夠大或者因損耗變得粗糙，不夠光滑；由于處理、存放不當，導致銅鋁接點產(chǎn)生腐蝕、絕緣層失效等問題，接觸電阻升高。

如何預防導線接觸不良：要合理規(guī)劃、嚴格安裝電器線路，盡可能減少或規(guī)避接點；要保持導線與用電設(shè)備、其他導線之間的接觸面平滑，對接緊致、牢固；盡可能采用壓接的方式對接導線，不得己要使用繞接時，則必須保證大于導線面積的2倍以上進行繞接；為避免電阻升高，要常態(tài)化定期檢查接面接點的情況；銅鋁接點處連接時應使用銅鋁過渡接點連接點，并進行壓接。

綜上，在低壓電網(wǎng)中，三相四線制供電線路力求三相負荷平衡，當三相用電負荷不平衡時容易造成中性點漂移故障，特別是出現(xiàn)零線斷路故障時相電壓220V上升為線電壓380V，不僅對使用中電器會造成損壞而且危及人身安全，甚至引發(fā)火災事故，經(jīng)過這次中性點漂移故障分析，對電氣線路故障有了更加深刻的認識，對專業(yè)技能、供電線路故障分析與判斷能力都得到了新的提高，為保證學校用電安全作出新的貢獻。