中性线断线和过电压保护
日期：2008-6-20 13:12:42 来源：本站整理
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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60V，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10kW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60V降为53V，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10kW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220V过压到330V。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220V的白炽灯，如果发生380V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220V电源变压器，如果发生380V过电压，铁芯高饱和引起励磁电流加大，可以经历上百至上千秒，最终变压器过热烧毁。由此可见，中性线断线引起过电压有一个潜伏期、高速发展期及最终结束期。其速度为几十秒至几百、上千秒。因此选择过电压保护的动作速度可以有大的延迟。
4结束语
除了中性线断线外，另一种常见的过电压是接错线。错将380V供给220V用户，这是危险的。
根据上面分析中性线断线过电压发生发展和损坏是一个比较长的过程的规律。因此，改进办法是过电压保护动作应当有足够的延时，动作值也应当提高。这可以躲过电网中的过电压，减少误动作。
具体建议过电压动作值为两阶段：280~300V延时1～3s，360～380V时瞬动（无延时）。
提高动作电压可能会在中性线断线发生过电压时，会烧毁最初一小部分电器（尤其是几盏白炽灯），但一旦烧毁最初几盏灯后，过电压突破280～300V后，过电压保护即会发生作用，把剩下电器全保护了。
因此在家用剩余电流保护器内附加过电压保护功能是投入产出比大的好办法。
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图1中性线（a中性线未断b中性线已断）
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1中性线上安装重复接地实现过电压保护
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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。
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1.1从技术上分析
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设断线后O2点电压位移为60V，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。
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图2重复接地效果曲线
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从图2看出，只有负荷在10kW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60V降为53V，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10kW以下负荷很轻的线路，负荷稍重时它的作用很小。
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1.2从经济上分析
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2中性线断线引起过电压的现象
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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220V过压到330V。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。
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