浅谈低压供电系统中零线断线的危害与预防

摘要：论述了低压供电系统中的零线断线将引起用电设备大量烧坏和人身触电事故，阐述了预防手段及措施。

关键词：低压供电系统；零线断线；预防

作者简介：魏爱玉（1958-），女，福建长乐人，福建电力有限公司培训中心，高级讲师。（福建 福州 350009）

中图分类号：TM727.4     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）18-0119-02

低压供电系统的正常运行直接关系到人们的工作、学习和生活，所以保证供电系统安全、稳定、无故障运行是至关重要的。然而，在低压供电系统中的零线断线故障是最常见的故障，它们可能引发人身触电事故、用电设备烧损等。因此有必要寻求有效的预防措施，最大限度地保障用户用电的安全。

一、故障现象及原因分析

1.故障现象

某月某日，某小区#6楼出现1～2层楼电灯烧坏多盏，而3～6层楼电灯比正常发光要暗得多，还出现几户用电器、电灯烧坏。用试电笔测该小区#6楼张三家里的相线、零线，发现均带电。经分析出现这一现象的原因是零线接触不良或零线断线，结果查出确是#6楼电源进线处接零线的螺丝松动，重新接好后，故障立即消失。

2.故障原因分析

该小区是属于早期的民用建筑，采用TN—C系统（三相四线制回路）供电。#6楼共六层，1～2层楼负载接U相电源、3～4层楼负载接V相电源、5～6楼负载接W相电源，当时三相电源电压对称，而三相负荷极不对称。实际上在三相四线制回路中，三相负荷不对称是经常性的、必然的。当零线完好时，由于零线迫使电源中性点与负载中性点等电位，三相不对称负荷上仍然可以得到三相接近对称的电压；而零线断线时，由于用户端的三相负载不平衡，将造成中性点电位的较大位移，在阻抗较大的一相上负载电压上升，而阻抗较小的一相上负载电压下降。为了分析问题的方便，我们不妨按负荷极端不对称情况加以分析。

#6楼的电路图如图1所示，假设图中相线U空载，相线V和W负荷相等，在这三相负载非常不平衡的情况下，零线断线时，由《电工基础》计算得知：三相电源电压仍然对称，负荷侧的零线对地电压为110V，而U相负载侧的相电压则为330V，V相和W相负载侧的相电压则均为190V，负荷侧的三相电压极不平衡。接在电压较高的那相上的用电设备很快烧毁。而接在电压较低的那两相上的电灯比正常发光要暗得多，采用电机的用电器（如电风扇）由于低压过流而烧坏。可见零线断开后的危害性是很大的。

二、零线断线的危害

1.零线断线可能烧毁大量用电设备

由上述分析可知：由于种种原因在零线断开后和用户端的负载不平衡，将造成中性点电位的较大位移，当其中两相阻抗相差悬殊时，在阻抗较大的一相上负载电压可能高达300V以上，另外相的电压则降低，给单相的用户端用电设备造成很大威胁，经常因此类故障大量烧毁家用电器。这种零线断线情况是时常遇到的，尤其是在居民楼中更易发生。因此在设计、施工和运行维护中要特别引起注意。

2.零线断线可能造成人身觸电事故

早期的民用建筑通常采用TN-C系统（三相四线制回路）供电，TN-C系统中是将电气系统的所有用电设备金属外壳与电源的零线连接在一起。这种接地系统是为了保证人身的安全。然而当零线断线，由于中性点的位移，在负荷极端不对称情况下，由上述分析可知：零线断线后接零的用电设备金属外壳对地的电压为110V。或当用电设备的一相碰壳时零线断线（如图1所示），用电设备金属外壳也将会出现危险的对地电压。因为当零线正常时，短路电流通过熔断器（或低压断路器）时能够以最短的时间自动断开电路，这样，就使用电设备中可能被人触及的金属外壳上不至于出现危险的电压。而当用电设备的一相碰壳且零线断线时，由于没有电流通过低压断路器（或熔断器），故障不能迅速切除，零线断线后的用电设备金属外壳会出现危险的对地电压持续存在，假如这时人触及该用电设备金属外壳时，可能将引发大的安全事故，可能造成人身伤亡事故，给国家、企业和个人带来不可估量的损失。

三、零线断线的预防

1.零线重复接地

为了防止零线断线用电设备金属外壳失去接地保护，将零线做重复接地后，虽然可以改善人身安全问题，但仍然无法解决零线断线将引起用电设备大量烧坏的问题。当零线断线后，用大地通路代替中断的零线做返回电源的通路，因为零线阻抗很小，而大地通路阻抗较大，两者相差悬殊，零线断开后负载上三相电压依然严重不平衡，只是程度有些改善。

另一方面，零线做重复接地后，零线断线时这相当于在三相四线制系统中将一部分用电设备采用保护接零，另一部分用电设备采用保护接地，当后者一相绝缘碰壳时，接地电流将受到接地电阻的限制，致使保护装置动作失灵，使故障不能迅速切除，同时，当接地电流通过电源的中性点接地电阻时，在零线上产生高电压，使采用保护接零的用电设备金属外壳上都将带有不允许的对地电压，因此重复接地对人身并非绝对安全，只是有所改善而已。

2.采用三相五线制供电系统

为了解决三相四线供电系统零线断线后的用电设备外壳长时间带电的问题，现在新建的高楼住宅均采用三相五线制供电系统（TN-S系统），将零线N与保护线PE分开来敷设，PE线不通过正常负荷电流，所以正常时PE线和用电设备的外壳不带电压，仅在用电设备发生一相碰壳故障时才带危险的电压，在保证发生此类故障时保护可靠动作的前提下，采用TN-S系统能较好地解决用电过程中人身的安全问题。但也不能解决零线断线可能烧坏大量用电器的问题，因此最重要的是使运行中的零线不能断线。

3.采用单相回路供电

当然如果我们把防止零线断线放在首要位置来考虑，不论住宅用电量多大，均采用单相配电变压器对住宅供电（即采用单相回路供电），而不用三相回路供电。虽然线路的投入成本会有所加大、功率损耗也有所增加，但这样就可以从根本上杜绝低压供电系统因零线断线而引发的事故。

4.防范零线断线

为防范零线断线事故，在零线的设计、安装和运行管理中应注意以下几点。

（1）零线的截面不宜太小。预防零线断线烧毁用电设备主要在零线的选用和敷设上采取各种措施。在理论上，虽然零线截面可选用较相线截面小的导线，但不宜小于相线截面的1/2。实际运行中，有时可能出现流过零线的电流与流过相线的电流相等的情况，因此有必要考虑零线采用与相线相同的导线，虽然线路的投资略有上升，却既能防止零线断线，又能降低线损，减少压降，同时也便于施工备料与维护。为了保证机械强度，防止零线断线，主干线路零线采用铜线的截面不得小于10平方毫米、铝线的截面不得小于16平方毫米，这是因为主干线路的零线断线将导致大量用电设备烧坏，后果十分严重。

（2）消除铜铝接头。在低压电网中，电气设备为铜线，而连接导线多为铝线，铜铝接头随时可见，在长期运行中产生铜铝电化腐蚀，造成接触不良，接头过热而烧断。为此，要采用铜铝过渡线夹，消除铜铝接头。注意零线接头的连接质量，以确保零线接头的导电良好，应特别注意提高铝线的连接质量，铝线的表面极容易因氧化或腐蚀而使导电性能变差。

（3）在零线上应尽量减少线路端子连接和接头，以防因其接触不良而增加零线断线的危险。

（4）在零线上不能装设熔断器，以防止熔断器因种种原因熔断而形成零线断线。

（5）设计中保持零线电流不超过额定相电流的25％。但在实际运行中应控制在20%左右，也就是三相负载安排尽量平衡。

（6）加强线路维护，发现隐患及时消除。

（7）加强施工管理，防止线路人为损坏。

（8）如果经济条件允许的话，零线尽量采用机械强度较好的铜线。

（9）零线与零线的连接，或零线与电气设备的连接，可用螺栓连接或焊接，用螺栓连接时应设防松螺帽或防松垫片，不可采用缠绕的方式连接。

（责任编辑：麻剑飞）

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