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电工技术断零的分析_梨都砀山我爱你的空间

三相四线配电回路内有时会发生某一相或两相设备大量烧坏的情况。有时同行认为这是三相负载不平衡造成三相电压不平衡引起的，负载轻的一相电压{zg}，使这一相的设备大量烧坏。这一解释只道出了部分原因，它还另有更深层次的原因。某相内设备大量烧坏的主要原因是三相四线回路的中性线（包括TT系统的中性线和TN系统的PEN线或中性线）断线引起。在我国它常被称作“断零”。一．“断零”的危害　　“断零”的危害可用图1来简单分析。图中相线L1未带负载，L2带-150白炽灯泡，L3带-15W白炽灯泡，三相负载非常不平衡。若以电压表测量三相电压，如果中性线未断线，会发现三个电压并没有多大的差异。这是因为这三相都是相同的220V绕组电压供电，他们的电压差异只在于三根相线上不同负载电流产生不同的电压降。而按照规范规定，相线和中性线上的总电压降最多不超过5%，所以仅是三相负载不平衡是不会烧坏某相内的设备的。先假设白炽灯泡前的中性线因故中断，如图1中所示，则150W和15W灯泡成为串联后接在一个380V单相回路中。我们知道白炽灯泡基本上个电阻性负载，其阻值R与功率P成反比，也即R∝1/P 　　因此，如果150W灯泡的电阻为R，则15W灯泡的电阻为10R，这样380V电压就按1与10的比例分配在两个灯泡上。150W灯泡上的电压仅为35V，而15W的灯泡上电压则高达345V，它不久即被烧坏。为进一步分析清楚，可作图1的电压相量图。从图可知三相回路相间电压仍为380V不变，负载侧的中心点由O点转移到O’点，中性线对地电压达190V（在TN系统中，它可引起电击事故），而空载的L1相电压则高达364V，三相电压极不平衡。　　白炽灯的寿命T与施加电压U的14次方成反比，即T∝1/U14 　　施加电压越高，灯泡寿命越短。需要说明的是，白炽灯的寿命是指光通量降至额定光通量的70%的使用时间。15W的灯泡正常寿命为1000h，则按上式计算其寿命将缩减为1.9h。电视机显象管灯丝的寿命在此情况下也难免有很大程度的缩减。电视机电压过高时将因铁损增大而发热，电压过低时则因铜损增大而发热，这都使发动机绝缘老化加速而缩短寿命。所以发生“断零”时发动机的绝缘寿命不论电压高低总难免缩短，但它对电压高低的敏感程度不如白炽灯泡严重。　　“断零”烧设备的危险还在其隐蔽性，因为“断零”后虽然设备寿命缩短，但在开始的一段时间内灯泡依然亮，电动机依然转，人们难以即使发现故障而加以排除，待设备大量烧毁后才发现是“断零”引起，这时为时以晚。二．“断零”烧坏设备事故的预防　　不少同行认为将中性线做重复接地后，用大地通路代替中断的中性线作返回电源的通路，可避免烧设备事故。经相量分析和计算知这是不可能的。因中性线阻抗以若干毫欧计，而大地通路阻抗则以若干欧计，相差悬殊，“断零”后三相电压依然严重不平衡，只是程度稍微轻一些而已。　　根据国外经验，防“断零”烧设备事故不能用开关型防护电器切断电源的方法来防止，只能在线路的选用和敷设上采取各种措施，尽量减少“断零”的发生来防止“断零”烧毁设备。例如IEC标准规定PEN线只能用在固定安装的电器装置内，不论相线截面多小，PEN线的截面不得小于10平方毫米铜线或16平方毫米铝线，以保证其机械强度，防止“断零”。例如一三相四线回路的导线可用3×4mm2+1×10mm2铜线。PEN线截面不是相线截面的1/3或1/2，而是2.5倍。这是因为在TN系统中如果PEN线折断，不但电气设备失去接地，还可因“断零”而导致大量单相设备烧坏，后果十分严重。　　美国对住宅“断零”事故的防范最为重视，因住宅内最容易发生电气事故。不论住宅用电量多大，他们都用单相配电变压器对住宅用高压单相回路供电，而不用三相回路供电。这样就从根本上杜绝了三相四线回路因“断零”而招致的烧设备事故的发生。　　在我国广泛采用低压三相四线供电的条件下，为防范“断零”烧设备事故，在电气线路的设计、安装和管理中应注意到以下几点：
在三相四线回路中应适当放大中性线和PEN线的截面，以保证其机械强度，特别是从电杆到建筑物电源进线口的一段架空引入线，应按规范要求铜线不小于10mm2，铝线不小于16mm2。
采取有效的措施防止中性线承受过大的张力。
注意中性线接头的连接质量，以确保中性线接头的导电良好，应特别注意提高铝线的连接质量，因铝线的表面极容易因氧化或腐蚀而不导电。
在中性线上尽量减少线路端子连接和接头，并尽量少串入开关和触头，以防因其接触不良而增加“断零”的危险。
严禁在三相四线回路的中性线上串接熔断器，以防熔断器因种种原因熔断而形成“断零”。

{dy}节控制和信号回路的设备选择
第１条控制开关应按需要的触点数量、控制接线、操作的频繁程度、回路的额定电压、额定电流和分断电流来选择。
第２条灯光监视接线中的信号灯及附加电阻的选择：
一、当灯泡引出线上短路时，通过跳、合闸回路电流应小于其最小动作电流及长期热稳定电流。可按不大于绕组的额定电流的１０％来选择。
二、当直流母线电压为95%额定电压时，加在灯泡上的电压一肌为其额定电压的60～70%。
双音响监视接线中的上述设备只按本条第二款选择。
第３条跳、合闸位置继电器的选择：
一、在正常情况下，通过跳、合闸回路的电流应小于其最小动作电流及长期热稳定电流。
二、当直流母线电压为85%额定电压时，加于继电器的电压不小于其额定电压的70%。
第４条自动重合闸继电器及其出口信号继电器额定电流的选择，应与其起动的元件动作电流相配合，并保证动作的灵敏度不小于1.5。
第５条电流起动的防跳继电器，其电流线圈额定电流的选择应与断路器跳闸线圈的额定电流相配合，并保证动作的灵敏度不小于2。
第６条断路器的合闸继电器线圈额定电流的选择，应与断路器合闸线圈的额定电流相配合，并保证动作的灵敏度不小于1.5。
第７条信号继电器和附加电阻的选择：
一、在额定直流电压下，信号继电器动作的灵敏度一般不小于1.4。
二、在0.8倍额定直流电压下，由于信号继电器的串接而引起回路的压降应不大于额定电压的10%。
三、选择中间继电器的并联电阻时，应使保护继电器触点断开容量不大于其允许值。
四、应满足信号继电器的热稳定要求。
第８条重瓦斯保护回路并联信号继电器或附加电阻的选择：
一、并联信号继电器应根据直流额定电压来选择。
二、当用附加电阻代替并联信号继电器时，附加电阻的选择应满足第104条一、三、四款的规定。
第二节二次回路的保护设备
第９条二次回路的保护设备用以切除二次回路短路故障，并作为回路检修和调试时断开交、直流电源之用。保护设备一般用熔断器，也可采用自动开关。为保护双重化要求，断路器有两个跳闸绕组时，宜分别装设熔断路，各自接于不同蓄电池组供电的直流母线或接于不同的分段母线上。
第１０条控制回路的熔断器配置：
一、当一个安装单位内只有一台断路器时，只装设一组熔断器。当一个安装单位有几台断路器时，应分别装设熔断器，此时对公用保护回路，是接于电源侧断路器的熔断器还是另行装设总的熔断器，应根据主接线的要求来确定。当有总熔断器时，凡属本安装单位的熔断器应接于总熔断器之下，以便监视。
当一个安装单位有几台断路器而又无单独运行的可能(如双绕组变压器的高、低压侧断路器)或断路器之间有程序控制要求(如调相机的起动断路器与主断路器)等时，其控制回路一般共用一组熔断器。
二、发电机出口断路器及自动灭磁装置控制回路，一般合用一组熔断器。但对发电机三绕组(或自耦)变压器组，当发电机出口不设断路器时，自动灭磁装置的控制回路应单独设置熔断器。
三、两个及以上安装单位的公用保护和自动装置回路(如母线保护、发电机励磁回路接地保护等)，应装设单独的熔断器。对双回平行线路的公用保护也应装设单独的熔断器。
第１１条控制、保护及自动装置用的熔断器均应加以监视，一般用断路器控制回路的监视装置来完成。对装有单独熔断器的回路，一般采用继电器进行监视，其信号应接至另外的电源。
第１２条信号回路的熔断器配置：
一、每个安装单位的信号回路(包括隔离开关的位置信号、事故和预告信号、指挥信号等)，一般用一组熔断器。
二、公用的信号回路(如中央信号等)，应装高单独的熔断器。
三、厂用电源及母线设备信号回路，一般分别装设公用的熔断器。
四、闪光小母线的分支线上，一般不装设熔断器。

第１３条信号回路用的熔断器均应加以监视，一般用隔离开关的位置指示器，也可用继电器或信号灯来监视。
第１４条电压互感器回路的保护设备配置：
电压互感器回路中，除开口三角形绕组和另有专门规定者外，应在其出口装设熔断器或自动开关。当二次回路发生故障可能使保护和自动装置发生误动或拒动时，宜装设自动开关。
电压互感器二次侧中性点引出线上，不应安装熔断器或自动开关设备。当采用B相接地方式时，B相熔断器或自动开关应装在绕组引出端与接地点之间。
电压互感器开口三角绕组的试验芯上，应装设熔断器或自动开关。
第１５条设备所需交流操作电源，一般装设单独的熔断器。
第１６条熔断器电流的选择：
熔断器应按回路{zd0}负荷电流选择，并应满足选择性的要求。干线上的熔断器熔件的额定电流一般比支线上的大2～3级。
电压互感器二次回路的{zd0}负荷电流应考虑仅一组母线运行时，两组电压互感器的全部负荷切换到该组电压互感器上。
第１７条电压互感器二次侧自动开关的选择：
一、自动开关瞬时脱扣器的动作电流，应按大于电压互感器二次回路的{zd0}负荷电流来整定。
二、当电压互感器运行电压为90%额定电压时，二次电压回路末端两相经过渡电阻短路，而加于继电器线圈上的电压低于70%额定电压时，自动开关应瞬时动作。
三、瞬时脱扣器断开短路电流的时间应不大于0.22秒。
第三节小母线和二次回路标号
第１８条各安装单位的控制、信号直流电源小母线，一般由直流屏的馈电线供电。在控制屏上一般敷设有控制及信号小母线，厂用电源及母线设备控制屏上还可分别敷设共用的辅助信号小母线。
第１９条控制和信号小母线均为单母线，按屏组分段，双电源供电，开环运行，并于适当地点以刀闸分段。同时在每块控制屏上(包括直流屏)，装设一个为本屏各安装单位共用的直流电源转换开关或小刀闸，以便寻找接地故障点。
第２０条各安装单位的电压回路用隔离开关的辅助触点切换时，电压小母线一般敷设在配电装置。各安装单位的电压回路用继电器切换或不需切换时，电压小母线一般敷设在控制室。
第２１条控制屏及保护屏上的小母线一般不超过28条，但最多不得超过40条。小母线宜采用φ6～φ8毫米的铜棒。
当屏顶上不能装小母线时，也可通过端子排连接，端子排宜独立排列。
第２２条小母线的色别见附录三。小母线的符号和回路号见附录四。二次直流回路数字标号见附录五。二次交流回路数字标号见附录六。
第四节端子排
第２３条端子排宜由阻燃材料制成。端子的导电部分应为铜质。安装在潮湿地区的端子排应当防潮。
第２４条安装在屏上每侧的端子距地不宜低于350mm。
第２５条端子排配置应满足运行、检修、调试的要求，并适当与民间上设备的位置相对应。
每个安装单位应有其独立的端子排。同一屏上有几个安装单位时，各安装单位端子排的排列应与屏面布置相配合。
第２６条每个安装单位的端子排，一般按下列回路分组，并则上而下(或由左至右)按下列顺序排列：
一、交流电流回路(自动调整励磁装置回路除外)按每组电流互感器分组，同一保护方式的电流回路一般排在一起。
二、交流电压回路(自动调整励磁装置回路除外)按每组电压互感器分组。
三、信号回路按预告、位置、事故及指挥信号分组。
当光字牌布置在屏的上部时，可将信号回路端子排排在上列，其余顺序同上。
四、控制回路按熔断器配置原则分组。
五、其他回路按励磁保护、自动调整励磁装置的电流和电压回路、远方调整及联锁回路等分组。
六、转接端子排顺序为：本安装单位端子、其他安装单位的转接端子，{zh1}排小母线兜接用的转接端子。
第２７条当一个安装单位的端子过多或一个屏上仅有一个安装单位时，可将端子排成组地布置在屏的两侧。

第２８条屏上二次回路经过端子排连接的原则如下：
一、屏内与屏外二次回路的连接、同一屏上各安装单位之间的连接以及转接回路等，均应经过端子排。
二、屏内设备与直接接在小母线上的设备(如熔断器、电阻、刀闸等)的连接一般经过端子排。
三、各安装单位主要保护的正电源一般经过端子排。保护的负电源应在屏内设备之间接成环形，环的两端应分别接至端子排。其他回路一般均在屏内连接。
四、电流回路应经过试验端子。预告及事故信号回路和其他需断开的回路(试验时断开的仪表、至闪光小母线的端子等)，一般经过特殊端子或试验端子。
第２９条每一安装单位的端子排应编有顺序号，并应尽量在{zh1}留2～5个端子作为备用。当条件许可时，各组端子排之间也宜留1～2个备用端子。在端子排两端应有终端端子。
正、负电源之间以及经常带电的正电源与合闸或跳闸回路之间的端子排，一般以一个空端子隔开。
第３０条一个端子的每一端一般接一根导线，导线截面一般不超过6平方毫米。
第３１条屋内、外端子箱内端子的排列，亦应按交流电流回路、交流电压回路和直流回路等成组排列。
第３２条每组电流互感器的二次侧，一般在配电装置端子箱内经过端子连接成星形或三角形等接线方式。
第３３条强电与弱电回路的端子排宜分开布置，如有困难时，强、弱电端子之间应有明显的标志，宜设空端子隔开。如弱电端子排上要接强电芯数时，端子间应设加强绝缘的隔板。
第３４条强电设备与强电端子的联结和湍子与电缆芯的联结应用插接或螺丝连接，弱电设备与弱电端子间的联接可采用焊接。屏内弱电端子与电缆芯的联接宜采用插接或螺丝联接。
第五节控制电缆
第３５条控制电缆的敷设和选型应符合《发电厂、变电所电缆敷设和选择设计技术规程》ＳＤＪ２６－８９的有关规定。
第３６条发电厂和变电所应采用铜芯控制电缆和绝缘导线，按机械强度要求，截面不应小于1.5平方毫米，弱电回路截面不应小于０．５mm2。
第３７条电缆截面的选择：
一、电流回路应使电流互感器工作于下列准确等级：对于电度表、配电屏仪表回路应符合《电气测量仪表装置设计技术规程》SDJ9-76(试行)的有关规定，对于保护装置应符合《继电保护和自动装置设计技术规程》SDJ6-76(试行)的有关规定。当缺乏实际系统的{zd0}短路电流值的情况下，可按断路器的遮断容量选取{zd0}短路电流。
二、对用户计费用的０．５级电度表，其电压回路电压降不宜大于０．２５％；对电力系统内部的０．５级电度表，其电压回路降可适当放度，但不应超过额定电压的0.5%；在正常负荷下，至测量仪表的电压降不应超过额定电压的1～3%；当全部保护装置和仪表工作(即电压互感器负荷{zd0})时，至保护和自动装置屏的电压降不应超过额定电压的3%。
电压互感器到自动调整励磁装置的连接电缆截面亦应按允许电压降来选择，当最在负荷电流时，其电压降不应超过额定电压的3%。但对电磁型电压校正器的连接电缆芯的截面(铜芯)不得小于4平方毫米。
三、控制回路在正常{zd0}负荷时，控制母线至各设备的电压降，不应超过额定电压的10%。
第３８条当控制电缆的敷设长度超过制造长度时，或由于配电屏的迁移而使原有电缆长度不够时，或更换电缆的故障段时，可用焊接法连接电缆(在连接处应装设连接盒)，也可借用其他屏上的端子来连接。
第３９条控制电缆应选用多芯电缆，力求减少电缆根数。当芯线截面为1.5平方毫米时，电缆芯数不宜超过30芯。当芯线截面为2.5平方毫米时，电缆芯数不宜超过24芯。当芯线截面为4～6平方毫米时，电缆芯数不宜超过10芯。
弱电控制电缆不宜超过５０芯。
第４０条对双重化保护的电流回路、电压回路、直流电源回路、双套跳闸绕组的控制回路等，两套系统不应合用一根多芯电缆。
第４１条较长的控制电缆在7芯及以上，截面小于4平方毫米时，应当留有必要的备用芯。但同一安装单位的同一起止点的控制电缆中不必每根电缆都留有备有芯，可在同类性质的一根电缆中预留。
第４２条应尽量避免一根电缆同时接至屏上两侧的端子排，若芯数为6芯及以上时，应采用单独的电缆。
第４３条对较长的控制电缆应尽量减少电缆根数，同时也应避免电缆芯的多次转接。
在一根电缆内不宜有两个安装单位的电缆芯。在一个安装单位内截面相同的交、直流回路，必要时可共用一根电缆。
第４４条弱电电缆和有抗干扰要求的强电控制电缆的选型和敷设应采取以下降低由二次回路输入的干扰电压的措施：
1.应采用屏蔽的控制电缆。屏蔽层或电缆外皮宜一端接地。
2.计算机或微处理机每应采用专用的控制电缆，并应根据它们的要求采取屏蔽措施。
3.弱电回路的芯线不应与强电回路的芯线共置于一根电缆内。
4.同一回路到户外去的缆芯应安排在同一根电缆内，避免同一回路通过两根电缆构成环路。
5.二次回路及弱电回路的电缆在配电装置内的走线尽可能成辐射或树枝状敷设，避免出现环路。
6.弱电回路电缆应尽可能离开高压母线及高频暂态电流的入地点，如避雷器和避雷针的接地点、并联电容器、电容式电压互感器，结合电容器及电容式套管等设备。
7.500kV电压级用于无触点控制、信号、测量回路及静态保护回路的控制电缆应采用屏蔽电缆或具有良好屏蔽功能的铅包钢带铠装电缆或具有相同性能的其他新材料、新结构的控制电缆。
当变送器向计算机回路输出时，其输入、输出回路的控制电缆应按照计算机要求采用专用的控制电缆。
500kV电压级单独使用于强电回路的控制电缆及用于弱电有触点控制、信号回路的控制电缆可采用一般控制电缆。
第４５条控制电缆的绝缘水平可采用500V级，500kV级用的控制电缆的绝缘水平宜采用1000V

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