1、民用建筑低壓配電系統中性線斷線故障分析及防治王治義（甘肅省建筑設計研究院，甘肅蘭州 730030）摘 要：通過對建筑電氣低壓配電系統設計中中性線的作用分析，闡述了中性線在三相四線低壓配電系統中的重要作用。關鍵詞：低壓配電系統; 中性線;民用建筑中大量電氣設備電源要求供電電壓為AC220V，電源頻率50Hz。尤其是在住宅建筑中，普通住戶均為單相供電，AC220V設備所占比例更大。民建低壓配電系統大多采用三相四線制或三相四線加一根PE保護線的方式供電，低壓配電系統的接地系統多采用TN-C-S或TN-S系統。變配電室變壓器線圈繞組聯接大多采用D/Yn11或Y/Yn0組別。三相四線制方式供電因其能提供

2、兩種不同的電壓線電壓（380V）和相電壓（220V），可靈活適應民用用戶不同的需要，因此在民用建筑電氣設計中普遍選用三相四線制方式供電。采用三相四線制方式供電，變壓器低壓側的三相電壓是對稱的 , 不考慮中性線阻抗的情況下，中性點為零電位。假如三相負載平衡 ,則中性線中的電流也為零。在民用建筑中存在大量單相負荷，照明、動力等混合供電，三相負載是不平衡的。此時不平衡零序電流通過中性線返回變壓器中性點，形成負載端中性點與變壓器中性點電位的偏移 ,導致三相負載電壓的不平衡。如果發生中性線斷線的情況 ,中性點電位偏移就會更加嚴重 ,同時不平衡電流沒有通路，從而造成各相電壓的升高或降低，燒毀單相用電設備造

3、成嚴重后果。筆者曾經遇到過這樣的情況：某住宅小區單體建筑發生住戶用電設備燒壞的事故，現場調查發現與此相關線路的保護空氣開關都沒跳閘，檢查線路發現也不存在相線、中性線斷線的情況。實測相線、中性線對地電壓分別為：231V，212V，237V，7V，均在合理使用范圍之內。那為什么發生用電設備燒毀而斷路器沒有跳閘的情況呢？現場檢查電氣線路及電氣設備連接情況，在用電設備至配電室這一段線路均未發現連接斷線故障，當檢查到建筑單體配電室總進線柜處時，發現總進線隔離開關選用4極開關，觀察發現隔離開關的中性線動觸頭和靜觸頭接觸不良，造成中性線斷線引起的事故。現場未見使用帶過電壓及失、欠電壓保護的斷路器。將4極隔離

4、開關更換為3極，或中性線不再通過隔離開關。后來再未發生住戶用電設備燒壞的事故。中性點接地系統中中性線的作用是做單相負荷的零線或當不對稱的三相負載接成星形連接時，使其每相電壓保持對稱。在有中性點接地的電路中，假如發生一相斷線，也只影響本相的負載，而其他兩相的電壓保持不變。但如中性線因某種原因斷開，則當各相負載不對稱時，勢必引起中性點位移，造成各相電壓的不對稱，破壞各相負載的正常運行，甚至燒壞電氣設備。而在實際中，負載大多是不對稱的。 下面通過簡單計算分析中性線斷線時的電路情況（圖1,圖2）：圖1：中性線正常使用時UAN=UAO+UON，UBN=UBO+UON，UCN=UCO+UON，而UON=I

5、N×ZNIN=IA+1B+IC式中：IN-流過中性線的電流 ZN-中性線阻抗假設負載均為電阻性負載（電壓與電流同相位）（1）例如負載阻抗ZA=ZB=ZC時，IN=IA+IB+IC=IAej0°+IAej120°+IAe-j120°=0，則IN=0，UON=0（2）假如負載阻抗ZA=2ZB=3ZC時，IN=IA+IB+IC=IAej0°+2IAej120°+3IAe-j120°=1.732×IAe-j150°UON=IN×ZN=1.732×IAe-j150°×ZN可見

6、當中性線上的阻抗不能忽略時，則不平衡電流通過中性線所造成的電壓降不等于零。此時：UAO=UAN-UON=1.04UANe-j1.3°圖2：中性線斷線時：假設負載均為電阻性負載（電壓與電流同相位）（1） 例如負載阻抗ZA=ZB=ZC時，IN=IA+1B+IC=IAej0°+IAej120°+IAe-j120°= 0，則ION=0，UON=0可見在三相負載為同性質負載且電阻、電抗相同時，即便中性線斷線也能維持負荷平衡。（2）假如當負載阻抗3ZA=1.5ZB=ZC時，為了簡化計算，引用教科書載中性點位移公式如下：UNO=(UANYA+UBNYB+UCNYC)/

7、(YA+YB+YC+YN)式中YA、YB、YN、YN-相線A、B、C及中性線N上的導納中性點位移量為：UNO=(6UAN+3UBN +2UCN)/11中性點位移后的三相負荷電壓降為：UAO=UANUNO1.26UCNe-j6.58°UBO=UBNUNO1.04UBNe-j16.13°UCO=UCNUNO0.76UANe-j11°可見在三相負載不平衡的電路中，中性線斷線，負荷中性點就會向負荷大的相的方向位移，使相負荷的相電壓發生變化：負荷大的那一相，相電壓降低，負荷會因電壓不足不能正常工作；負荷小的那一相，相電壓升高，負荷會因電壓過高存在燒毀設備危險。而且負荷小的那

8、一相會因設備毀壞相負荷減輕，過電壓繼續升高，從而加速該相負荷上的設備損壞。綜合以上分析，中性線在三相不對稱負荷中保證了三相負荷相電壓對稱。假如中性線斷線，單相負荷的正常工作狀況就會遭到破壞，輕則無法發揮正常作用，重則將損壞電器設備。因此在三相四線制配電系統一定要保證中性線不斷線及其可靠性。中性線斷線的危害是非常嚴重的，因此在民用建筑電氣設計、施工、投入使用維護時應采取以下措施防止中性線斷線故障發生，總結歸納為以下幾點：（1）中性線的過電流防護嚴禁采用熔斷器，盡量少用斷路器開關觸頭切斷中性線。在具有良好總等電位聯接的TN-C-S、TN-S系統的建筑物內，應優先選用3極開關。在中性線上應盡量減少斷

9、點，保持中性線的良好貫通，預防斷零事故發生。民用建筑電氣設計規范JGJ 16-2008 第752 規定TN-C系統中，嚴禁斷開PEN導體，不得裝設斷開PEN導體的電器。（2）施工過程中，電線（纜）分接箱（盒）及接線端子一定要壓接緊湊，避免壓虛及壓接過度。不同電氣設備連接部位應選用過渡電阻小且無電化學腐蝕的材質連接。三相電度表引入引出線的連接應可靠，保證中性線良好連通。（3）采用TN-C-S、TN-S供電系統在負荷分配上應盡量做到三相負荷平衡，投入使用后定期檢測三相負荷值，力求中性線電壓降為最低。保持中性線最大電流不超過變壓器額定負荷電流的15%。（4）以生活用電(或以單相用電)為主的民用負荷，在配電線纜的選用上優先使用中性線與相線同截面導線，避免使用中性線截面小于相線截面的導線。電力工程電纜設計規范GB 50217-2007：3.7.9條規定，1kV以下電源中性點直接接地時，三相四線制系統的電纜中性線截面，不得小于按線路最大不平衡電流持續工作所需最小截面；有諧波電流影響的回路，尚宜符合下列規定：1）氣體放電燈為主要負荷的回路，中性線截面不宜小于相芯線截面。2）除上述情況外，中性線截面不宜小