正确选择中性线截面确保安全供电

在城网农网改造中，普遍采用接法为Y-Y0低压三相四线制供电系统，由于对动力、照明混合负载供电，三相负荷一般是不对称的，中性线里必有电流通过。通常总是略去中性线阻抗不计，则中性线电压降为零，认为虽然负载不对称，而负载端电压仍能维持对称状态。可是实际情况是中性线阻抗并非为零，中性线上有电压降落，这就是同行们通常所说的要产生中性点位移。由于受中性点位移的影响，即使在正常运行情况下也会使负载端电压不对称。负荷较轻一相的负载端电压会高于额定电压，而负荷较重一相的负载端电压低于额定电压，对三相电源的电器将有烧毁的危险，将会影响负载的正常运行。负载端电压不对称的程序，不仅与负载的不对称程度和供电距离有关，而且还与中性线的截面有很大的关系。


　　在实际工程中往往对中性线的处理很不慎重。普遍认为中性线电流比相线电流小，仅仅从中性线发热条件出发，把中性线截面取得比相线小，习惯上按教科书只取相线截面的二分之一左右，甚至更小。还有的认为中性线不带电，比起相线来不那么重要，因而不仅截面选得小，中间接头多，安装质量较差。总之，中性线质量差一点，似乎对供电质量影响不大，而且还能节省一些材料，降低工程造价。其实这是得不偿失的，由于中性线质量问题造成的技术上危及人身安全及经济上的严重后果，决非靠节省一点中性线材料所能补偿的。


　　本文想通过理论计算分析和实例来说明中性线质量的重要性及其截面的选择原则，以引起设计同行们的普遍注意。


　　1　负载端电压的计算


　　为使计算简化，设负载为电阻性的。计算电路见图1、图2：


　　根据电路原理中的节点电压法，可以得到求解中性点电压公式为：


　　


　　求得中性点电压之后，根据图2所示的电压正方向，即可求得线路首端A、B、C，对负载中性点N′的电压：


　　UAN’=UA-UN’N


　　UBN’=UB-UN’N


　　UCN=UC-UN’N


　　再从图1可知，线路首端对负载中性点电压经过负载电阻与线路电阻分压之后，可求得各相负载端电压：


　　可见，虽然电源电压对称，但由于中性点电压UN′N的影响，使得负载端电压UaN′、UbN′、UcN′实际并不对称。见中性点位移电压向量图3：


　　2　实例计算


　　(1)　三相四线正常供电(计算条件)：


　　①设各相均为电阻性负载，且在某一时刻的实际功率分别为Pa=10kW,Pb=5kW,Pc=2.5kW。相对应的等效电阻为Ra=4.48Ω，Rb=9.68Ω，Rc=21.78Ω。


　　②相线采用截面为25mm2的铝导线，每千米直流电阻r0=1.28Ω。


　　③取中性线材料与相线相同，其截面为35mm2、25mm2、16mm2，分3种情况来计算。


　　鉴于篇幅，计算过程省略，将计算结果列表1：


　　表1


　　(2) 设中性线断线：


　　三相四线供电系统，如果不能保障中性线的质量，中性线的断线机会比相线多，特别是户外架空线路更为明显，现设中性线断线，而上述条件不变，将计算结果列表2：


　　表2


　　(3) 设中性线断线的同时断一根相线：


　　相线由于机械强度原因而发生断线的可能性不大，但因某相过载而熔丝熔断，或某相熔丝在安装过程受损伤而先行熔断，或因变压器计量箱接线端头螺丝松动，接触不良开路，使线头烧断等情况也时有发生，这与断线本质相同。因此，在中性线断线的同时发生相线中断的可能性还是有的，现设中性线断线的同时B相断线，上述条件不变，将计算结果列表3。


　　3　比较计算结果总结


　　(1)　供电距离一定，中性线截面越大，中性点电压越低，负载端电压不对称的程度越小。理想情况是中性线截面无限大，其直流电阻为零，中性点电压为零，负载端电压完全对称。但客观上这是不现实的。


　　(2)　中性线截面为(25mm2)与相线相等，当供电距离较近时(本例为250m以内)负载端电压为额定电压(220V)的(0.94～1.07)倍，基本上是正常的。但供电距离较远时(本例取500m)，负载电压为额定电压的0.85～1.09倍，这显然是不合格的。


　　(3)　中性线截面(35mm2)比相线大，当供电距离较近时，虽然负载端电压不对称情况有了进一步的改善，但效果已不显著。如果供电距离较远，中性线截面增大所产生的效果更加明显。


　　(4)　中性线截面(16mm2)比相线小，即使在供电距离较近的情况下，负载端电压也不能令人满意，特别是供电距离较远时，负载端电压的0.81～1.13倍，达到了不能允许的程度。


　　(5)　提示：从表2、表3所列数据来看，如果一旦没有中性线，无论相线中断与否，负载端电压低者达到无法工作的程度，高者达到300V以上，已危及用电设备的安全。


　　总之，三相负载不对称供电系统，没有中性线，或中性线中断是很危险的，我县县医院专变在一夜之间烧坏电灯数196只，烧坏大小彩电18台，VCD影碟机9台，保险公司赔偿修理费3268元，经查正是由于中性线截面过小所致(当时线路相线35mm2，而中性线只有16mm2)。可见，保障中性线的安全是多么重要。同行们都知道断一根相线，最多不过使该相负载供电中断，但对负载的安全并不构成危害。从这个意义来说，中性线的安全比起相线来更为重要。


　　4　结论


　　无论从供电电压质量还是从供电的安全可靠角度要求，中性线截面选择比相线小的传统做法是不合理的，中性线截面与相线应按1∶0.75也只是最基本的要求。同时要求管供电的电工应经常地检查线路的连接头有无接触不良的现象，还应尽量减少线路途中的零线接头，并在负载侧总的计量箱前将中性线重复接地，接地电阻阻值小于4Ω，以保证正常供电。