中性線斷線后會(huì)造成用電設(shè)備過(guò)電壓燒毀。圖1中,中性(N)線是電源中性點(diǎn)(O1)和用戶中性點(diǎn)(O2)之間的連線,在沒(méi)有斷線前,如圖1a,電源中性點(diǎn)和用戶中性點(diǎn)之間基本上電位差是相等的。一旦中性線斷線后,如圖1b中O1、O2不再重疊,用戶側(cè)中性點(diǎn)UO2就會(huì)發(fā)生電位移。這樣在用戶側(cè)各相電壓發(fā)生變化,出現(xiàn)一高二低或一低二高。在電壓升高相上會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成用戶的用電設(shè)備燒毀。還可能受到用戶的投訴,要求給予賠償。在用電設(shè)備日趨增長(zhǎng)的今天,這已引起電力企業(yè)重視?,F(xiàn)通過(guò)現(xiàn)象分析并找出過(guò)電壓保護(hù)的方法。
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圖1中性線(a中性線未斷b中性線已斷)[/align]
1 中性線上安裝重復(fù)接地實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)
已往在中性線上安裝重復(fù)接地,作為過(guò)電壓保護(hù),這樣在發(fā)生斷線后,O1、O2就可以通過(guò)重復(fù)接地繼續(xù)連接。
1.1從技術(shù)上分析
設(shè)斷線后O2點(diǎn)電壓位移為60V,重復(fù)接地電阻加上變壓器中性點(diǎn)主接地電阻共20Ω(這是比較理想值)。在不同負(fù)荷下經(jīng)過(guò)計(jì)算電壓位移如圖2所示。
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圖2重復(fù)接地效果曲線[/align]
從圖2看出,只有負(fù)荷在10kW以下,有降低電位移效果,在負(fù)荷較重時(shí)效果不明顯。如實(shí)際負(fù)荷為30kW,只使電位移從60V降為53V,只下降了7V,作用很小。重復(fù)接地是半世紀(jì)前的技術(shù),它適用于10kW以下負(fù)荷很輕的線路,負(fù)荷稍重時(shí)它的作用很小。
1.2從經(jīng)濟(jì)上分析
這個(gè)辦法投資大且效果差。每一個(gè)重復(fù)接地就要在大地上打入不小的鋼管,其費(fèi)用大。一個(gè)低壓電網(wǎng)要設(shè)置多個(gè)重復(fù)接地,一個(gè)縣級(jí)企業(yè)有幾千個(gè)低壓配電網(wǎng),就要設(shè)置幾千乃至幾萬(wàn)個(gè)重復(fù)接地,加起來(lái)耗資十分巨大(幾百乃至上千萬(wàn)元)。即使能做到,今后維護(hù)工作量也頗大。從經(jīng)濟(jì)上分析投入產(chǎn)出比不合算。
在我國(guó),以往低壓電網(wǎng)上實(shí)際重復(fù)接地安裝率不高。這是20世紀(jì)初期的技術(shù),應(yīng)考慮淘汰。
1.3新技術(shù)挑戰(zhàn)和機(jī)遇
目前我國(guó)普遍推廣剩余電流動(dòng)作保護(hù)器,這種保護(hù)器是不允許在保護(hù)范圍內(nèi)的中性線上設(shè)置重復(fù)接地。否則,保護(hù)器運(yùn)行會(huì)發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)等不正?,F(xiàn)象。因此對(duì)線路上即使已裝了重復(fù)接地的,在投運(yùn)總保護(hù)器時(shí)也應(yīng)拆除。本項(xiàng)技術(shù)遇到了新技術(shù)挑戰(zhàn)。
推廣剩余電流保護(hù)器,對(duì)防止中性線斷線又是一個(gè)機(jī)遇。我國(guó)普遍推廣剩余電流保護(hù)器,要求每個(gè)用電戶都應(yīng)安裝剩余電流保護(hù)器。這樣在家用保護(hù)器附加上過(guò)電壓保護(hù)功能,就實(shí)現(xiàn)了過(guò)壓保護(hù)。一旦發(fā)生過(guò)電壓就可切斷本用電戶,確保其他用戶用電設(shè)備安全。這只是在現(xiàn)有保護(hù)器上附加一些元件保護(hù),其投資很小。因此,該辦法的投入產(chǎn)出比,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于裝設(shè)重復(fù)接地。
這個(gè)辦法推廣中出現(xiàn)了誤動(dòng)多的缺點(diǎn),在熱了一陣后又冷了下來(lái)。其原因是過(guò)電壓保護(hù)值選擇太低,動(dòng)作速度太快。
2 性線斷線引起過(guò)電壓的現(xiàn)象
中性線斷線引起用戶端O2點(diǎn)位移產(chǎn)生過(guò)電壓。這個(gè)過(guò)電壓和用電負(fù)荷的平衡程度有關(guān),假設(shè)用電負(fù)荷是平衡的(接相同數(shù)量的白熾燈),那末就不會(huì)發(fā)生過(guò)電壓情況。但是用電負(fù)荷是動(dòng)態(tài)變化的,在一天內(nèi)很難一直保持平衡。設(shè)某時(shí)段A相上關(guān)了部分燈使負(fù)荷減輕,這樣A相上會(huì)發(fā)生過(guò)電壓,剛開始過(guò)電壓幅度不大。時(shí)間一長(zhǎng)(例如幾十分鐘),A相上第一盞燒壞。這促使A相負(fù)荷減輕,A相過(guò)電壓加劇。這又促使第二盞燈加速燒壞,這促使A相負(fù)荷進(jìn)一步減輕,過(guò)電壓進(jìn)一步加劇?!绱瞬粩嗉铀傺h(huán),直至A相上燈泡全部燒壞,O2點(diǎn)位移到BC相的中間點(diǎn)上,A相電壓從220V過(guò)壓到330V。下一步的過(guò)電壓循環(huán)就發(fā)生在B、C相之間,如果B負(fù)荷輕則B相過(guò)電壓,可能導(dǎo)致B相上燈泡燒壞。最終只剩下C相上不會(huì)燒壞。在這變化中,也可能因用電負(fù)荷的突然變化而中止,只燒毀了部分電器設(shè)備。
這個(gè)現(xiàn)象類似雪崩,在山頂微小的不穩(wěn)定,使一個(gè)小雪團(tuán)從山頂滑下,在下滑過(guò)程雪團(tuán)越滾越大,越滾越快,最終形成大面積雪山崩塌。
3 低壓系統(tǒng)上過(guò)電壓的幾種情況
大氣過(guò)電壓幅值為幾萬(wàn)伏,歷時(shí)幾至幾十微秒時(shí)間內(nèi)形成。它容易引起絕緣擊穿。
操作過(guò)電壓幅值為幾百伏至上千伏,歷時(shí)幾至幾十毫秒,一般不會(huì)引起絕緣損壞。但現(xiàn)在弱電元件開始廣泛用到低壓系統(tǒng)上,這些元件在這種過(guò)電壓下會(huì)損壞,這類事故呈上升趨勢(shì)。
中性線斷路引起的過(guò)電壓幅值為幾十至上百伏,歷時(shí)幾十至幾千秒時(shí)間內(nèi)形成。例如,一只220V的白熾燈,如果發(fā)生380V過(guò)電壓,燈泡發(fā)白,燈絲過(guò)熱經(jīng)歷幾十秒后燈絲燒毀。又如,一只220V電源變壓器,如果發(fā)生380V過(guò)電壓,鐵芯高飽和引起勵(lì)磁電流加大,可以經(jīng)歷上百至上千秒,最終變壓器過(guò)熱燒毀。由此可見,中性線斷線引起過(guò)電壓有一個(gè)潛伏期、高速發(fā)展期及最終結(jié)束期。其速度為幾十秒至幾百、上千秒。因此選擇過(guò)電壓保護(hù)的動(dòng)作速度可以有大的延遲。
4 結(jié)束語(yǔ)
除了中性線斷線外,另一種常見的過(guò)電壓是接錯(cuò)線。錯(cuò)將380V供給220V用戶,這是危險(xiǎn)的。
根據(jù)上面分析中性線斷線過(guò)電壓發(fā)生發(fā)展和損壞是一個(gè)比較長(zhǎng)的過(guò)程的規(guī)律。因此,改進(jìn)辦法是過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作應(yīng)當(dāng)有足夠的延時(shí),動(dòng)作值也應(yīng)當(dāng)提高。這可以躲過(guò)電網(wǎng)中的過(guò)電壓,減少誤動(dòng)作。
具體建議過(guò)電壓動(dòng)作值為兩階段:280~300V延時(shí)1~3s,360~380V時(shí)瞬動(dòng)(無(wú)延時(shí))。
提高動(dòng)作電壓可能會(huì)在中性線斷線發(fā)生過(guò)電壓時(shí),會(huì)燒毀最初一小部分電器(尤其是幾盞白熾燈),但一旦燒毀最初幾盞燈后,過(guò)電壓突破280~300V后,過(guò)電壓保護(hù)即會(huì)發(fā)生作用,把剩下電器全保護(hù)了。
因此在家用剩余電流保護(hù)器內(nèi)附加過(guò)電壓保護(hù)功能是投入產(chǎn)出比大的好辦法。