低压配电系统中漏电、短路及中性线断线原理及故障分析

低压配电系统中漏电、短路及中性线断线原理及故障分析

韩斌社

（西安融创天朗地产有限公司）

摘要：在日常生活中，人类所使用的电子类，电器类设备越来越多，同时这些设备的不合理，不安全使用带来了很多的安全隐患，设备漏电，中性线断线及短路故障等不仅会带来财产损失，严重者更会危及人类的生命。

一、漏电

漏电，是用电器外壳和市电火线间由于某种原因连通后和地之间有一定的电位差产生的，检测漏电的最好方法就是用电笔接触带电体，如果氖泡亮一下立刻就熄灭，证明带电体带的就是静电，如果长亮定是漏电无疑。

漏电产生的原因有二：

（1）有些用电器采用的电路板自身有问题（电路板低压电路没和220V的交流电隔离，本身就带有市电），采用开关电源的电器多属这一种情况。如有些老式彩电，人一摸到天线就会有手麻的感觉，这就是天线和电路板相连产生的漏电。不过这些电对人没多大危险，因为电路板和市电间有一个阻值很大的电阻，产生的电流很小。

（2）即便是用电器的电路板本身没问题，但由于某些元件漏电（尤其是电容）或是由于电路板受潮、灰尘太多，也会出现漏电的现象，如有一些用电器外壳一开始不带电，但用了一段时间后又带电了，多属这种情况。

1．漏电故障的危害

漏电发生的前提是电气设备外壳是金属而其作用只限于封闭与美观等，工作时不参与导电。而灯具类电气设备其外壳一般为玻璃、塑料、透明陶瓷等材料，所以不会发生漏电现象，故可能发生漏电的设备是外壳为金属且工作时不可带电的一类电气设备。危害的对象则是当该类设备发生漏电时接触设备的人，而且故障不排除，发展下去就会演变为短路，造成相关一系列危害。

2．漏电的定义

所谓漏电是指外壳为金属的用电器，工作时不允许外壳带电，由于某种原因引起绝缘损坏使其外壳带电进而对人形成接触电压的现象。

漏电是介于正常和短路之间的一种故障，可以说漏电就是短路的前奏，及时排除这类故障是防止短路的有效措施。

3．漏电保护接线。

漏电保护的空气开关一定要将火线和N线同时接入，不可接PE线。电气设备的A、B、C三点分别接在设备的插座上。

防范措施

如果出现外壳带电，摸到有明显的刺痛感，这种情况就有可能属于漏电了，可以用我们前面介绍的办法进行检测。遇到这种情况应该从防范漏电入手。笔者在实践中总结出了三种方法，供大家参考：

①最简单的做法就是交换火线和中性线的位置（如将两相插头转180度后再插入插座），这种方法一般很有效。因为有些用电器必须遵循“左零右火”的原则，插反后就会出现外壳漏电的现象。尤其是电脑及打印机等更要严格遵循这个原则。笔者就曾遇到了这种情况，插头插反后电脑主机和打印机都带了电，手不敢碰金属外壳，用电笔测试，氖泡很亮，用万用表测它与地的电压竟达到160多伏，交换火线和中性线的位置后就一点电也不带了。

②清扫电路板的灰尘，尤其是电源主板的灰尘。因为如果灰尘多了有时就会导电（特别是受潮时），把高压和低压部分连通后外壳就可能带电。这种情况应清理电路板上的灰尘，如果受潮后的灰尘不易除去，则用无水酒精清洗，完了以后用电吹风吹干驱除潮气。

③如果以上方法都不行，那么最有效的方法就是将外壳接地。把这些电引到地，人就不会被“电”了。

实际上，我们电脑在日常应用中通常是和多个外设连起来的，如显示器、打印机和扫描仪等甚至还有局域网，只要有一个设备漏电，那么通过数据线或网线就会把电串到每一个设备上。所以，我们有时摸到电脑主机箱有电，但不一定是电脑主机漏的电，我们在检查时应断开连接，逐个检查，找到“漏电元凶”。

应该安装漏电保护开关或漏电保护插座，对防范严重漏电事故的发生有较好效果。

二、单相短路或接地

短路定义

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时而流过非常大的电流。其电流值远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。短路就是不同电位的导电部分之间的低阻性短接，相当于电源未经过负载而直接由导线接通成闭合回路。(通常这是一种严重而应该尽可能避免电路的故障，会导致电路因电流过大而烧毁并发生火灾。)

1．故障产生的原因。

单相短路或接地引发的原因通常是由于：

（1）导线与保护装置配合不当，使得导线处于过载运行而开关拒动，导线过热绝缘损坏；

（2）导线本身疲劳运行；

（3）导线绝缘因受潮或腐蚀而损坏；

（4）导线本身质量问题；

（5）开关本身切断能力不够。

2．产生的危害。

单相短路故障的危害是显而易见的，即发生短路时若保护装置不能及时动作，则导线过热引起电气火灾造成重大经济损失。

在TN-C-S低压配电系统中发生单相接地且同时发生PEN线断线，如某设备与外壳相碰，且系统在S处断线，则高电位会经PE线传至中性线，使负载中性点发生偏移，对系统用电器造成危害。在某些施工现场无健全保护，一旦发生单相接地，设备外壳带电，对人构成接触电压。

3．防范及保护措施。

为了防止导线过载运行、保护装置拒动而引起的故障，要求导线与保护装置的配合必须满足要求。采用带接地脱扣器型断路器，当发生单相短路或接地时会产生零压相从而使接地脱扣器动作，切断电源进行保护，所以无需采用为了加大接地故障电流而降低故障回路阻抗的措施，便可排除故障，这样既节省投资又可弥补低压断路器保护范围不足的缺陷。

三相系统短路

三相系统中发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。电气线路上，由于种种原因相接或相碰，产生电流忽然增大的现象称短路。相线之间相碰叫相同短路；相线与地线、与接地导体或与大地直接相碰叫对地短路。在短路电流忽然增大时，其瞬间放热量很大，大大超过线路正常工作时的发热量，不仅能使绝缘烧毁，而且能使金属熔化，引起可燃物燃烧发生火灾。

三、故障的防范及保护措施

1．等电位连接。

对于TN-C-S系统，当PEN线断线后，其负荷中性点偏移电压是通过PEN与PE线的分支连接处引入PE线，因而造成对人体的接触电压。为了消除和降低PE线上的对地偏移电压，对PEN与PE分支连接点进行接地，即等电位连接处理，这样可以避免用电器外壳产生偏移电位对人体的接触电压的危害。

2．采用保护电器。

对N线断线进行保护所采用的保护电器通常有两类：一类是相-中性线（过或欠）电压型，另一类是中性线－地电压型。相-中电压型的基本工作原理是：

取样相线与N线之间电压，在系统正常时相线与N线之间电压为正常值，即电源相电压，此时保护电器不动作。

当N线发生断线时，相线与N线之间电压（即相-中电压）有效值将超过相电压（称为过电压）或是小于相电压（称为欠电压），达到保护电器整定值使其动作，切断故障线路，从而限制PE线接触电压及相-中性线之间过电压或欠电压的存在时间，达到对人和电器的保护。

中－地电压型保护电器的基本工作原理是：保护电器取样负载中性点对地电压，当发生中性线断线故障时负载中性点产生偏移电位，一旦达到保护电器的动作整定值，则经过一定延时执行机构使自动空气开关跳闸，从而达到对人和用电器的保护。

3．导线应满足机械强度要求。

导线是将一系列测量控制点，依相邻次序连接而构成折线形式的平面控制图形。由一系列导线元素构成：导线点，是导线上的已知点和待定点；导线边，是连接导线点的折线边；导线角，指导线边之间所夹的水平角。与已知方向相连接的导线角称为连接角(亦称定向角)。导线角按其位于导线前进方向的左侧或右侧而分别称为左角或右角，并规定左角为正、右角为负；单一导线与导线网，其区别在于前者无结点，而后者具有结点。单一导线可布设成：附合导线，起始于一个已知点而终止于另一个已知点；闭合导线，起闭于同一个已知点；支导线，是从一个已知点出发，既不附合于另一个已知点，也不闭合于同一个已知点。导线网可布设为：附合导线网，具有一个以上已知点或具有其他附合条件；自由导线网，网中仅有一个已知点和一个起始方位角而不具有附合条件。

N（PEN）线必须满足机械强度及载流量要求，三相四线及二相三线供电系统中N(PEN)零线连接点应牢固并具有防腐能力是为了做到连接点牢固可靠，对于TN-C-S供电系统进户处配电装置中的PEN，PE及N线的连接点和TN-S供电系统中的N线连接点，应设置铜母线作为连接端子，并对该母线及其被连接的导线端子作相应处理，以提高其抗腐能力，降低断线的发生概率。

参考文献：

[1]《低压配电设计规范》GB50054-2011

[2]《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011

[3]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008

[4]《工业与民用供配电设计手册》中国电力出版社