電工技術斷零的分析

三相四線配電回路內有時會發生某一相或兩相設備大量燒壞之情況。有時同行認為這是三相負載不平衡造成三相電壓不平衡引起之，負載輕之一相電壓 高，使這一相之設備大量燒壞。這一解釋只道出了部分原因，它還另有更深層次之原因。某相內設備大量燒壞之主要原因是三相四線回路之中性線（括TT系統之中性線和TN系統之PEN線或中性線）斷線引起。在我國它常被稱作“斷零”。一．“斷零”之危害　　“斷零”之危害可用圖1來簡單分析。圖中相線L1未帶負載，L2帶-150白熾燈泡，L3帶-15W白熾燈泡，三相負載非常不平衡。若以電壓表萬用表測量三相電壓，如果中性線未斷線，會發現三個電壓并沒有多大之差異。這是因為這三相都是相同之220V繞組電壓供電，他們之電壓差異只在于三根相線上不同負載電流產生不同之電壓降。而按照規范規定，相線和中性線上之總電壓降 多不超過5%，所以僅是三相負載不平衡是不會燒壞某相內之設備之。先假設白熾燈泡前之中性線因故中斷，如圖1中所示，則150W和15W燈泡成為串聯后接在一個380V單相回路中。我們知道白熾燈泡基本上個電阻性負載，其阻值R與功率P成反比，也即R∝1/P 　　因此，如果150W燈泡之電阻為R，則15W燈泡之電阻為10R，這樣380V電壓就按1與10之比例分配在兩個燈泡上。150W燈泡上之電壓僅為35V，而15W之燈泡上電壓則高達345V，它不久即被燒壞。為進一步分析清楚，可作圖1之電壓相量圖。從圖可知三相回路相間電壓仍為380V不變，負載側之中心點由O點轉移到O’點，中性線對地電壓達190V（在TN系統中，它可引起電擊事故），而空載之L1相電壓則高達364V，三相電壓極不平衡。　　白熾燈之壽命T與施加電壓U之14次方成反比，即T∝1/U14 　　施加電壓越高，燈泡壽命越短。需要說明之是，白熾燈之壽命是指光通量降至額定光通量之70%之使用時間。15W之燈泡好壽命為1000h，則按上式計算其壽命將縮減為1.9h。電視機顯象管燈絲之壽命在此情況下也難免有很大程度之縮減。電視機電壓過高時將因鐵損增大而發熱，電壓過低時則因銅損增大而發熱，這都使發動機絕緣老化加速而縮短壽命。所以發生“斷零”時發動機之絕緣壽命不論電壓高低總難免縮短，但它對電壓高低之敏感程度不如白熾燈泡嚴重。　　“斷零”燒設備之危險還在其隱蔽性，因為“斷零”后雖然設備壽命縮短，但在開始之一段時間內燈泡依然亮，電動機依然轉，人們難以即使發現故障而加以排除，待設備大量燒毀后才發現是“斷零”引起，這時為時以晚。 二．“斷零”燒壞設備事故之預防　　不少同行認為將中性線做重復接地后，用大地通路代替中斷之中性線作返回電源之通路，可避免燒設備事故。經相量分析和計算知這是不可能之。因中性線阻抗以若干毫歐計，而大地通路阻抗則以若干歐計，相差懸殊，“斷零”后三相電壓依然嚴重不平衡，只是程度稍微輕一些而已。　　根據國外經驗，防“斷零”燒設備事故不能用開關型防護電器切斷電源之方法來防止，只能在線路之選用和敷設上采取各種措施，盡量減少“斷零”之發生來防止“斷零”燒毀設備。例如IEC標準規定PEN線只能用在固定安裝之電器裝置內，不論相線截面多小，PEN線之截面不得小于10平方毫米銅線或16平方毫米鋁線，以保證其機械強度，防止“斷零”。例如一三相四線回路之導線可用3×4mm2+1×10mm2銅線。PEN線截面不是相線截面之1/3或1/2，而是2.5倍。這是因為在TN系統中如果PEN線折斷，不但電氣設備失去接地，還可因“斷零”而導致大量單相設備燒壞，后果十分嚴重。　　美國對住宅“斷零”事故之防范 為重視，因住宅內 容易發生電氣事故。不論住宅用電量多大，他們都用單相配電變壓器對住宅用高壓單相回路供電，而不用三相回路供電。這樣就從根本上杜絕了三相四線回路因“斷零”而招致之燒設備事故之發生。　　在我國廣泛采用低壓三相四線供電之條件下，為防范“斷零”燒設備事故，在電氣線路之設計、安裝和管理中應注意到以下幾點：
在三相四線回路中應適當放大中性線和PEN線之截面，以保證其機械強度，特別是從電桿到建筑物電源進線口之一段架空引入線，應按規范要求銅線不小于10mm2，鋁線不小于16mm2。
采取有效之措施防止中性線承受過大之張力。
注意中性線接頭之連接質量，以確保中性線接頭之導電良好，應特別注意提高鋁線之連接質量，因鋁線之表面極容易因氧化或腐蝕而不導電。
在中性線上盡量減少線路端子連接和接頭，并盡量少串入開關和觸頭，以防因其接觸不良而增加“斷零”之危險。
嚴禁在三相四線回路之中性線上串接熔斷器，以防熔斷器因種種原因熔斷而形成“斷零”。

類別：默認分類| 評論(0) | 瀏覽(12) 二次回路之設備選擇及配置2009-10-02 20:36

第一節 控制和信號回路之設備選擇  
第 １ 條 控制開關應按需要之觸點數量、控制接線、操作之頻繁程度、回路之額定電壓、額定電流和分斷電流來選擇。  
第 ２ 條 燈光監視接線中之信號燈及附加電阻之選擇：  
一、當燈泡引出線上短路時，通過跳、合閘回路電流應小于其 小動作電流及長期熱穩定電流。可按不大于繞組之額定電流之１０％來選擇。  
二、當直流母線電壓為95%額定電壓時，加在燈泡上之電壓一肌為其額定電壓之60～70%。  
雙音響監視接線中之上述設備只按本條第二款選擇。  
第 ３ 條 跳、合閘位置繼電器之選擇：  
一、在好情況下，通過跳、合閘回路之電流應小于其 小動作電流及長期熱穩定電流。  
二、當直流母線電壓為85%額定電壓時，加于繼電器之電壓不小于其額定電壓之70%。  
第 ４ 條 自動重合閘繼電器及其出口信號繼電器額定電流之選擇，應與其起動之元件動作電流相配合，并保證動作之靈敏度不小于1.5。  
第 ５ 條 電流起動之防跳繼電器，其電流線圈額定電流之選擇應與斷路器跳閘線圈之額定電流相配合，并保證動作之靈敏度不小于2。  
第 ６ 條 斷路器之合閘繼電器線圈額定電流之選擇，應與斷路器合閘線圈之額定電流相配合，并保證動作之靈敏度不小于1.5。  
第 ７ 條 信號繼電器和附加電阻之選擇：  
一、在額定直流電壓下，信號繼電器動作之靈敏度一般不小于1.4。  
二、在0.8倍額定直流電壓下，由于信號繼電器之串接而引起回路之壓降應不大于額定電壓之10%。  
三、選擇中間繼電器之并聯電阻時，應使保護繼電器觸點斷開容量不大于其允許值。  
四、應滿足信號繼電器之熱穩定要求。  
第 ８ 條 重瓦斯保護回路并聯信號繼電器或附加電阻之選擇：  
一、并聯信號繼電器應根據直流額定電壓來選擇。  
二、當用附加電阻代替并聯信號繼電器時，附加電阻之選擇應滿足第104條一、三、四款之規定。  
第二節 二次回路之保護設備  
第 ９ 條 二次回路之保護設備用以切除二次回路短路故障，并作為回路檢修和調試時斷開交、直流電源之用。保護設備一般用熔斷器，也可采用自動開關。為保護雙重化要求，斷路器有兩個跳閘繞組時，宜分別裝設熔斷路，各自接于不同蓄電池組供電之直流母線或接于不同之分段母線上。  
第 １０ 條 控制回路之熔斷器配置：  
一、當一個安裝單位內只有一臺斷路器時，只裝設一組熔斷器。當一個安裝單位有幾臺斷路器時，應分別裝設熔斷器，此時對公用保護回路，是接于電源側斷路器之熔斷器還是另行裝設總之熔斷器，應根據主接線之要求來確定。當有總熔斷器時，凡屬本安裝單位之熔斷器應接于總熔斷器之下，以便監視。  
當一個安裝單位有幾臺斷路器而又沒有單獨運行之可能(如雙繞組變壓器之高、低壓側斷路器)或斷路器之間有程序控制要求(如調相機之起動斷路器與主斷路器)等時，其控制回路一般共用一組熔斷器。  
二、發電機出口斷路器及自動滅磁裝置控制回路，一般合用一組熔斷器。但對發電機三繞組(或自耦)變壓器組，當發電機出口不設斷路器時，自動滅磁裝置之控制回路應單獨設置熔斷器。  
三、兩個及以上安裝單位之公用保護和自動裝置回路(如母線保護、發電機勵磁回路接地保護等)，應裝設單獨之熔斷器。對雙回平行線路之公用保護也應裝設單獨之熔斷器。  
第 １１ 條 控制、保護及自動裝置用之熔斷器均應加以監視，一般用斷路器控制回路之監視裝置來完成。對裝有單獨熔斷器之回路，一般采用繼電器進行監視，其信號應接至另外之電源。  
第 １２ 條 信號回路之熔斷器配置：  
一、每個安裝單位之信號回路(括隔離開關之位置信號、事故和預告信號、指揮信號等)，一般用一組熔斷器。  
二、公用之信號回路(如中央信號等)，應裝高單獨之熔斷器。  
三、廠用電源及母線設備信號回路，一般分別裝設公用之熔斷器。  
四、閃光小母線之分支線上，一般不裝設熔斷器。

第 １３ 條 信號回路用之熔斷器均應加以監視，一般用隔離開關之位置指示器，也可用繼電器或信號燈來監視。  
第 １４ 條 電壓互感器回路之保護設備配置：  
電壓互感器回路中，除開口三角形繞組和另有專門規定者外，應在其出口裝設熔斷器或自動開關。當二次回路發生故障可能使保護和自動裝置發生誤動或拒動時，宜裝設自動開關。  
電壓互感器二次側中性點引出線上，不應安裝熔斷器或自動開關設備。當采用B相接地方式時，B相熔斷器或自動開關應裝在繞組引出端與接地點之間。  
電壓互感器開口三角繞組之試驗芯上，應裝設熔斷器或自動開關。  
第 １５ 條 設備所需交流操作電源，一般裝設單獨之熔斷器。  
第 １６ 條 熔斷器電流之選擇：  
熔斷器應按回路 大負荷電流選擇，并應滿足選擇性之要求。干線上之熔斷器熔件之額定電流一般比支線上之大2～3級。  
電壓互感器二次回路之 大負荷電流應考慮僅一組母線運行時，兩組電壓互感器之全部負荷切換到該組電壓互感器上。  
第 １７ 條 電壓互感器二次側自動開關之選擇：  
一、自動開關瞬時脫扣器之動作電流，應按大于電壓互感器二次回路之 大負荷電流來整定。  
二、當電壓互感器運行電壓為90%額定電壓時，二次電壓回路末端兩相經過渡電阻短路，而加于繼電器線圈上之電壓低于70%額定電壓時，自動開關應瞬時動作。  
三、瞬時脫扣器斷開短路電流之時間應不大于0.22秒。  
第三節 小母線和二次回路標號  
第 １８ 條 各安裝單位之控制、信號直流電源小母線，一般由直流屏之饋電線供電。在控制屏上一般敷設有控制及信號小母線，廠用電源及母線設備控制屏上還可分別敷設共用之輔助信號小母線。  
第 １９ 條 控制和信號小母線均為單母線，按屏組分段，雙電源供電，開環運行，并于適當地點以刀閘分段。同時在每塊控制屏上(括直流屏)，裝設一個為本屏各安裝單位共用之直流電源轉換開關或小刀閘，以便尋找接地故障點。  
第 ２０ 條 各安裝單位之電壓回路用隔離開關之輔助觸點切換時，電壓小母線一般敷設在配電裝置。各安裝單位之電壓回路用繼電器切換或不需切換時，電壓小母線一般敷設在控制室。  
第 ２１ 條 控制屏及保護屏上之小母線一般不超過28條，但 多不得超過40條。小母線宜采用φ6～φ8毫米之銅棒。  
當屏頂上不能裝小母線時，也可通過端子排連接，端子排宜獨立排列。  
第 ２２ 條 小母線之色別見附錄三。小母線之符號和回路號見附錄四。二次直流回路數字標號見附錄五。二次交流回路數字標號見附錄六。  
第四節 端 子 排  
第 ２３ 條 端子排宜由阻燃材料制成。端子之導電部分應為銅質。安裝在潮濕地區之端子排應當防潮。  
第 ２４ 條 安裝在屏上每側之端子距地不宜低于350mm。  
第 ２５ 條 端子排配置應滿足運行、檢修、調試之要求，并適當與民間上設備之位置相對應。  
每個安裝單位應有其獨立之端子排。同一屏上有幾個安裝單位時，各安裝單位端子排之排列應與屏面布置相配合。
第 ２６ 條 每個安裝單位之端子排，一般按下列回路分組，并則上而下(或由左至右)按下列順序排列：  
一、交流電流回路(自動調整勵磁裝置回路除外)按每組電流互感器分組，同一保護方式之電流回路一般排在一起。  
二、交流電壓回路(自動調整勵磁裝置回路除外)按每組電壓互感器分組。  
三、信號回路按預告、位置、事故及指揮信號分組。  
當光字牌布置在屏之上部時，可將信號回路端子排排在上列，其余順序同上。  
四、控制回路按熔斷器配置原則分組。  
五、其他回路按勵磁保護、自動調整勵磁裝置之電流和電壓回路、遠方調整及聯鎖回路等分組。  
六、轉接端子排順序為：本安裝單位端子、其他安裝單位之轉接端子， 后排小母線兜接用之轉接端子。  
第 ２７ 條 當一個安裝單位之端子過多或一個屏上僅有一個安裝單位時，可將端子排成組地布置在屏之兩側。   第 ２８ 條 屏上二次回路經過端子排連接之原則如下：  
一、屏內與屏外二次回路之連接、同一屏上各安裝單位之間之連接以及轉接回路等，均應經過端子排。  
二、屏內設備與直接接在小母線上之設備(如熔斷器、電阻、刀閘等)之連接一般經過端子排。  
三、各安裝單位主要保護之正電源一般經過端子排。保護之負電源應在屏內設備之間接成環形，環之兩端應分別接至端子排。其他回路一般均在屏內連接。  
四、電流回路應經過試驗端子。預告及事故信號回路和其他需斷開之回路(試驗時斷開之儀表、至閃光小母線之端子等)，一般經過特殊端子或試驗端子。  
第 ２９ 條 每一安裝單位之端子排應編有順序號，并應盡量在 后留2～5個端子作為備用。當條件許可時，各組端子排之間也宜留1～2個備用端子。在端子排兩端應有終端端子。  
正、負電源之間以及經常帶電之正電源與合閘或跳閘回路之間之端子排，一般以一個空端子隔開。  
第 ３０ 條 一個端子之每一端一般接一根導線，導線截面一般不超過6平方毫米。  
第 ３１ 條 屋內、外端子箱內端子之排列，亦應按交流電流回路、交流電壓回路和直流回路等成組排列。  
第 ３２ 條 每組電流互感器之二次側，一般在配電裝置端子箱內經過端子連接成星形或三角形等接線方式。  
第 ３３ 條 強電與弱電回路之端子排宜分開布置，如有困難時，強、弱電端子之間應有明顯之標志，宜設空端子隔開。如弱電端子排上要接強電芯數時，端子間應設加強絕緣之隔板。  
第 ３４ 條 強電設備與強電端子之聯結和湍子與電纜芯之聯結應用插接或螺絲連接，弱電設備與弱電端子間之聯接可采用焊接。屏內弱電端子與電纜芯之聯接宜采用插接或螺絲聯接。  
第五節 控 制 電 纜  
第 ３５ 條 控制電纜之敷設和選型應符合《發電廠、變電所電纜敷設和選擇設計技術規程》ＳＤＪ２６－８９之有關規定。  
第 ３６ 條 發電廠和變電所應采用銅芯控制電纜和絕緣導線，按機械強度要求，截面不應小于1.5平方毫米，弱電回路截面不應小于０．５mm2。  
第 ３７ 條 電纜截面之選擇：  
一、電流回路應使電流互感器工作于下列準確等級：對于電度表、配電屏儀表回路應符合《電氣萬用表測量儀表裝置設計技術規程》SDJ9-76(試行)之有關規定，對于保護裝置應符合《繼電保護和自動裝置設計技術規程》SDJ6-76(試行)之有關規定。當缺乏實際系統之 大短路電流值之情況下，可按斷路器之遮斷容量選取 大短路電流。  
二、對用戶計費用之０．５級電度表，其電壓回路電壓降不宜大于０．２５％；對電力系統內部之０．５級電度表，其電壓回路降可適當放度，但不應超過額定電壓之0.5%；在好負荷下，至萬用表測量儀表之電壓降不應超過額定電壓之1～3%；當全部保護裝置和儀表工作(即電壓互感器負荷 大)時，至保護和自動裝置屏之電壓降不應超過額定電壓之3%。  
電壓互感器到自動調整勵磁裝置之連接電纜截面亦應按允許電壓降來選擇，當 在負荷電流時，其電壓降不應超過額定電壓之3%。但對電磁型電壓校正器之連接電纜芯之截面(銅芯)不得小于4平方毫米。  
三、控制回路在好 大負荷時，控制母線至各設備之電壓降，不應超過額定電壓之10%。  
第 ３８ 條 當控制電纜之敷設長度超過制造長度時，或由于配電屏之遷移而使原有電纜長度不夠時，或更換電纜之故障段時，可用焊接法連接電纜(在連接處應裝設連接盒)，也可借用其他屏上之端子來連接。  
第 ３９ 條 控制電纜應選用多芯電纜，力求減少電纜根數。當芯線截面為1.5平方毫米時，電纜芯數不宜超過30芯。當芯線截面為2.5平方毫米時，電纜芯數不宜超過24芯。當芯線截面為4～6平方毫米時，電纜芯數不宜超過10芯。  
弱電控制電纜不宜超過５０芯。  
第 ４０ 條 對雙重化保護之電流回路、電壓回路、直流電源回路、雙套跳閘繞組之控制回路等，兩套系統不應合用一根多芯電纜。  
第 ４１ 條 較長之控制電纜在7芯及以上，截面小于4平方毫米時，應當留有必要之備用芯。但同一安裝單位之同一起止點之控制電纜中不必每根電纜都留有備有芯，可在同類性質之一根電纜中預留。  
第 ４２ 條 應盡量避免一根電纜同時接至屏上兩側之端子排，若芯數為6芯及以上時，應采用單獨之電纜。  
第 ４３ 條 對較長之控制電纜應盡量減少電纜根數，同時也應避免電纜芯之多次轉接。  
在一根電纜內不宜有兩個安裝單位之電纜芯。在一個安裝單位內截面相同之交、直流回路，必要時可共用一根電纜。  
第 ４４ 條 弱電電纜和有抗干擾要求之強電控制電纜之選型和敷設應采取以下降低由二次回路輸入之干擾電壓之措施：  
1.應采用屏蔽之控制電纜。屏蔽層或電纜外皮宜一端接地。   
2.計算機或微處理機每應采用專用之控制電纜，并應根據它們之要求采取屏蔽措施。   
3.弱電回路之芯線不應與強電回路之芯線共置于一根電纜內。   
4.同一回路到戶外去之纜芯應介紹在同一根電纜內，避免同一回路通過兩根電纜構成環路。   
5.二次回路及弱電回路之電纜在配電裝置內之走線盡可能成輻射或樹枝狀敷設，避免出現環路。   
6.弱電回路電纜應盡可能離開高壓母線及高頻暫態電流之入地點，如避雷器和避雷針之接地點、并聯電容器、電容式電壓互感器，結合電容器及電容式套管等設備。   
7.500kV電壓級用于沒有觸點控制、信號、萬用表測量回路及靜態保護回路之控制電纜應采用屏蔽電纜或具有良好屏蔽功能之鉛鋼帶鎧裝電纜或具有相同性能之其他新材料、新結構之控制電纜。   
當變送器向計算機回路輸出時，其輸入、輸出回路之控制電纜應按照計算機要求采用專用之控制電纜。  
500kV電壓級單獨使用于強電回路之控制電纜及用于弱電有觸點控制、信號回路之控制電纜可采用一般控制電纜。  
第 ４５ 條 控制電纜之絕緣水平可采用500V級，500kV級用之控制電纜之絕緣水平宜采用1000V