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在城網(wǎng)農(nóng)網(wǎng)改造中，普遍采用接法為Y-Y0低壓三相四線制供電系統(tǒng)，由于對動力、照明混合負(fù)載供電，三相負(fù)荷一般是不對稱的，中性線里必有電流通過。通常總是略去中性線阻抗不計(jì)，則中性線電壓降為零，認(rèn)為雖然負(fù)載不對稱，而負(fù)載端電壓仍能維持對稱狀態(tài)。可是實(shí)際情況是中性線阻抗并非為零，中性線上有電壓降落，這就是同行們通常所說的要產(chǎn)生中性點(diǎn)位移。由于受中性點(diǎn)位移的影響，即使在正常運(yùn)行情況下也會使負(fù)載端電壓不對稱。負(fù)荷較輕一相的負(fù)載端電壓會高于額定電壓，而負(fù)荷較重一相的負(fù)載端電壓低于額定電壓，對三相電源的電器將有燒毀的危險，將會影響負(fù)載的正常運(yùn)行。負(fù)載端電壓不對稱的程序，不僅與負(fù)載的不對稱程度和供電距離有關(guān)，而且還與中性線的截面有很大的關(guān)系。
在實(shí)際工程中往往對中性線的處理很不慎重。普遍認(rèn)為中性線電流比相線電流小，僅僅從中性線發(fā)熱條件出發(fā)，把中性線截面取得比相線小，習(xí)慣上按教科書只取相線截面的二分之一左右，甚至更小。還有的認(rèn)為中性線不帶電，比起相線來不那么重要，因而不僅截面選得小，中間接頭多，安裝質(zhì)量較差。總之，中性線質(zhì)量差一點(diǎn)，似乎對供電質(zhì)量影響不大，而且還能節(jié)省一些材料，降低工程造價。其實(shí)這是得不償失的，由于中性線質(zhì)量問題造成的技術(shù)上危及人身安全及經(jīng)濟(jì)上的嚴(yán)重后果，決非靠節(jié)省一點(diǎn)中性線材料所能補(bǔ)償?shù)摹?/p>
本文想通過理論計(jì)算分析和實(shí)例來說明中性線質(zhì)量的重要性及其截面的選擇原則，以引起設(shè)計(jì)同行們的普遍注意。
1 負(fù)載端電壓的計(jì)算
為使計(jì)算簡化，設(shè)負(fù)載為電阻性的。計(jì)算電路見圖1、圖2：
根據(jù)電路原理中的節(jié)點(diǎn)電壓法，可以得到求解中性點(diǎn)電壓公式為：
求得中性點(diǎn)電壓之后，根據(jù)圖2所示的電壓正方向，即可求得線路首端A、B、C，對負(fù)載中性點(diǎn)N′的電壓：
UAN’=UA-UN’N
UBN’=UB-UN’N
UCN=UC-UN’N
再從圖1可知，線路首端對負(fù)載中性點(diǎn)電壓經(jīng)過負(fù)載電阻與線路電阻分壓之后，可求得各相負(fù)載端電壓：
可見，雖然電源電壓對稱，但由于中性點(diǎn)電壓UN′N的影響，使得負(fù)載端電壓UaN′、UbN′、UcN′實(shí)際并不對稱。見中性點(diǎn)位移電壓向量圖3：
2 實(shí)例計(jì)算
(1) 三相四線正常供電(計(jì)算條件)：
①設(shè)各相均為電阻性負(fù)載，且在某一時刻的實(shí)際功率分別為Pa=10kW,Pb=5kW,Pc=2.5kW。相對應(yīng)的等效電阻為Ra=4.48Ω，Rb=9.68Ω，Rc=21.78Ω。
②相線采用截面為25mm2的鋁導(dǎo)線，每千米直流電阻r0=1.28Ω。
③取中性線材料與相線相同，其截面為35mm2、25mm2、16mm2，分3種情況來計(jì)算。
鑒于篇幅，計(jì)算過程省略，將計(jì)算結(jié)果列表1：
表1
(2) 設(shè)中性線斷線：
三相四線供電系統(tǒng)，如果不能保障中性線的質(zhì)量，中性線的斷線機(jī)會比相線多，特別是戶外架空線路更為明顯，現(xiàn)設(shè)中性線斷線，而上述條件不變，將計(jì)算結(jié)果列表2：
表2
(3) 設(shè)中性線斷線的同時斷一根相線：
相線由于機(jī)械強(qiáng)度原因而發(fā)生斷線的可能性不大，但因某相過載而熔絲熔斷，或某相熔絲在安裝過程受損傷而先行熔斷，或因變壓器計(jì)量箱接線端頭螺絲松動，接觸不良開路，使線頭燒斷等情況也時有發(fā)生，這與斷線本質(zhì)相同。因此，在中性線斷線的同時發(fā)生相線中斷的可能性還是有的，現(xiàn)設(shè)中性線斷線的同時B相斷線，上述條件不變，將計(jì)算結(jié)果列表3。
3 比較計(jì)算結(jié)果總結(jié)
(1) 供電距離一定，中性線截面越大，中性點(diǎn)電壓越低，負(fù)載端電壓不對稱的程度越小。理想情況是中性線截面無限大，其直流電阻為零，中性點(diǎn)電壓為零，負(fù)載端電壓完全對稱。但客觀上這是不現(xiàn)實(shí)的。
(2) 中性線截面為(25mm2)與相線相等，當(dāng)供電距離較近時(本例為250m以內(nèi))負(fù)載端電壓為額定電壓(220V)的(0.94～1.07)倍，基本上是正常的。但供電距離較遠(yuǎn)時(本例取500m)，負(fù)載電壓為額定電壓的0.85～1.09倍，這顯然是不合格的。
(3) 中性線截面(35mm2)比相線大，當(dāng)供電距離較近時，雖然負(fù)載端電壓不對稱情況有了進(jìn)一步的改善，但效果已不顯著。如果供電距離較遠(yuǎn)，中性線截面增大所產(chǎn)生的效果更加明顯。
(4) 中性線截面(16mm2)比相線小，即使在供電距離較近的情況下，負(fù)載端電壓也不能令人滿意，特別是供電距離較遠(yuǎn)時，負(fù)載端電壓的0.81～1.13倍，達(dá)到了不能允許的程度。
(5) 提示：從表2、表3所列數(shù)據(jù)來看，如果一旦沒有中性線，無論相線中斷與否，負(fù)載端電壓低者達(dá)到無法工作的程度，高者達(dá)到300V以上，已危及用電設(shè)備的安全。
總之，三相負(fù)載不對稱供電系統(tǒng)，沒有中性線，或中性線中斷是很危險的，我縣縣醫(yī)院專變在一夜之間燒壞電燈數(shù)196只，燒壞大小彩電18臺，VCD影碟機(jī)9臺，保險公司賠償修理費(fèi)3268元，經(jīng)查正是由于中性線截面過小所致(當(dāng)時線路相線35mm2，而中性線只有16mm2)。可見，保障中性線的安全是多么重要。同行們都知道斷一根相線，最多不過使該相負(fù)載供電中斷，但對負(fù)載的安全并不構(gòu)成危害。從這個意義來說，中性線的安全比起相線來更為重要。
4 結(jié)論
無論從供電電壓質(zhì)量還是從供電的安全可靠角度要求，中性線截面選擇比相線小的傳統(tǒng)做法是不合理的，中性線截面與相線應(yīng)按1∶0.75也只是最基本的要求。同時要求管供電的電工應(yīng)經(jīng)常地檢查線路的連接頭有無接觸不良的現(xiàn)象，還應(yīng)盡量減少線路途中的零線接頭，并在負(fù)載側(cè)總的計(jì)量箱前將中性線重復(fù)接地，接地電阻阻值小于4Ω，以保證正常供電。
