本文主要分析了380/220低压三相四线制供电保护接零可能存在的缺陷，提出了在低压三相四线制供电基础上对保护接零装置进行改进和完善的方法，以达到进一步提高低压供电系统安全性的目的。

我公司低压配电系统建于80年代末，变压器低压中性点直接接地，输出为三相四线制供电方式，其中零线（PEN）即为工作零（N）又为保护接地线（PE），正常时PEN应不带电，电气设备的外壳和零线相联接，形成接零保护系统。但理论分析和实践证明，如装置不满足运行要求，保护接零并不能保证用电安全，有时反而会增加触电危险及导致电子仪器设备不能正常运行。

据统计2008年11月以前，我公司制灌厂喷码机有时出现喷码模糊，电路板烧坏等现象，一直未找出具体原因。2008年12月我们对制灌厂用电情况进行了测试，三相电流分别为80安、96安、170安，三相所带用电负荷严重不平衡，在零线上存在零序电流。零序电流通过设备外壳流动，用试电笔发亮。

三相四线制供电存在的缺陷

1 产生一个难于消除的干扰源

由于电气设备的外壳与TN－C系统的零线相联接，从理论上讲，如果380/220低压系统的三相负荷是绝对平衡的，此时零线（PEN）上零序电流为零，对电子仪器设备不会产生干扰。但实际上，低压配电系统的负荷分配在设计时，虽然使380/220三相所带负荷尽量合理、分配使其尽量平衡，但在实际使用时三相负荷不可能达到平衡，况且在生产和办公工作中具有很多的单相220伏交流负荷，必然存在零序电流。

既然在零线上有零序电流存在，就必然存在零序电压，其大小与三相不平衡负荷值的大小有关，三相负荷不平衡度越大，零序电流就越大，零序电压也越大，对喷码机等电子仪器设备的干扰就越大，造成喷码模糊，电路板烧坏等。由于零序电压的存在，对电子仪器设备是一个干扰源。

由于UPS电源、变频器、硅整流器等大量大功率非线性元件的存在，在380/220三相电力系统中出现高次谐波的成分将不断增加，由于高次谐波的出现，使得380/220三相电力系统的负荷更难以平衡，从而造成三相负荷中性点偏移值更大，使得零序电压值更大，对电子仪器设备干扰严重。

2 存在不安全因素（计算略）

第一，对于供电距离比较远的单相负荷，由于零线截面如果较小，零序阻抗增大，造成零序电压增大，在用电环境比较潮湿的情况下，当人触及电气设备的金属外壳时，接触电压将大于人所能承受的电压，可能发生触电的危险。这就是我们在实际使用电气设备时，人触及电气设备的金属外壳有麻电的感觉或用试电笔测试电气设备的金属外壳时试电笔发亮的原因。

第二，在用电期间如380/220V的零线由于某种原因断开或脱开时，断开点以后所有电气设备的金属外壳和接零系统都呈高电位，特别是单相220伏的用电设备金属外壳更危险，人们一旦触及到上述接零系统，将受到电击，如图1。通过计算可以看出设备外壳上的电压均高于安全电压，不能保证安全。

图1 接零系统图

3 保护设备不能灵敏动作，可能存在动作死区，使人体触电（计算略）

正常情况下电气设备采取保护接零，当发生碰壳短路时，短路电流经零线而形成闭合回路，使保护装置动作断开故障设备。如保护装置有故障、接零装置不合格或短路电流达不到保护装置动作值，此时有人接触故障设备将引起触电。

为了防止人触电IEC标准规定在安全许可时间内切断故障电路的保护装置动作电流I_D应满足Z_SI_D≦U₀的要求，Z_S为故障电路阻抗，U₀为相对地标称电压（220伏）如图2所示。

图2 保护装置动作图

为了使短路电流可靠的切断故障电路，根据有关标准规定：故障电流应大于低压自动开关短时过流保护的1.5倍以上，保护才能动作。按上述短路电流75安，低压自动开关动作电流大于50安的都不能满足切断故障电路的要求，因此电气设备接零保护可能存在动作死区。

发生单相碰壳时会产生强大的电火花，对防爆场所的安全是个极大的危险。检修时发生误接线，相线和中性线反接，也可能造成严重的触电后果。

改进和完善的措施

对于上述存在的安全隐患可采用三相五线制供电方式和应用漏电保护相结合的办法进行改进和完善。

1 TN－C－S供电方式

采用TN－C－S供电方式，对我们现采用的三相四线制供电方式变动不大，在三相四线制供电基础上对从总配电室引出的零线，在进入各单位分配电室前把零线（PEN）进行重复接地，然后将工作零（N）和保护线（PE）严格分开，以L₁

由于工作零（N）和保护线（PE）严格分开，在系统的基波和高次谐波零序电流，均流过工作零（N）线的回路，而保护线（PE）在正常使用过程中，无电流通过即电流为零，保护线（PE）联接的用电设备金属外壳亦无电流通过，地中也无分流，这样可从根本上消除低压380/220V采用三相四线制供电方式因三相负荷不平衡和高次谐波等使零线存在零序电流对电气设备的干扰。

采用TN－C－S供电方式，正常用电时由于金属外壳不带电，正常使用时也不可能触电的危险；当工作零线（N）因某种原因断开或松脱时，由于工作零线（N）与金属外壳是绝缘的，所以当人触及外壳时同样也不会发生触电的危险；若发生单相碰壳、漏电、人体直接触及带电导体时，低压保护装置应迅速断开电路。

但因短路电流可能存在不满足低压过流保护装置动作的要求，过流保护装置可能动作不灵敏，不能迅速切断故障电路。这样为进一步提高低压系统的安全性，在低压系统中还要应用漏电保护装置。

2 漏电保护器

正常情况下，漏电保护器所控制的电路没有漏电、触电等接地故障，穿过零序电流互感器的进出线电流相等，方向相反，矢量和为零，I_H1＋I_H2＝0，如图3。

图3 漏电保护器电路系统图

同时I_H1、I_H2在零序电流互感器铁心中产生的磁通矢量和也为零。这样在零序电流互感器的二次侧线圈中就没有感应电压输出，漏电保护器正常供电。

当电路有触电、漏电等接地故障时，穿过零序电流互感器的进出线电流不为零，其矢量和为I_D，即I_H1＋I_H2＝I_D 。在零序电流互感器的二次侧线圈有一个感应电压U₂输出，此电压加在漏电保护器脱扣器动作，使开关断开电路。

由于漏电保护从发生触电到切断故障电路的时间在0.2秒内，在人体尚未危机生命安全时就断开了电路，因此漏电保护可有效完善的对单相触电起到保护作用。

结论

针对TN－C供电方式的特点，采用TN－C－S供电方式和应用漏电保护装置相结合的方法，我公司于2008年12月对制灌厂TN－C供电方式进行了改进和完善，彻底消除了喷码机有时出现喷码模糊、电路板烧坏等现象。同时进一步提高了公司低压电网的安全性，防止人身触电和火灾事故的发生，达到了提高公司低压电网安全性的目的。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“提高低压配电系统的安全性”，作者为王春胜。）

閱讀更多 電氣技術 的文章

關鍵字: 四线 三相 接零