配電變壓器的中性點接地后稱為“零點”，“零點”引出的導體稱為“零線”?！傲憔€”以及中性線可能出現(xiàn)斷線，俗稱“斷零”。以下把這類故障稱為中性導體斷線（簡稱：中斷）。
中性導體斷線故障的歷史
早期低壓供電線路架空引入，接戶線截面較小，中性導體承受較大的張力，加上缺乏必要的機械保護措施，導致中斷屢有發(fā)生。除此之外，還有以下主要原因：
a. 連接質量差；
b. 隔離措施不合理（如四極開關）；
c. 長期過載（或不平衡電流）導致連接處出現(xiàn)連接不良；
d. 長期使用及維護不當?shù)取?/span>
為解決此類問題，國外在上世紀20年代曾經(jīng)使用過電壓型保護器，到上世紀30年代基本停止生產(chǎn)和使用。我國上世紀70年代農(nóng)電系統(tǒng)曾一度使用，后來也以失敗告終。
國際電工委員會從IEC 60364 - 5 - 54：2002（第二版）《Electrical installations of buildings — Part 5 - 54：Selectionand erection of electrical equipment — Earthing arrangements，protectiveconductors and protective bonding conductors》起將故障電壓動作保護器的相關要求刪除，轉而采用增加中性導體截面，提高線路自身可靠性的措施，保障人身和財產(chǎn)安全，并且提高供電的連續(xù)性，滿足生產(chǎn)生活的基本要求。
我國JGJ 16 - 2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》10. 8. 1條第11款和JGJ 242 - 2011《住宅建筑電氣設計規(guī)范》6. 3. 2條分別對住宅建筑提出設置過欠電壓保護的工程要求。
故障電壓動作保護器
故障電壓動作保護器主要為了解決中斷發(fā)生時故障電壓偏移問題。
故障電壓動作保護器的分類
故障電壓動作保護器大致分為兩類：“零 - 地”電壓型和“相 - 零”電壓型，兩類保護電器的比較見表1。
表1 電壓型故障電壓動作保護器分類
“零 - 地”電壓型的缺點是：
a. 需要設置輔助接地極，在目前共用接地原則下，這個要求通常不容易滿足和維持；
b. 部分相不可避免地出現(xiàn)接近√3 Uo的過電壓。
“相 - 零”電壓型則被人詬病為：
a. 動作閾值偏高（過電壓動作整定值275 V）；
b. 中性點的電位偏差可能高于50 V；
c. 部分產(chǎn)品的自恢復機制不符合故障處理原則。
異型“零 - 地”電壓型動作保護器
“零 - 地”電壓型動作保護器的動作閾值可設置為不大于安全電壓50 V，理論上更安全，但是，“零 - 地”電壓型動作保護器要求設置和電氣裝置保護接地無關的輔助接地極。在地下或附近金屬管道較多的環(huán)境，此獨立接地極通常不易取得。兩個接地極一旦有聯(lián)系，某些類型的電壓型動作保護器甚至可能產(chǎn)生嚴重的安全后果。
后來，選用3個等容量的電容器接成星型，形成人工參考點，代替輔助接地極的參考電位，即“不對稱計”法，見圖1。
根據(jù)基爾霍夫定律：
圖1 “零 - 地”電壓型（不對稱法）人工參考點N
即UO = UN。
理論上，人工參考點N可以替代變壓器低壓中性點O，然而，實踐證明此方法“可靠性差，費用昂貴，沒有得到廣泛應用”。
近年來，有人用3個電感替代以上3個電容，形成人工參考點，見圖2。
圖2 “零 - 地”電壓型電位偏移保護器人工參考點
圖2方法存在以下問題：
a. 電感作為高耗能元件，長期通電不節(jié)能；
b. 如果3個電感一致性不好或損壞，線路雖未出現(xiàn)中斷，過電壓繼電器仍會動作；
c. 根據(jù)用戶側負荷特性，如果三相不平衡度較大，尤其是住宅存在大量單相負荷，可能引起電位偏移導致保護動作；
d. 發(fā)生接地故障或者單相短路時，如果過電流保護電器拒動，可能導致過電壓保護動作；
e. 設于主電源箱處時，容易擴大停電范圍，與電業(yè)部門之間產(chǎn)生糾紛。
“相 - 零”電壓型動作保護器的應用
鑒于住宅內(nèi)家用電器基本為單相設備，即使設計已實現(xiàn)三相負荷平衡，只要部分用戶的設備沒有啟用，就很容易出現(xiàn)三相不平衡；此時一旦中斷，很可能造成大批家用電器過電壓燒毀，出現(xiàn)訴訟糾紛和賠償。如果安裝有針對此類過電壓保護電器，且造價合理、使用可靠，那么對財產(chǎn)安全和社會安定會大有裨益。
目前，“相 - 零”電壓型動作保護器應用相對普遍，典型的如符合JB / T 12762 - 2015的自恢復式過欠壓保護器（簡稱“OUPA”）和符合EN 50550：2011 + A1：2014的工頻過電壓保護器（簡稱“POP”）。
OUPA動作整定值的風險分析
我國OUPA主要用于家用及類似用途的低壓配電線路，當線路故障引起過欠電壓時能自動保護斷開供電電源，其過電壓動作整定值Ug為275 V，欠電壓動作整定值Uq為160 V。OUPA可能存在以下安全問題：
a. 部分相和外殼之間出現(xiàn)較大的過電壓，此應力電壓涉及線路、設備的絕緣；而電氣設備長期額定的絕緣電壓為250 V，高于此值需要考核設備耐受電壓。
b. 如果發(fā)生PEN導體斷線，由于重復接地的存在，中性點的偏移電位加到設備金屬外殼上；正常環(huán)境下，中性導體電位偏移超過50 V可能危及人身安全。
電氣安全是建立在風險概率分析的基礎上，通過向量法可以評估出現(xiàn)以上風險的概率。相對中性線額定電壓為230 V時，滿足以下條件的不跳閘區(qū)域見表2：
表2 過電壓和欠電壓保護電器不跳閘區(qū)域
a. 只設過電壓保護：過電壓動作閾值為Ug =275 V時，過電壓范圍為155 ~ 275 V；
b. 設置過電壓和欠電壓保護：過欠電壓動作閾值分別為Ug = 275 V和Uq = 160 V時，過電壓范圍為160 ~ 275 V；
c. 在b條件下，考慮過電壓Ug ＞ 250 V時，需要考察絕緣配合要求；
d. 在b條件下，考慮中性點電位偏移Up＞ 50 V時，可能有人身安全隱患。
由表2可知，設置過電壓或欠電壓保護，當發(fā)生中斷故障時，家用電器持續(xù)工作的情況如下：
a. 只設過電壓保護，持續(xù)供電的概率為13. 4%；
b. 設置過欠電壓保護，持續(xù)供電的概率為13.3 %；
c. 設置過欠電壓保護，過電壓大于250 V時，可能存在絕緣配合問題的概率為10. 5 %；
d. 設置過欠電壓保護，中性點偏移電壓大于50V時，可能有人身安全隱患的概率僅為2. 6 %。
根據(jù)表2，三相系統(tǒng)中欠電壓保護的影響幾乎可以忽略，但是，對于單相用電的住戶仍然有必要。實際上，欠電壓動作范圍考慮到以下因素：“線路發(fā)生對地故障電流時，線路電壓可能要低于80. 5 V，因此要適當考慮降低欠電壓動作電壓值”；另據(jù)廠家反饋的信息，在同一個過電壓保護模塊內(nèi)增加欠電壓保護功能，增加的造價微不足道；另外，增加欠電壓功能后，中性點偏移程度和三相不平衡度有所緩解。
作者：陳謙，男，山東意匠建筑設計有限公司，工程技術應用研究員，電氣總工程師，機電所所長。
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