學(xué)習(xí)丨詳解低壓配電系統(tǒng)中漏電、短路、零線斷線原理及故障分析
一、漏電
漏電,是指外殼為金屬的用電器,工作時(shí)不允許外殼帶電,由于某種原因引起絕緣損壞使其外殼帶電進(jìn)而對人形成接觸電壓的現(xiàn)象。漏電是介于正常和短路之間的一種故障,可以說漏電就是短路的前奏,及時(shí)排除這類故障是防止短路的有效措施。檢測漏電的最好方法就是用電筆接觸帶電體,如果氖泡亮一下立刻就熄滅,證明帶電體帶的就是靜電,如果長亮定是漏電無疑。
漏電產(chǎn)生的原因:
(1)有些用電器采用的電路板自身有問題(電路板低壓電路沒和220V的交流電隔離,本身就帶有市電),采用開關(guān)電源的電器多屬這一種情況。如有些老式彩電,人一摸到天線就會(huì)有手麻的感覺,這就是天線和電路板相連產(chǎn)生的漏電。不過這些電對人沒多大危險(xiǎn),因?yàn)殡娐钒搴褪须婇g有一個(gè)阻值很大的電阻,產(chǎn)生的電流很小。
(2)即便是用電器的電路板本身沒問題,但由于某些元件漏電(尤其是電容)或是由于電路板受潮、灰塵太多,也會(huì)出現(xiàn)漏電的現(xiàn)象,如有一些電器外殼一開始不帶電,但用了一段時(shí)間后又帶電了,多屬這種情況。
1.漏電故障的危害
漏電發(fā)生的前提是電氣設(shè)備外殼是金屬而其作用只限于封閉與美觀等,工作時(shí)不參與導(dǎo)電。而燈具類電氣設(shè)備其外殼一般為玻璃、塑料、透明陶瓷等材料,所以不會(huì)發(fā)生漏電現(xiàn)象。
故可能發(fā)生漏電的設(shè)備是外殼為金屬且工作時(shí)不可帶電的一類電氣設(shè)備。
危害的對象則是當(dāng)該類設(shè)備發(fā)生漏電時(shí)接觸設(shè)備的人,而且故障不排除,發(fā)展下去就會(huì)演變?yōu)槎搪罚斐上嚓P(guān)一系列危害。
3.漏電保護(hù)接線
漏電保護(hù)的空氣開關(guān)一定要將火線和零線同時(shí)接入,不可接PE線。
防范措施
如果出現(xiàn)外殼帶電,摸到有明顯的刺痛感,這種情況就有可能屬于漏電了,可以用我們前面介紹的辦法進(jìn)行檢測。遇到這種情況應(yīng)該從防范漏電入手。筆者在實(shí)踐中總結(jié)出了三種方法,供大家參考:
①最簡單的做法就是交換火線和零線的位置(如將兩相插頭轉(zhuǎn)180度后再插入插座),這種方法一般很有效。因?yàn)橛行┯秒娖鞅仨氉裱白罅阌一稹钡脑瓌t,插反后就會(huì)出現(xiàn)外殼漏電的現(xiàn)象。尤其是電腦及打印機(jī)等更要嚴(yán)格遵循這個(gè)原則。筆者就曾遇到了這種情況,插頭插反后電腦主機(jī)和打印機(jī)都帶了電,手不敢碰金屬外殼,用電筆測試, 氖泡很亮,用萬用表測它與地的電壓竟達(dá)到160多伏,交換火線和零線的位置后就一點(diǎn)電也不帶了。
②清掃電路板的灰塵,尤其是電源主板的灰塵。因?yàn)槿绻覊m多了有時(shí)就會(huì)導(dǎo)電(特別是受潮時(shí)),把高壓和低壓部分連通后外殼就可能帶電。這種情況應(yīng)清理電路板上的灰塵,如果受潮后的灰塵不易除去,則用無水酒精清洗,完了以后用電吹風(fēng)吹干驅(qū)除潮氣。
③如果以上方法都不行,那么最有效的方法就是將外殼接地。把這些電引到地,人就不會(huì)被“電”了。
實(shí)際上,我們電腦在日常應(yīng)用中通常是和多個(gè)外設(shè)連起來的,如顯示器、打印機(jī)和掃描儀等甚至還有局域網(wǎng),只要有一個(gè)設(shè)備漏電,那么通過數(shù)據(jù)線或網(wǎng)線就會(huì)把電串到每一個(gè)設(shè)備上。所以,我們有時(shí)摸到電腦主機(jī)箱有電,但不一定是電腦主機(jī)漏的電,我們在檢查時(shí)應(yīng)斷開連接,逐個(gè)檢查,找到“漏電元兇”。
應(yīng)該安裝漏電保護(hù)開關(guān)或漏電保護(hù)插座,對防范嚴(yán)重漏電事故的發(fā)生有較好效果。
二、單相短路或接地
短路定義
電力系統(tǒng)在運(yùn)行中 ,相與相之間或相與地(或中性線)之間發(fā)生非正常連接(即短路)時(shí)而流過非常大的電流。相線之間相碰叫相間短路,相線與地線、與接地導(dǎo)體或與大地直接相碰叫對地短路,其電流值遠(yuǎn)大于額定電流 ,并取決于短路點(diǎn)距電源的電氣距離。短路就是不同電位的導(dǎo)電部分之間的低阻性短接,相當(dāng)于電源未經(jīng)負(fù)載而直接由導(dǎo)線接通成閉合回路。(通常這是一種嚴(yán)重而應(yīng)該盡可能避免的電路故障,會(huì)導(dǎo)致電路因電流過大而燒毀并發(fā)生火災(zāi)。)
1.故障產(chǎn)生的原因。
單相短路或接地引發(fā)的原因通常是由于:
(1)導(dǎo)線與保護(hù)裝置配合不當(dāng),使得導(dǎo)線處于過載運(yùn)行而開關(guān)拒動(dòng),導(dǎo)線過熱絕緣損壞;
(2)導(dǎo)線本身疲勞運(yùn)行;
(3)導(dǎo)線絕緣因受潮或腐蝕而損壞;
(4)導(dǎo)線本身質(zhì)量問題;
(5)開關(guān)本身切斷能力不夠。
2.產(chǎn)生的危害。
單相短路故障的危害是顯而易見的,即發(fā)生短路時(shí)若保護(hù)裝置不能及時(shí)動(dòng)作,則導(dǎo)線過熱引起電氣火災(zāi)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。
在TN-C-S低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生單相接地且同時(shí)發(fā)生PEN線斷線,如某設(shè)備與外殼相碰,且系統(tǒng)在S處斷線,則高電位會(huì)經(jīng)PE線傳至零線,使負(fù)載中性點(diǎn)發(fā)生偏移,對系統(tǒng)用電器造成危害。
在某些施工現(xiàn)場無健全保護(hù),一旦發(fā)生單相接地,設(shè)備外殼帶電,對人構(gòu)成接觸電壓。
3.防范及保護(hù)措施。
為了防止導(dǎo)線過載運(yùn)行、保護(hù)裝置拒動(dòng)而引起的故障,要求導(dǎo)線與保護(hù)裝置的配合必須滿足要求。
采用帶接地脫扣器型斷路器,當(dāng)發(fā)生單相短路或接地時(shí)會(huì)產(chǎn)生零壓相從而使接地脫扣器動(dòng)作,切斷電源進(jìn)行保護(hù),所以無需采用為了加大接地故障電流而降低故障回路阻抗的措施,便可排除故障,這樣既節(jié)省投資又可彌補(bǔ)低壓斷路器保護(hù)范圍不足的缺陷。
三相系統(tǒng)短路
三相系統(tǒng)中發(fā)生的短路有4種基本類型: 三相短路,兩相短路,單相對地短路和兩相對地短路。其中,除三相短路時(shí),三相回路依舊對稱,因而又稱對稱短路外,其余三類均屬不對稱短路。 在中性點(diǎn)接地的電力網(wǎng)絡(luò)中,以一相對地的短路故障最多,約占全部故障的90%。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中,短路故障主要是各種相間短路。發(fā)生短路時(shí),電力系統(tǒng)從正常的穩(wěn)定狀態(tài)過渡到短路的穩(wěn)定狀態(tài),一般需3~5秒。在這一暫態(tài)過程中,短路電流的變化很復(fù)雜。它有多種分量,其計(jì)算需采用電子計(jì)算機(jī)。在短路后約半個(gè)周波(0.01秒)時(shí)將出現(xiàn)短路電流的最大瞬時(shí)值,稱為沖擊電流。它會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力,其大小可用來校驗(yàn)電工設(shè)備在發(fā)生短路時(shí)機(jī)械應(yīng)力的動(dòng)穩(wěn)定性。短路電流的分析、計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容之一。它為電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行中選擇電工設(shè)備、整定繼電保護(hù)、分析事故提供了有效手段。 在短路電流忽然增大時(shí),其瞬間放熱量也很大,大大超過線路正常工作時(shí)的發(fā)熱量,不僅能使絕緣燒毀,而且能使金屬熔化,引起可燃物燃燒發(fā)生火災(zāi)。
三、故障的防范及保護(hù)措施
1.等電位連接。
對于TN-C-S系統(tǒng),當(dāng)PEN線斷線后,其負(fù)荷中性點(diǎn)偏移電壓是通過PEN與PE線的分支連接處引入PE線,因而造成對人體的接觸電壓。
為了消除和降低PE線上的對地偏移電壓,對PEN與PE分支連接點(diǎn)進(jìn)行接地,即等電位連接處理,這樣可以避免用電器外殼產(chǎn)生偏移電位對人體的接觸電壓的危害。
2.采用保護(hù)電器。
對零線斷線進(jìn)行保護(hù)所采用的保護(hù)電器通常有兩類:
一類是相零(過或欠)電壓型,另一類是零-地電壓型。
相零電壓型的基本工作原理是:
取樣相線與零線之間電壓,在系統(tǒng)正常時(shí)相線與零線之間電壓為正常值,即電源相電壓,此時(shí)保護(hù)電器不動(dòng)作。
當(dāng)零線發(fā)生斷線時(shí),相線與零線之間電壓(即相一零電壓)有效值將超過相電壓(稱為過電壓)或是小于相電壓(稱為欠電壓),達(dá)到保護(hù)電器整定值使其動(dòng)作,切斷故障線路,從而限制PE線接觸電壓及相一零之間過電壓或欠電壓的存在時(shí)間,達(dá)到對人和電器的保護(hù)。
零-地電壓型保護(hù)電器的基本工作原理是:
保護(hù)電器取樣負(fù)載中性點(diǎn)對地電壓,當(dāng)發(fā)生零線斷線故障時(shí)負(fù)載中性點(diǎn)產(chǎn)生偏移電位,一旦達(dá)到保護(hù)電器的動(dòng)作整定值,則經(jīng)過一定延時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使自動(dòng)空氣開關(guān)跳閘,從而達(dá)到對人和用電器的保護(hù)。
3.導(dǎo)線應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。
N(PEN)線必須滿足機(jī)械強(qiáng)度及載流量要求,三相四線及二相三線供電系統(tǒng)中N(PEN)零線連接點(diǎn)應(yīng)牢固并具有防腐能力是為了做到連接點(diǎn)牢固可靠,對于TN-C-S供電系統(tǒng)進(jìn)戶處配電裝置中的PEN,PE及N線的連接點(diǎn)和TN-S供電系統(tǒng)中的N線連接點(diǎn),應(yīng)設(shè)置銅母線作為連接端子,并對該母線及其被連接的導(dǎo)線端子作相應(yīng)處理,以提高其抗腐能力,降低斷線的發(fā)生概率。
(來源:EPTC協(xié)作網(wǎng))
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