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1、低压配电线路常见故障及防护方法摘要：在低压配电线路中，由于许多原因，会导致故障的产生。当电路发生故 障时，系统将无法正常工作。因此，要做到减少故障发生的可能，防止故障的出 现，并能准确的判断问题所在和及时排除故障。关键字：低压配电线路，故障，防护，绝缘材料1. 概述 在低压配电线路中，通常采用聚氯乙烯绝缘或橡胶绝缘制成的各种低压绝缘 导线以及低压电缆，来实现电能的传输和分配，供给照明装置、动力设备以及办 公和家用电器的各种用电设备的用电要求。但是，对于使用中的绝缘导线和电缆，由于长期使用就会造成绝缘材料老化 或遭受意外机械损伤，致使绝缘性能明显下降，其主要绝缘性能指标，如绝缘电 阻大大降低或泄
2、漏电流大大增加，绝缘导线绝缘性能失效，进而引发各种线路故 障。常见的有以下这些故障：短路故障、断线故障、过载故障、接地故障等。2. 短路故障及防护 短路是最常见的故障，其危害最大，由此而引发的其他电气故障也最多。2.1 原因分析(1) 绝缘破坏：外力损伤、温度过高造成的绝缘材料变性、电场过强造成的绝 缘材料变性、温度过高造成的绝缘能力降低、污物过多造成的绝缘能力降低等。(2) 导线相连接：如果架空裸导线的弛度过大，在外力作用下互相碰接，就会 产生短路故障。两条不等电位的导线短接，也是造成短路故障的重要原因。这种 短接可能是由于外力的作用，也可能是人为的误操作。产生短路故障的其他原因 有：杂物影
3、响、施工不符合要求、线头不包扎、插座未上盖、临时短接线未拆等 等。(3) 架空电力线下方违章作业：在架空电力线下方进行吊装和其他作业，不按 规定操作，也容易造成电力线短路。2.2 防护方法 这里是指一般的短路故障，包括单相短路，即相线对于中性线的短路以及相 间短路。根据电流的热效应，在短路电流的作用下，在绝缘导线、电缆及其连接部位 的最高允许温度，不仅使其绝缘材料烧毁，而且还会使导线融化产生高温熔珠， 引燃周围可燃物，甚至酿成火灾。针对导线、电缆绝缘材料的耐热特性，短路保 护电器一般是采用低压熔断器和低压断路器的过流脱扣器。(1) 低压熔断器防护 低压熔断器的熔体也是一种导体。它的发热特性就是
4、其保护特性，同样也是 反时限的。可以做到其保护特性十分接近导线、电缆绝缘材料的耐热特性，可以 起到很好的短路保护作用。当线路出现短路故障时，熔断器可以及时熔断，切断 供电电源。或者当线路出现短路故障时，在绝缘导线、电缆绝缘材料的温度尚未 达到最高允许温度前，熔断器熔断切断供电电源。这样短路电流允许的持续时间 应为0.15s之间。低压熔断器也可以用于严重过载故障的防护。由于低压熔断 器产品的离散性和散热条件的不确定性，使低压熔断器比较难于用在精确的过载 故障的防护。一般对于线路末端短路故障防护器的瞬动电流约为(610)倍的 额定电流。(2) 低压防护器防护低压断路器的过流脱扣器，可以对线路出现故
5、障或短路故障时均能进行防护。 无论是过载还是短路故障，其线路中的电流超过其允许载流量，故统称为过电流。 实现上述过电流的保护统称为过电流防护。与低压熔断器的保护特性与绝缘导线、电缆的耐热特性关系有所不同，低压 断路器的过电流脱扣器的保护特性，除了有过载故障防护的反时限保护特性一段 外，还有短路故障防护的瞬时动作保护特性。3. 断线故障及保护 断线是最常见的故障现象之一，由此而引发的其他电气故障的主要原因。3.1 原因分析 低压配电线路在运行中因负荷电流过大，使导线接头发热、松动、氧化、接 触不良打火花、短路等是造成断线故障的主要原因。而导线本身因质量问题而存 在的缺陷，导线线径大小选用的合理性
6、，导线的使用年限和受腐蚀程度，连接设 备的质量，导线受到外力破坏，导线的运行环境，导线在施放过程中受到损伤等 都是造成断线事故发生的重要原因。低压三相四线线路断线故障可分为断零和断相两大类。3.2.1 断零故障及防护 断相故障有以下危害：（1）三相四线制低压线路中性线断线，会引发在三相负荷不平衡时中性点发 生位移，负荷轻的相电压升高，负荷重的相电压降低，从而致使电压升高相处于 工作状态中的用电设备很快烧毁；（2）中性线断线还会使断线点后的电气设备丧失保护接零的保护作用。当中 性线断线，而断线点后面某一电气设备发生外壳漏电时，电气设备外壳会带相当 于相电压的对地电压，一旦人体接触这些电气设备外壳
7、，就可能会造成触电伤亡；（3）单相供电线路由于中性线断线，电源与负载构不成闭合回路，因此无法 正常供电；（4）三相四线制低压线路断线引起的三相负荷不平衡将增加变压器和高低压 线路的损耗。低压线路断线时若发生相间短路的现象，而低压总保护开关不动作， 还可能导致烧毁配电台区JP柜或配电变压器的严重后果。在三相四线的低压配电线路中，为防止和减少断零烧毁用电设备事故的发生， 在设计、安装、维护和检测中，应着重注意解决以下问题：（1）加强负荷测试并将三相用电负荷调整得尽可能平衡，防止中性线上长期 有较大的不平衡电流通过而发生中性线断线事故；（2）从增加中性线（零线）机械强度考虑在满足允许栽流量、绝缘性能
8、的前 提下，适当增大中性线（零线）截面；（3）为了应对各种用电设备上的电子元件所产生的谐波对中性线的危害（谐 波有时可能使中性线上的电流达到相电流的两倍），所以中性线应选用与相线截 面积相同的导线；（4）中性线的接头，接线端子等连接部分，必须牢固可靠，接触良好、其温 度应在最高允许温度范围内；（5）中性线应采用多股导线，在中性线上不得装设单独的开关和熔断器，以 防止因过电流使熔断器熔断造成“断零”故障发生。在相线上按要求装设熔丝或其 他短路保护装置，防止短路烧断中性线。加强防雷击措施，防止供电线路遭雷击 破坏；（6）对中性线实施重复接地措施。一旦发生中性线断线，因有重复接地，不 平衡负荷电流可
9、经接地装置流回电源中性点，从而抑制了负荷中性点的偏移，使 受电设备的端电压不致偏差过大，减轻电压波动对用电设备造成的危害。3.2.2 断相故障及防护断相故障有以下危害：（1）若低压配电线路在带电运行的状态下发生断线事故，带电导线触及人员 或其他导体很有可能会造成人员伤亡事故；（2）当动力用户的三相异步电动机在运行中因断线而造成电源缺相，破坏了 旋转磁场的稳定性，使正常相电流突然增大，如果得不到及时处理，则会造成三 相动力设备缺相运行，电动机因长时间发热而烧毁，并可能引发火灾等其他事故；（3）断线相用电客户因失压无法用电。 为了防止因“断相”故障发生，使电动机不被烧毁，在维护和检测中，应注意 以
10、下问题：（1）作为保护电器的熔断器的熔断，必须选择合适，三相熔断器熔体规格应 当一致；（2）相线和中性线的接头、接线端子等连接部分牢固可靠，接触良好，其温 度应符合规定；（3）开关电器的各动静触头应接触良好、紧密，无烧蚀现象。4. 过载故障及防护 过载是指输电线路中的电流值大于导线的最大承受额度。由于导线自身存在 阻抗，当导线中存在不同程度的过电流时，会引起导线内阻具有相应的发热量。 导线的发热量是电流的正向二次函数，若线路电流过大，导致温度过高而且不能 及时散热，最后加速了绝缘层的老化进程，使绝缘性能降低。严重过载时将使绝 缘材料烧毁，进一步发展将导致线路短路故障的发生，甚至酿成火灾。4.1
11、 原因分析 造成过负荷的主要原因有：导线的设计或选择不规范，供电线路中接入的用 电设备过多或是接入的设备功率过大，超过了该供电线路所能负载的最大值；在 设计电路时选用的电路保护器的开断电流比线路的长时间工作电流或配电保护的 额定值大很多，断路器不能在线路发生过载时及时开断电路，使线路长期处于过 载状态，输电线路、用电设备处于非额定状态会产生很大损害，甚至引起火灾。4.2 防护方法 当过载出现时，采用过载保护器，经过短暂一段时间过载时间，可以延时动 作切断供点电源或者发出报警信号，使低压配电线路停止工作，这就是过载故障 的防护。根据电流的热效应，在导线发热量一定的情况下，电流持续的时间长短和电
12、流大小呈现反时限特性，这就是绝缘导线、电缆的耐热特性，针对耐热特性的特 点，同样采用低压熔断器或低压断路器的过电流脱扣器作为过载故障的保护电器5. 接地故障及防护 从本质上讲，电路接地故障就是电路对地的绝缘损坏，使电路对地的绝缘电 阻大大降低，甚至为零。因此查找电路接地故障，只要测量电路对地的绝缘电阻 即可；当此绝缘电阻很低时，则主要测量其间的电阻值。因而查找电路接地故障 可以用绝缘电阻表（兆欧表）进行测量，也可以用万用表的电阻挡进行测量。5.1 原因分析 低压配电线路未发生绝缘老化或受机械损伤，在正常情况下从绝缘导体流入 地中的泄漏电流，其值比较小；当线路绝缘材料老化或遭到机械损伤，致使绝缘
13、 性能下降，对地泄漏电流增加（比正常泄漏电流要大许多倍）。于是相线对地或 与接地体（配电和用电设备的金属外壳和构架，敷设线路的金属管槽，建筑物的 金属构件、上下水、采暖、通风、燃气管道等）发生单相接地短路，一般称这种 单相接地短路为接地故障。低压配电线路发生接地故障时，首先，与其相连的线 路和设备的外露可接近导体带电，将会使人体遭受电击的伤害，严重时间可能造 成人员伤亡。其次故障点电弧温度高达几千度将会引燃绝缘导线和周围可燃物酿 成火灾。最后，测试表明，其接地故障电流在回路阻抗上产生可观的电能消耗造 成不应有的能源浪费。接地故障的故障点常以两种短路形式出现：（1）金属性短路即在故障点处相线与接
14、地导体相接触使故障点两金属导体熔化焊在一起，其 接触电阻可以忽略不计。但接地故障电流剧增，可达线路允许载流量的几百倍甚 至更多。此时短路故障保护电器应瞬时动作切断供电电源，停止低压配电线路工 作，防止绝缘导线烧毁，甚至酿成火灾。如果在故障点相线和接地导体相接触， 两金属导体熔化但彼此并未焊在一起反而收缩而远离，此时接地故障自然消失。（2）电弧性短路即在故障点处相线与接地导线断续接通引起火花放电现象，其电弧温度可达 几千度。将会引燃绝缘导线和周围可燃物，酿成火灾。电弧性短路发生概率远高 于金属性短路发生的概率。因此在接地故障中电弧性短路是最常见的接地故障现 象。5.2 防护方法当低压配电线路发生
15、接地故障时，泄露电流一般为毫安级，线路的过电流保 护（过负荷保护和短路保护）无法动作发挥保护作用，因此采用剩余电流动作保护 器（漏电保护器）作接地故障保护，在发生故障时瞬时动作切断供电电源，从而 避免了接地故障的危害和所造成的损失。剩余电流动作保护装置的工作原理：当三相电路中没有发生人身电击事故、 设备漏电、接地故障或三相对地泄漏电流平衡时，通过剩余电流动作保护装置零 序电流互感器电流的矢量和为零，即剩余电流值为零，剩余电流动作保护装置正 常运行；当三相电路中发生人身电击事故、设备漏电、接地故障或三相对地泄漏 电流不平衡时，通过剩余电流动作保护装置的电流矢量和不为零，即剩余电流值 不为零。检测
16、环节就采集到该剩余电流信号；信号处理环节对检测环节送来的信 号进行放大、变换、处理后，与设定的额定剩余电流动作值进行比较，并把比较 结果形成通断指令；执行机构根据指令控制被保护线路中开关的脱扣器。剩余电 流动作保护装置就动作跳闸，切断被保护线路的电源，达到保护目的。低压配电线路和电气设备装设剩余电流动作保护器的保护方式，一般是采用 分级保护。根据低压配电线路和电气设备的对地泄漏电流的大小，人体遭受电击 伤害以及引发火灾的可能性等各种因素，通常把低压配电线路和电气设备分为电 源总进线、干线和分支线及所连接的用电设备分级进行保护，这样可以区分防止 人体遭受电击伤害和防止引发火灾的范围，便于对剩余电流动作保护器的类型进 行选择。根据低压配电线路的保护接地型式的不同，为了低压配电线路接地故障 进行防护，剩余电流动作保护器的接线应与保护接地型式相适应。这是剩余电流 动作保
