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零线在供电系统中的作用

来源:机房360 作者:RAIN 更新时间:2011-8-17 12:38:58

摘要:零线在供电网络中是不可或缺的,它对设备正常运转和保证人身安全起着重要的作用。

在低压供电系统中,大多数采用三相四线制方式供电,因为这种方式能够提供两种不同的电压——线电压(380V)和相电压(220V),可以满足用户不同的需要。在三相四线制系统中,如果三相负载是完全对称的(阻抗的性质和大小完全相同,即阻抗三角形是等边三角形),则零线可有可无,例如三相异步电动机,三相绕组完全对称,连接成星形后,即使没有零线,三相绕组也能得到三相对称的电压,电动机能照常工作。
  
  但是对于住宅楼、学校、机关和商场等以单相负荷为主的用户来说,零线就起着举足轻重的作用了。尽管这些地方在设计、安装供电线路时都尽可能使二相负荷接近平衡,但是这种平衡只是相对的,不平衡则是绝对的,而且每时每刻都在变化。在这种情况下,如果零线中断,三相负荷中性点电位就要发生位移。中性点电位位移的直接后果就是三相电压不平衡了,有的相电压可能大大超过电器的额定电压(在极端情况下会接近380V),轻则烧毁电器,重则引起火灾等重大事故;而有的相电压大大低于电器的额定电压(在极端情况下会接近0V),轻则使电器无法工作,重则也会烧毁电器(因为电压过低,空调、冰箱和洗衣机等设备中的电动机无法起动,时间长了也会烧毁)。由于三相负荷是随机变化的,所以电压不平衡的情况也是随机变化的。
  
  对于没有零线时中性点电位发生位移这个问题,有些人无法理解,而理论计算又涉及到较深的电工基础知识(如电动势和阻抗的复数表示法以及复数的四则运算等),特别是当负载不是纯电阻时,计算相当繁琐,也难以弄懂,在大多数情况下也没有必要去计算。下面仅举例来说明没有零线时各相负载两端电压的变化。
  
  现在假定某住宅楼为三层,二相电源分别送入一楼、二楼和三楼住户。而零线正常时,各层楼的住户用电互不相干。而零线中断后情况就不一样了。为了分析方便,假定一楼住户都不用电,二楼住户只开了一只灯,三楼住户开了三只同样的灯(如图所示),不难看出,三楼的三只灯并联后再与一只灯串联,接到了380V的电压上,由于二楼负载的电阻就是三楼负载电阻的三倍,所以380V中电压的四分之三(285V)都降落在二楼灯泡上了,灯泡必烧无疑,而三楼灯泡两端电压则只有95V,自然不能正常发光。而一楼的灯泡烧毁(开路)后,三楼的灯泡也就不能构成回路了,都不工作了。等到某一时刻,一楼住户的电饭锅投入使用(假定电饭锅的额定功率大大高于三楼的三个灯泡的功率),三楼的灯泡自然也要烧毁。
                        
                                 住宅楼照明系统示例
  
  另外,如果某些电器采用接零保护(外壳接在零线上),零线中断后,就失去了接零保护,还有可能发生触电事故。综上所述,在三相四线制系统中零线是非常重要的。
       

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