三相四线制供电系统中性点电位偏移

三相四线制供电系统中性点电位偏移

摘要：介绍了三相四线制供电系统中线阻抗及三相负载变化对中性点电位偏移的影响，从理论上对偏移产生的原因作了分析，运用ORCAD/PSPICE 9对三相四线制供电系统中性点电位偏移进行了仿真研究，并提出在实际应用中应注意的问题。

关键词：三相四线制；中线阻抗；中性点电位偏移；

1 中性点电位偏移的理论分析

图1(a)为三相四线制供电系统电路图，其中线阻抗ZN≠0，由节点电压法可知，电源中性点N 和负载中性点N’之间中性点偏移电压为：

图l 不对称三相电路及其相量图

从图l(b)的相量关系可以清楚看出，N’点和N点不重合，这一现象称为中性点位移。在

为三相对称电压源的情况下，对(1)式分析可得出如下结论。

(1)当ZA=ZB=ZC(即三相负载平衡时)，无论ZN为何值均有

＝0，所以有，IN＝0，此时三相负载电压平衡，其中线可省略。

(2)当ZN＝0时，1/ZN→∞，由式(1)有，这说明在中线阻抗趋于零的情况，不存在三相负载电压的偏移。

(3)当ZN→∞，即中线断路，在三相负载不平衡的情况下有

可见完全取决于各相负载的大小。

(4)在三相负载不平衡的情况下，当ZN介于0和∞之间时，由(1)式可知，不仅与负载阻抗ZA、ZB、ZC有关，而且与中线阻抗ZN有关。当负载变化时，则的相位角及其模也在随时变化。

当中性点电位发生偏移时，就会造成三相负载电压的波动，如图1(b)所示，使得某些相(例如B 相)的电压升高了，某些相(例如A相)的电压降低了，这就会影响负载的正常工作，相电压升高，有可能使该相用电设备因超过额定电压而损坏，而相电压降低，使得用电设备不能正常工作。

2 三相四线制供电系统的PSPICE仿真

2.1 中线阻抗变化对中性点电位偏移的影响

图1(a)中，令

(以下分析，同此参数)。ZA＝ZB＝ZC＝0.3+j0.518(Ω)(即R1＝R2＝R3＝0.3Ω，L1＝L2＝L3＝1.65mH，相当于各相接入1000盏40W的日光

灯对称负载)，当中线阻抗ZN从0.001Ω至10Ω变化时，其与ZN的变化曲线如图2。

从图2可见，中线阻抗变化对对称负载来说，不会发生中性点电位偏移。

图l(a)中，令Rl=0.3Ω，L1＝1.65mH，R2=0.6Ω，L2＝3.3mH，R3＝0.15Ω，L3=0.825mH，当中线阻抗从0.001至10变化时，其UN＇N与ZN的变化曲线如图3。从图3可见，随着中线阻抗的增大，中性点电位偏移也增大。

图2 对称负载情况下中线阻抗对中性点电位偏移的影响

图3不对称负载情况下中线阻抗对中性点电位偏移的影响

2.2 三相负载不平衡度对中性点电位偏移的影响

下面以三相总负载为3000盏40W日光灯为负载参数来研究三相负载不平衡度对中性点电位偏移的影响，并且按以下三种情况分别进行仿真研究。第一种情况，某一相负载不变，另外两相，其中一相负载增加，另一相负载减少(即A相为1000盏，B相为(1000＋K)盏，C相为(1000－K)盏，K=100，200，...，1000，见表1中1—10行数据)；第二种情况，某二相负载增加，另一相负载减少(即A相为(1000－K)盏，B相为(1000＋K/2)盏，C相为(1000＋K/2)盏，K＝100，200， (1000)

见表1中11—20行数据)；第三种情况，某二相负载减少，另一相负载增加(即A相为(1000＋2K)盏，B相为(1000－K)盏，C相为(1000－K)盏，K=100，200，…，1000，见表1中2l—30行数据)。表l 给出了以上三种情况下，在中线阻抗分别为1Ω、10Ω和∞时，三相星形连接不平衡负载情况下的中性点偏移电压。由表l可见，三相负载不平衡度越大，中性点电位偏移也越大。

3 结语

通过以上分析，可见在三相四线制电网中，应注意以下问题：

(1)应尽量使三相负载对称分布。

(2)三相负载无论布置得怎样平衡，在使用电灯等负载的这段时间内，各相负载大小总是有差别的，这样只有通过采用较小的中线阻抗来减小中性点电压偏移，即要求注意中线的连接工艺以及合理考虑中线的线径。

(3)中线断了以后，在通常的情况下，由于负载不平衡，会使中性点电位偏移较大，为了防止中线断开而引起事故，可以对三相四线制供电系统加装继电保护装置。

参考文献

[1] 邱关源，电路[M]，高等教育出版社，2000。

[2] 贾新章，ORCAD/PSPICE 9实用教程[M]，西安电子科技大学出版社，2001。

[3] 吴建强，PSPICE仿真实践[M]，哈尔滨工业大学出版社，2001。

谈低压配电系统三相四线制中零线的重要性

对于采用星形联接的三相四线制低压配电系统，可以同时供给两种电压，即相电压和线电压。对于三相电源每个线圈两端的电压为相电压，其中相电压可以提供单相用电设备及照明的电源，而三相电源中任意两根相线间的电压称为线电压，线电压可以提供动力用电设备如电动机等。

由于零线是作为三相电流的公共回路。一般情况下可比相线的截面积小一些，如三相对称的一般负荷电路，流过各相负载的电流大小应相等，而且每相电流间的相位差为120度，由电流相量图（图一、二所示）可知：

IN=IU＋IV＋IW=0，

由于三相负荷是对称的，中线电流为零，因而取消中线也不会影响三相电路的工作，甚至可节省零线。

但是尽管力图将单相负荷均匀地分配至三相电路中，由于这样或那样的原因，三相不平衡是绝对的，而所谓平衡则是相对的；也就是说三相电路的不平衡是不可避免的。因此，通常采用三相四线制的配电方式，以此解决三相负载不平衡现象。

当三相负载不对称时，各相电流的大小不一定相等，相位差也不一定为120度，电流必定流过中性线，此时中线在电路中将起到重要作用。

零线的作用是确保不对称负荷的相电压对称，如果因为负荷不对称，零线又因故断开，如图三、四所示，如U相断路，此时RV和RW串联在V、W两相的线电压上，因而

IV=IW=U线/（RV＋RW）