三详解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。

图2 对称负载情况下中线阻抗对中性点电位偏移的影响

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。

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

从图3可见，随着中线阻抗的增大，中性点电位偏移也增大。

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。

4、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。