淺析四極開關(guān)的應(yīng)用

李 偉

機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院；建筑工程二院電氣所

淺析四極開關(guān)的應(yīng)用

李 偉

機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院；建筑工程二院電氣所

在低壓配電設(shè)計(jì)過程中，我們通常會用到四極開關(guān)，那么什么時候要用四極開關(guān)？無論什么場合都可以用四極開關(guān)嗎？選用四極開關(guān)的原則又是什么呢？

四極開關(guān)；“斷零”；雜散電流；檢修安全

在低壓配電設(shè)計(jì)過程中，我們通常會用到四極開關(guān)，那么什么時候要用四極開關(guān)？無論什么場合都可以用四極開關(guān)嗎？采用四極開關(guān)的原則又是什么呢？

近年來，很多學(xué)者關(guān)于四極開關(guān)的應(yīng)用發(fā)表了大量的文章，展開討論，主要結(jié)論是“四極開關(guān)應(yīng)慎用”。筆者不揣淺陋，愿意在學(xué)習(xí)和不斷理解的基礎(chǔ)上，結(jié)合配電設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的接地系統(tǒng)作簡單分析。

四極開關(guān)斷開中性線后，可以避免因中性線帶危險電壓危及檢修人員安全；也可防止雜散電流的危害。這是采用四極開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。那么如果不斷開中性線，中性線上的危險電壓是怎么產(chǎn)生的呢？原因很多，例如：

⑴ 低壓供電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生一相接地故障，故障電流在變電所接地極上產(chǎn)生電壓降，使中性點(diǎn)和中性線對地帶危險電壓，如圖一所示。

⑵保護(hù)接地和低壓側(cè)系統(tǒng)接地共用接地裝置的變電所內(nèi)高壓側(cè)發(fā)生接地故障，其故障電流同樣也在RB上產(chǎn)生電壓降，引起中性線帶危險電壓，如圖二所示。

圖一

圖二

⑶低壓線路上感應(yīng)的雷電過電壓沿中性線進(jìn)入電氣裝置內(nèi)。

不裝四極開關(guān)又為什么會產(chǎn)生雜散電流呢？一般雙電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)接地選用不當(dāng)就會出現(xiàn)此類情況。請看圖三。轉(zhuǎn)換開關(guān)Q1及Q2為三極開關(guān)，這樣中性線電流就有兩條通道回到電源側(cè)：變壓器中性線電流即可由本回路的中性線返回變壓器，也可繞道沿發(fā)電機(jī)電源線路的中性線返回變壓器，這一電流即是雜散電流。這一雜散電流可引起一些不良后果，例如雜散電流的通路可形成一大包繞環(huán)，雜散電流在包繞環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的磁場將可能對包繞環(huán)內(nèi)的敏感信息技術(shù)設(shè)備產(chǎn)生干擾。另外如Q1,Q2具有RCD功能，則此雜散電流將使RCD勿動或拒動

圖三

使用四極開關(guān)又會有什么缺點(diǎn)呢？四極開關(guān)濫用結(jié)果，不但增加工程投資，增加維護(hù)工作，更令人擔(dān)心的是由于開關(guān)觸頭的故障而導(dǎo)致“斷零”事故。采用四極開關(guān)切斷中性線，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，可保證電氣維修安全，切斷雜散電流通路。但為此需要在中性線上增設(shè)一對刀閘的活動連接點(diǎn)和上下兩個進(jìn)出線端子的固定連接點(diǎn)，這樣就大大增加了“斷零”的風(fēng)險。“斷零”后會大大縮短用電設(shè)備的壽命，甚至使其燒毀。事實(shí)證明，使用四極開關(guān)易發(fā)生“斷零”事故。如果發(fā)現(xiàn)四極開關(guān)有一對觸頭不導(dǎo)電，這一對觸頭往往是中性線上的觸頭。觸頭間的接觸電阻主要由膜電阻和收縮電阻組成。膜電阻由觸頭表面的一層化學(xué)腐蝕物、氧化物和塵埃贓物等組成的一層電阻膜，它阻礙電流的通過。當(dāng)開關(guān)切斷負(fù)載電流時，觸頭間產(chǎn)生電弧，這一電弧不大，不足以燒毀觸頭，但能燒掉和清除觸頭表面的電阻膜，從而減少接觸電阻。對于四極開關(guān)通常要求先斷開三個相線觸頭，后斷開中性線觸頭，以避免瞬間的“斷零”。三根相線斷開后中性線上沒有電流，中性線觸頭自然不會拉出電弧來清除其電阻膜，所以中性線觸頭的接觸電阻總是大于相線觸頭的接觸電阻。這正是四極開關(guān)易發(fā)生“斷零”事故的一個重要原因。

為保證電氣維修時的電氣安全及切斷可能出現(xiàn)的雜散電流通路要采用四極開關(guān)，但為了減少“斷零”事故的發(fā)生及降低工程投資有要盡量少用四極開關(guān)，這是相互矛盾的，那么在低壓配電設(shè)計(jì)過程中，怎樣來使用四極開關(guān)呢？

PEN線內(nèi)包含PE線，而PE線是嚴(yán)禁切斷的，因此TN-C系統(tǒng)內(nèi)不允許裝用四極開關(guān)。

TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)內(nèi)是不必為檢修安全裝設(shè)四極開關(guān)的。IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國電氣規(guī)范都規(guī)定了再建筑物內(nèi)設(shè)總等電位聯(lián)結(jié)的要求，一些未做等電位聯(lián)結(jié)的老建筑物因金屬結(jié)構(gòu)、管道等互相之間的自然接觸，也具有一定的等電位聯(lián)結(jié)作用。由于這一作用，TN-C-S系統(tǒng)和TNS系統(tǒng)不必為電氣維修安全裝用四極開關(guān)，可用圖一來說明。圖中電氣維修時中性線導(dǎo)入了對地危險電壓Uf，由于建筑物內(nèi)進(jìn)行了總等電位聯(lián)結(jié)使金屬結(jié)構(gòu)、管道等與PE先、中性線互相連通，都處于同一Uf電壓水平上，維修人員觸及中性線時因不存在電位差，不可能發(fā)生電擊事故，也不可能打出電火花而引起爆炸和火災(zāi)事故。因此在具有總等電位聯(lián)結(jié)的TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)建筑物內(nèi)不需要為維修安全裝設(shè)四極開關(guān)。但是如果給戶外用電設(shè)備配電時，因戶外用電設(shè)備處沒有做總等電位聯(lián)結(jié)，為了檢修安全，還是應(yīng)該裝設(shè)四極開關(guān)的。那么如果三相負(fù)荷不平衡，電源的N線上會有電壓嗎？此時是否需要切斷N線呢？如果三相負(fù)荷不平衡，電源的N線的確會帶電壓，即零點(diǎn)漂移，據(jù)分析，此時N線所帶對地電壓對人身安全不會達(dá)到危險程度，故此種情況也不需要裝設(shè)四極斷路器。

TT系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)為電氣維修安全裝設(shè)四極開關(guān)。在TT系統(tǒng)內(nèi)，即使建筑物內(nèi)設(shè)置有總等電位聯(lián)結(jié)，也需要為電氣維修安全裝用四極斷路器，可用圖四來說明。圖中TT系統(tǒng)內(nèi)的中性線和總等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)是不相通的。當(dāng)中性線帶Uf電壓進(jìn)入建筑物內(nèi)時，總等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)卻仍為地電位，這一Uf電位差將引起電氣事故。因此為保證檢修安全，TT系統(tǒng)應(yīng)在建筑物適當(dāng)線段上，例如在電源進(jìn)線處裝用四極開關(guān)。

圖四

IT系統(tǒng)一般不引出中性線，不存在四極開關(guān)問題。如果引出中性線，當(dāng)發(fā)生一相接地故障時，中性線對地電壓將為相電壓220V，在進(jìn)行電氣維修時電擊維修甚大，因此需為電氣維修安全裝設(shè)四極開關(guān)。

對于末端電源轉(zhuǎn)換開關(guān)防雜散電流是否裝設(shè)四極開關(guān)，要根據(jù)不同接地系統(tǒng)進(jìn)行分析。以不使中性線電流有多個回路返回電源為原則。在此限于篇幅，不再一一進(jìn)行分析。一般說來，兩個都接地系統(tǒng)之間的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)為防雜散電流應(yīng)裝設(shè)四極開關(guān)；TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)電網(wǎng)電源與引出中性線的IT系統(tǒng)自備發(fā)電機(jī)電源進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換時應(yīng)裝設(shè)四極開關(guān)，不然在使用柴油發(fā)電機(jī)電源時，其中性點(diǎn)將通過TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地而接地，從而改變了發(fā)電機(jī)電源的接地形式，使其失去了IT系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

以上是作者對于四極開關(guān)應(yīng)用的理解及淺顯認(rèn)識，還望同行不吝指教，共同探討，以便在日常配電設(shè)計(jì)中能正確選用四極開關(guān)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.068