對工廠采用四極斷路器作為配電總開關的風險探討

趙志宏

（國藥集團國瑞藥業有限公司，安徽淮南232001）

0 引言

在工廠供電中，對建筑樓層或車間小容量負荷供電，經常采用PZ30系列配電箱作為終端電器的控制裝置。它適用于交流額定電壓為220 V或380 V、負載電流不大于100 A的三相三線或三相五線的終端電路，對用電設備進行控制，對過載、短路、過電壓和漏電起保護作用。此種配電箱體積小、重量輕，安裝檢修方便，得到了廣泛應用。

在PZ30配電箱中，一般配置有總開關，用于控制各分路開關。配置的總開關，有的采用三極開關，零線接在零線端子排上；有的采用四極開關，控制3個相線和1個零線。采用四極開關把零線和相線一起控制，此種開關雖具有可分斷零線的優點，但如果每相負荷分布極不平衡，零線電流將會很大，燒壞開關的零線觸點，影響負荷用電，甚至燒壞用電器。這種配電方式在工廠辦公樓和車間照明供電中應用較為廣泛，對存在的風險一般都不重視。

下面介紹筆者曾遇到的因四極開關出現問題影響負荷用電的實例，以此對故障原因進行分析，闡述應采取的防范措施。

1 故障現象

1.1 故障現象1

某辦公樓一層采用PZ30配電箱供電，一天下午，辦公人員突然發現辦公室一臺電腦冒煙，馬上把插頭拔掉。經電工維修人員檢查，配電箱總開關DZ47-63/4P上樁頭零線對其他3個相線220 V電壓正常，而開關下樁頭零線對其他3個相線無220 V電壓，相線之間的380 V電壓正常。懷疑四極開關零線觸點有問題，于是將開關拆下，用萬用表歐姆檔檢查開關觸點的通斷情況，開關合上后，零線觸點不通，其他三相觸點接觸情況正常，與估計情況相吻合。更換新的四極開關后，供電正常。打開冒煙的電腦主機，發現電源部分燒壞。

1.2 故障現象2

某辦公樓一層采用2個PZ30配電箱分別為大廳及一層各房間供電。某天早上，發現大廳空調啟動后，照明燈忽明忽暗，空調立即自動停機，不能工作。空調停機后，照明恢復正常。對大廳的PZ30配電箱進行檢查，各開關輸出電壓220 V正常，檢查插座電壓也正常，接著檢查此配電箱供電電源線是否有接觸不良的現象。由于手頭沒有現成的圖紙，不知電源從何處而來，著手從另一配電箱進行檢查，發現大廳的PZ30配電箱的電源從此配電箱的一只三極開關輸出，測量此開關的輸出電壓，每相220 V相電壓正常。檢查到此，感到十分疑惑，究竟是何種原因造成這樣的異常情況呢？嘗試對各個房間的插座電壓進行檢查，在有空調工作的情況下，插座電壓達到近300 V，說明在有負荷工作的情況下，控制房間的配電箱的輸出電壓會不正常。為避免燒壞電器，停止對負荷送電。打開配電箱的面板對其內部進行檢查，發現控制總開關DZ47LE-63/4P零線樁頭發黑，有過熱的痕跡。確定更換進線總開關，決定采用DZ47-60/3P三極開關更換原四極開關，進線零線和負荷零線直接短接，以防止采用四極開關零線電流偏大時開關零線觸頭被燒壞。按此方案更換開關和接好零線后，空調、照明及其他用電器工作正常。

2 故障分析

2.1 對故障點的查找和判斷

在故障現象1中，故障點相對容易查找。因零線輸出端和其他相線無220V輸出電壓，而輸出的380V線電壓正常，可很快確定開關零線觸點有問題。

在故障現象2中，2個配電箱不帶負載或負荷不大時開關的輸出電壓和插座的電壓正常，很難判斷是配電總開關的問題。一般會認為是在電源進線某處零線接觸不良的問題，這樣就會走很多彎路。

筆者從理論分析，結合不久前遇到的故障現象1的經驗，通過對配電箱總進線四極開關零線發熱情況的觀察，準確判斷出是四極總開關的問題。

2.2 故障原因分析

在工廠辦公樓層供電中，一般采用PZ30配電箱對各樓層供電，配電系統如圖1所示。采用四極開關作為配電總開關，當負荷不平衡、零線電流過大、開關相對偏小時，會出現燒壞開關零線觸點的情況。配電系統220 V的輸出電壓就會不正常，影響單相負荷的用電，如果不能及時發現，時間過長，就會燒壞單相負荷的用電器。

圖1 PZ30配電箱配電系統圖

2.3 燒壞單相負荷的原因分析

在三相四線制220 V/380 V供電系統中，如果零線斷路，單相負荷的供電可用負載接線圖（圖2）進行分析。

圖2 三相四線制供電零線斷線時負載接線示意圖

2.3.1 一般會出現異常情況的原因

（1）只有一路負載接通，其他兩路負載沒有接通。例如，負載Z2、Z3沒有用電時（開關或控制器沒有接通），只有負載Z1用電（開關或控制器接通）時，由于構不成回路，這時Z1沒有電壓，負載不能正常工作。

（2）有兩路負載接通，而一路負載沒有接通。如負載Z1、Z2用電時（通過開關或控制器接通），而負載Z3沒有接通時（相當于斷開時），這時Z1、Z2串聯后接在L1和L2上，也就是接在線電壓為380 V的電源上。Z1、Z2阻值不同，獲得的電壓也不同。假設Z1、Z2的阻值分別為10Ω和20Ω，通過計算可知，Z1、Z2獲得的電壓分別為127 V和253 V，如果Z1、Z2的阻值差別很大，獲得的電壓差別也會很大?？梢钥闯觯柚敌〉墨@得的電壓小，低于額定電壓，不能正常工作；阻值大的獲得的電壓大，高于額定電壓，會燒壞用電器。這就是我們遇到這種情況，去測量電壓時，本應220 V的電壓有時甚至會接近300 V。

（3）負載Z1、Z2、Z3都接通。這相當于負載星形連接后，接在3個相線上。假設Z1的阻值為11Ω，Z2、Z3的阻值為22Ω，通過計算可得，Z1上的電壓為165 V，Z2、Z3上的電壓為251 V，Z1不能正常工作，Z2、Z3超過額定的電壓220 V，用電器會燒壞。

2.3.2 3種情況的分析結論

（1）負載不對稱而又沒有中線（如中線斷線）時，負載的相電壓就不對稱。當負載的相電壓不對稱時，勢必引起有的相電壓過高，高于負載的額定電壓；有的相電壓過低，低于負載的額定電壓。這都是不容許的，三相負載的相電壓必須對稱。

（2）中線的作用就是在于使星形連接的不對稱負載的相電壓對稱，為了保證負載的相電壓對稱，中線必須可靠連接。

3 風險分析及防范的措施

（1）如果采用四極開關作為配電總開關時，要能保證負荷不平衡出現最大風險的情況下，零線的電流不超過開關觸點的額定電流。

（2）在實際情況下，采用三相四線制供電時，單相負載較多的情況下，很難達到負載平衡的理想狀態。如果是辦公用電，負載有照明、電腦、空調等辦公設備，這些負荷有時不是同時使用的，所以即使在進行負荷計算和設計時，對各相負荷的分配趨于平衡，但實際使用時是達不到設計狀況的。如果是賓館或酒店用電，這種情況會更加突出。因為不管是酒店包間還是賓館的客房，上客的情況在時間上會有很大差異的，各相的負荷相應會差別很大。這樣會存在負載嚴重不平衡，零線電流很大的風險。一旦開關零線觸點因電流過大接觸不好，造成電壓不平衡，極易造成部分用電器電壓過高，部分用電器電壓過低，電壓過高會燒壞用電器，電壓過低用電器不能正常工作。

（3）當負荷的分配和使用不能避免三相所帶的負荷嚴重不平衡時，筆者建議不采用四極開關作為配電總開關，而應把進線零線和出線零線直接短接，扎牢，這樣即使短時出現零線電流較大的情況，零線和接頭會發熱，但也不會出現零線斷線以致燒壞電器的情況。

4 結語

照明電路的負載及其他各種單相負載，一般總是不平衡的，必須采用三相四線制供電，并在安裝時力求三相負載平衡。對于三相四線制供電，中線在正常工作時，不允許斷開，否則會使負荷大的相端電壓較正常相電壓低，負載小的相端電壓較正常相電壓高，嚴重時會燒壞電器。因此，規定在中線上不允許安裝熔斷器和開關設備，并選用機械強度高的導線。在遇到采用四極開關作為配電總開關供電，負載電壓不正常時，應首先對四極開關進行檢查，并要防止試送電時電壓過高燒壞用電器。根據理論分析及實踐經驗，建議慎用四極開關作為配電總開關，避免出現異常情況時燒壞用電器的風險。