低壓帶電導體系統間共用中性導體(N)危險性分析

項立榕

(福建省交通規劃設計院 福建福州 350004)

0 引言

在低壓配電系統保護中，接地故障的發生與帶電導體系統及接地型式選用不當直接相關。本文依據《供配電系統設計規范》GB50052-2009[1]和《低壓配電設計規范》GB50054-2011[2]等規范，闡明單相二線制、三相四線制帶電導體系統的構成，著重分析帶電導體系統間共用中性導體(N)線時，在發生中性導體(N)線斷開或接地故障時，存在不能及時判斷故障回路，和無法隔離故障回路的危險。結合部分配電設計，采用單獨加大(N)線截面在低壓帶電導體系統間共用中性線，會造成間接接觸剩余電流保護與自動切斷電源防護措施失效的現象，探討在配電系統設計中，避免帶電導體系統類型的設置錯誤，防止共用中性導體交流系統發生接地故障時，引發的人體傷害和財產損失。

1 帶電導體系統的構成及連接

《供配電系統設計規范》GB50052-2009“第7.0.1條 帶電導體系統的型式，宜采用單相二線制、兩相三線制、三相三線制和三相四線制。低壓配電系統接地型式，可采用TN系統、TT系統和IT系統。[1]”的規定；和條文說明“第7.0.1條 ……本次修訂考慮按我國常用方式列入……[1]”交流系統帶電導體類型的相關條文說明，明確規定了帶電導體系統的線制和接地類型構成，如圖1所示。

圖1 交流系統帶電導體類型

本文依據上述規范條款和條文，通過單相二線制、三相四線制和N線與PE線組成低壓配電系統的連接，以及構成低壓配電系統的接地型式表述，特別對TN系統帶電導體系統間不同線制和接地類型回路的電器和導體選擇，提供符合國家現行標準規定和產品條件設置的保護措施。同時，分析部分單相二線制與三相四線制間的分支回路，為了減少N線數，未按照單相二線制、三相四線制的帶電導體類型要求，采取多分支回路共用中性導體，以及通過選擇加大中性導體截面方式，來滿足不同線制相導體間不平衡電流等的共用做法，不僅違反了《低壓配電設計規范》GB50054-2011第3.2.7條“符合下列情況之一的線路，中性導體的截面應與相導體的截面相同：①單相兩線制線路；②銅相導體截面小于等于16mm2或鋁相導體截面小于等于25mm2三相四線制線路。[2]”的規定；分支回路共用中性導體，一旦N線斷開或系統發生接地故障，還會造成無法判斷和無法設置自動切除故障回路的危險，以及事故面范圍擴大。從低壓配電系統的安全角度分析，對單相分支回路帶電導體系統間各回路的中性導體，應分別按照相導體回路的相同截面配置，并按照(單相二線制與三相四線制系統)類型和接地型式的進行設計。

圖2 三相四線制帶電導體電源“斷N”/“斷相”后的不平衡負載示意

2 帶電導體系統間共用中性導體無法隔離電氣故障的危險性分析

帶電導體系統間，無論是單相系統，還是三相系統的多個分支回路線路共用中性導體，在各系統間分支回路發生接地故障時，存在既明顯違反上述帶電導體系統(單相二線制與三相四線制系統)線制類型的規定，由于共用的中性導體(N)，無法按照單相二線制與三相四線制系統要求，設置剩余電流保護電器，無法判斷和切斷事故回路的故障點。TN-C系統還會通過共用的中性導體(N)，沿著配電系統發散，造成電氣事故范圍擴大化，甚至還會引發整個低壓系統的故障。因此，為避免帶電導體系統間共用中性導體引發的故障，應按照線制型式要求和設計原則，規范設置各分支回路的中性導體，避免帶電導體系統間共用中性導體引發的失誤，造成對人體傷害的危險。

3 共用中性導體斷開的危險性分析

帶電導體系統間，在發生中性導體斷開和相導體接地故障時，會造成380V和220V電壓不平衡的危險。第一種情況，不僅會導致三相四線制380V三相對稱電路因缺相引發設備發熱燒毀危險。還會造成單相二線制的220V單相分支回路電壓不平衡，使一部分220V照明設備電壓不夠而欠壓熄滅。另一部分220V照明設備電壓偏高而引發燒毀的危險；三相四線制帶電導體電源“斷N”/“斷相”后的不平衡負載示意和電壓向量分析，如圖2～圖3所示。

圖3 電壓向量分析

基此，通過電壓向量分析[6]，嚴格區別和分清楚三相四線制回路、單相二線制和分支回路之間，在發生斷開(N)線、斷相或同時發生故障時，會對三相負荷平衡的影響完全不同；闡明三相低壓斷路器，是可以對三相四線制平衡回路的單相設備進行控制和保護，但無法對三個單相分支回路設備進行控制和保護；主要原因是：若正常關斷一路單相分支回路，會造成三相負荷矩失去平衡，使三相低壓斷路器認為缺相運行，對另外2個單相分支回路同時動作。因此，人為原因造成的分支回路關斷現象是不允許，《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008第10．7．7條，作了特別強調“在照明分支回路中，不得采用三相低壓斷路器對三個單相分支回路進行控制和保護。[3]”的條文規定，是專門針對照明配電系統的基本原則和規定。在應用該條款時，應正確理解規定的意義，避免對規范[6]產生歧義，誤解為單相設備均衡的三相回路，不能采用三相低壓斷路器進行控制和保護。在設計時，特意避開采用三相四線制系統對單相設備的直接控制和保護，并人為地再增加低壓系統的配電級數，再增設照明單相分支回路，再增加單級控制開關的錯誤做法，使本來可以由三相平衡控制的照明回路，曲解為應按照單相二線制帶電導體系統的要求進行設計，導致人為產生的“斷N”/“斷相”事故危險發生。

4 結語

低壓供配電系統對中性導體的設置，不僅應按照帶電導體系統(三相四線制與單相二線制)的線制基本準則，對多個回路的線路分別設置中性導體，還應考慮電源系統的接地連接方式，以防止不同接地型式的電源系統間共用中性導體，造成無法區分配電系統回路和分支線路的接地故障點，使低壓配電系統一旦出現接地故障，共用的中性導體無法隔離電氣故障，將不可避免會使故障電流沿著(N)線范圍擴大，引發危害人身和財產安全的事故。為此，應按照中性導體規范連接的設置原則，并對低壓帶電導體系統間共用中性導體(N)的危險性引起高度的重視。

參考文獻

[1] GB 50052-2009 供配電系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2009.

[2] GB50054-2011 低壓配電設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2011.

[3] JGJ 16-2008 民用建筑電氣設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2008.

[4] 中國航空規劃設計研究總院有限公司.工業與民用配電設計手冊[Z].北京：中國電力出版社，2016.

[5] 北京照明學會照明設計專業委員會.照明設計手冊[Z].北京：中國電力出版社，2006.

[6] 王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗[M].北京：中國電力出版社，2007.