四極開關(guān)應(yīng)慎用

王厚余

【提要】針對四極開關(guān)應(yīng)用問題的討論，受IEC標(biāo)準(zhǔn)和美國IEE標(biāo)準(zhǔn)的啟發(fā)，提出：不必為中性線的過流而切斷中性線，中性線過流不可能引起人身電擊事故，電氣檢修安全要求隔離中性線，有總等電位聯(lián)結(jié)的TN-S系統(tǒng)建筑物內(nèi)的中性線不需要隔離，TT系統(tǒng)內(nèi)的電源進(jìn)線開關(guān)應(yīng)隔離中性線，TT系統(tǒng)內(nèi)的漏電保護(hù)器必須隔離中性線等。

1.不必為中性線的過流而切斷中性線

IEC60364-4-473是規(guī)定線路過流保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)。其中關(guān)于中性線過流保護(hù)的條文都規(guī)定不論中性線粗細(xì)，只需斷開有關(guān)相線，不必斷開中性線。這是因為斷開有關(guān)相線后中性線電流自然消失，中性線過流問題不復(fù)存在，而少一個中性線觸頭導(dǎo)電不良故障易于發(fā)現(xiàn)及時處理，而中性線的觸頭導(dǎo)電不良難以發(fā)現(xiàn)，往往成為“斷零”而導(dǎo)致燒壞大量單相用電設(shè)備的事故，因此在可能條件下應(yīng)盡量減少中性線上的觸頭或刀閘的數(shù)量，用于中性線過流保護(hù)的可裝可不裝的觸頭就不必裝設(shè)。

2.中性線過流不可能引起人身電擊事故

IEC60364-4-41是規(guī)定防電擊措施的標(biāo)準(zhǔn)，但該標(biāo)準(zhǔn)中沒有因TN-C-S系統(tǒng)PEN線過流，導(dǎo)致PEN線過大的電壓降和過大的設(shè)備外殼對地電壓而規(guī)定斷開中性線的防電擊措施。道理很簡單，在電氣設(shè)計中對線路的電壓降都有限制，低壓線路上的電壓降一般取為不大于回路標(biāo)稱電壓的5%，即相線、PEN線和中性線的電壓降總共不超過220V*5%=11V，設(shè)備外殼上不可能出現(xiàn)大于50V或25V的對地電壓。所以為防人身電擊而斷開中性線也是不必要的。

3.電氣檢修安全要求隔離中性線

在常用的電源直接接地的TN、TT系統(tǒng)內(nèi)，正常情況下中性線的電位基本上是大地的電位，但由于種種原因它可能帶危險對地電壓，例如電源回路一相接地導(dǎo)致中性線對地電位升高，但因中性線包有絕緣，還不致引起事故。為了避免公用電網(wǎng)內(nèi)大量低壓用戶停電，這種故障一般不跳閘，只作為事故隱患潛伏下來。它只在電氣檢修時對檢修人員構(gòu)成危險，因此在電氣檢修時，應(yīng)在隔離相線的同時也隔離中性線。

又如，當(dāng)10kV變電所內(nèi)高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，由于接地裝置電位的升高同樣也可使中性線帶故障電壓，因10kV不接地網(wǎng)絡(luò)的接地故障不跳閘只作用于信號，這個可達(dá)百伏左右的故障電壓在中性線上也是持續(xù)存在的，它也同樣危及電氣檢修人員。

現(xiàn)時一些城市將10kV網(wǎng)絡(luò)由不接地系統(tǒng)改為經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，上述故障電壓可達(dá)千伏以上，雖然這時10kV繼電保護(hù)可切斷電源，但其動作時間長達(dá)0.5~1s，依然要危及檢修人員。

另外，檢修時的電擊危險是來自沿TT系統(tǒng)電源線路導(dǎo)入的雷電過電壓，其持續(xù)時間以微秒計，但電壓極高，足以致人死命。其對帶電導(dǎo)體的隔離還有觸頭間空氣間隙距離的要求(對工頻300V以下無此要求)。這需視海拔高度、空氣污染程度以及觸頭形狀等因素而定。英IEE標(biāo)準(zhǔn)《電氣安裝規(guī)范》第460-01-0條規(guī)定低壓斷路器可兼作隔離電器，說明其斷路器的觸頭間的空氣間隙是符合隔離要求的。

對以上列舉的各種沿中性線導(dǎo)入的危險電壓引起的電氣檢修時電擊事故的防范，別無他法，只能用在隔離相線的同時隔離中性線的辦法來防范。

4.有總等電位聯(lián)結(jié)的TN-S系統(tǒng)建筑物內(nèi)的中性線不需要隔離

并非所有建筑物電氣裝置都要求中性線和相線一起隔離才能保證檢修安全，這需視接地系統(tǒng)類別和建筑物內(nèi)有無總等電位聯(lián)結(jié)而定。IEC60364-4-46標(biāo)準(zhǔn)第461.2條規(guī)定：

“在TN-S系統(tǒng)中(包括TN-C-S系統(tǒng)中戶內(nèi)TN-S部分)中性線不需要隔離和開關(guān)”。英國IEE標(biāo)準(zhǔn)《電氣安裝規(guī)范》第461-01-02條也規(guī)定：在電源進(jìn)線處，除單相回路外，TN-S、TN-C-S系統(tǒng)三相回路應(yīng)斷開全部相線而不要求斷開中性線。所以如此規(guī)定，其原由可用圖1來說明，圖中TN-C-S系統(tǒng)電氣裝置設(shè)有總等電位聯(lián)結(jié)，如圖中點劃線所示。

圖1 TN-C-S系統(tǒng)內(nèi)中性線不隔離沒有電擊危險

大家知道，在IEC60364標(biāo)準(zhǔn)和我國有關(guān)防電擊標(biāo)準(zhǔn)中，建筑物內(nèi)的總等電位聯(lián)結(jié)都規(guī)定為各種接地系統(tǒng)內(nèi)必不可少的基本防電擊措施。當(dāng)進(jìn)行電氣檢修時，即使中性線沒有隔離而帶有從電源側(cè)傳導(dǎo)來的對地故障電壓Uf，如圖1中所示，但由于存在總等位聯(lián)結(jié)的緣故,所有外露導(dǎo)電部分和裝置外導(dǎo)電部分都處于同一電位水平Uf上，而不存在電位差，檢修人員接觸中性線時自然無由遭受電擊，甚至連觸電感覺都沒有。因此在有總等電位聯(lián)結(jié)的TN-S系統(tǒng)建筑物內(nèi)不必為電氣檢修安全而隔離中性線。

5.TT系統(tǒng)內(nèi)電源進(jìn)線開關(guān)應(yīng)隔離中性線

上述IEC60364-4-46第461.2條不隔離中性線的規(guī)定未提TT系統(tǒng)，說明TT系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)隔離中性線。英國IEE標(biāo)準(zhǔn)《電氣安裝規(guī)范》第461-01-03條則規(guī)定TT系統(tǒng)（也包括IT系統(tǒng)）電氣裝置內(nèi)的電氣隔離應(yīng)隔離所有帶電導(dǎo)體，其中包括中性線。這可用圖2來說明，圖中的建筑物雖然做了總等電位聯(lián)結(jié)，但TT系統(tǒng)中的中性線與地絕緣而未與建筑物的總等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)通，它與地間存在故障電壓引起的電位差Uf，此電位差將對電氣檢修人員構(gòu)成電擊危險。因此在TT系統(tǒng)（也包括不常用的IT系統(tǒng)）建筑物內(nèi)，必須在總電源進(jìn)線處和有需要的局部場所電源進(jìn)線處，將中性線和相線同時隔離。

圖2 TT系統(tǒng)內(nèi)中性線不隔離存在電擊危險

由于我國較多采用TN系統(tǒng)，如果按IEC和IEE標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，不在TN系統(tǒng)建筑物內(nèi)裝用四極開關(guān)，只有TT系統(tǒng)建筑物內(nèi)裝用四極開關(guān)，則四極開關(guān)的裝用可大大減少，這對提高電氣安全水平和節(jié)約建設(shè)投資都是有好處的。

6.TT系統(tǒng)內(nèi)的漏電保護(hù)器必須隔離中性線

除了電氣檢修安全隔離中性線外，TT系統(tǒng)內(nèi)的漏電保護(hù)器(以下簡稱RCD)為保證出現(xiàn)兩個故障后的電氣安全，也要求隔離中性線。圖3所示的TT系統(tǒng)因發(fā)生接地故障而使中性線帶故障電壓Uf。因中性線包有絕緣，這一故障并不直接引起事故。但如再發(fā)生第二個故障，例如圖示的相線碰外殼的設(shè)備接地故障，則RCD瞬即跳閘。如果RCD未隔離中性線，RCD跳閘后故障電壓Uf將如圖中虛線所示通過設(shè)備繞組和絕緣損壞的故障點傳導(dǎo)至設(shè)備外殼上，而導(dǎo)致電擊事故。這當(dāng)然是很不安全的，因此為防這種兩個故障引起的電擊事故，TT系統(tǒng)內(nèi)RCD在斷開相線時，必須同時斷開中性線，以隔離Uf的傳導(dǎo)。但在TN-S系統(tǒng)中(包括TN-C-S系統(tǒng)的戶內(nèi)TN-S部分)卻不存在這種危險。這是因為在TN-S系統(tǒng)中，中性線和PE線互相導(dǎo)通而電位接近，而PE線又納入等電位聯(lián)結(jié)內(nèi)，這使整個建筑物處于同一Uf電位水平上，而不出現(xiàn)電位差，無由發(fā)生電擊事故，自然不要求斷開中性線。因此IEC標(biāo)準(zhǔn)和IEE標(biāo)準(zhǔn)都對TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)內(nèi)RCD的刀極數(shù)規(guī)定了不同的要求。如IEC60364-5-53第532.2.1.1條規(guī)定：“RCD必須保證被保護(hù)回路所有帶電導(dǎo)體的斷開。在TN-S系統(tǒng)中，如供電條件認(rèn)可，中性線為可靠地電位，則中性線不需要斷開?！毙枰f明，在戶外地電位是指大地的電位；在有總等電位聯(lián)結(jié)的戶內(nèi)，地電位是指總等電位聯(lián)結(jié)地母排處的參考電位。

圖3 TT系統(tǒng)內(nèi)RCD中性線不隔離，兩個故障時設(shè)備外殼可能帶危險電壓

英國、美國和日本廣泛采用TN-C-S系統(tǒng)，因此上述英國IEE標(biāo)準(zhǔn)第531-02-01條規(guī)定：“RCD應(yīng)能同時斷開回路全部相線。”而不要求斷開中性線。德、法等歐洲大陸國家廣泛采用TT系統(tǒng)，因此他們生產(chǎn)的RCD幾乎全為四極或二極的。

7.電源轉(zhuǎn)換開關(guān)不需斷開中性線

電源轉(zhuǎn)換開關(guān)屬功能性開關(guān)(Functional Switch)，IEC60364-4-46標(biāo)準(zhǔn)第465.1.2條規(guī)定：“功能性開關(guān)不必要控制(control)全部帶電導(dǎo)體。”即不必在開合相線的同時開合中性線，因中性線上沒有刀閘并不影響電源的轉(zhuǎn)換。需要說明的是，IEC/TC64譯文集將其下的第465.1.5條譯為：“保證電源轉(zhuǎn)換的功能性開關(guān)必須作用(affect)于所有帶電導(dǎo)線?！逼渲小癮fect”一詞有“作用”、“影響”的含義，但沒有“斷開(discon-nect)”或“控制”的意思，注意勿誤解，否則其前面的465.1.2條將無法解釋。

只有當(dāng)電源轉(zhuǎn)換開關(guān)帶漏電保護(hù)功能時，才需裝用四極開關(guān)未隔離中性線，那是為了防止漏電保護(hù)的誤動或拒動（說明從略)，而不是出于電源倒換功能上的需要。

8.單相回路的中性線隔離不存在“斷零”危險

單相回路內(nèi)如果中性線開關(guān)觸頭導(dǎo)電不良，不會出現(xiàn)上述三相回路中因“斷零”燒壞用電設(shè)備的問題，因此為了提高電氣安全水平，單相雙級開關(guān)得到較多的應(yīng)用。例如住宅樓的單相總電源進(jìn)線開關(guān)和每戶的單相電源進(jìn)線開關(guān)，不論其接地系統(tǒng)為何種類型，都應(yīng)將中性線隔離，即采用雙極開關(guān)，這樣做可以提高電氣安全水平，例如防止因設(shè)備相線、中性線接錯而引起事故，不會招致“斷零”引起的危險。對此，上述英國IEE標(biāo)準(zhǔn)第460-01-02條規(guī)定：“任何接地系統(tǒng)的單相電源進(jìn)線總開關(guān)或總斷路器應(yīng)能將兩根帶電導(dǎo)體都切斷。

9.結(jié)束語

(1)電源進(jìn)線開關(guān)中性線的隔離不是為了防三相回路內(nèi)中性線不平衡電流引起的中性線過流或這種過流引起的人身電擊危險，而是為了消除沿中性線導(dǎo)人的故障電位對電氣檢修人員的電擊危險。

(2)為減少三相回路“斷零”事故的發(fā)生，應(yīng)盡量避免在中性線上裝設(shè)不必要的開關(guān)觸頭，即在保證電氣檢修安全條件下，盡量少裝用四極開關(guān)。

(3)不論建筑物內(nèi)有無總等電位聯(lián)結(jié)，TT系統(tǒng)電源進(jìn)線開關(guān)應(yīng)實現(xiàn)中性線和相線的同時隔離，但有總等電位聯(lián)結(jié)的TN-S系統(tǒng)和TN-C-S系統(tǒng)建筑物電氣裝置無此需要。

(4)TT系統(tǒng)內(nèi)的RCD應(yīng)能同時斷開相線和中性線，以防發(fā)生兩個故障時引起的電擊事故，但對TN系統(tǒng)內(nèi)的RCD沒有此要求。

(5)除帶漏電保護(hù)功能的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)外，其他電源轉(zhuǎn)換開關(guān)無需隔離中性線。

(6)不論為何種接地系統(tǒng)，單相電源進(jìn)線開關(guān)都應(yīng)能同時斷開相線和中性線。

來源：網(wǎng)絡(luò)

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