梁國燦

（昆明自動化（集團）電力設(shè)計有限公司，云南 昆明 201909）

0 引 言

低壓斷路器主要用于配電網(wǎng)中各級回路的保護和控制。由于需要保護的用電負荷性質(zhì)不同，開關(guān)的功能特性也有差異，生產(chǎn)制造的斷路器有大有小，品種數(shù)量眾多。

通常，以開關(guān)的極數(shù)、結(jié)構(gòu)、保護方式、用途來劃分種類。當(dāng)以極數(shù)來分類，就有單極開關(guān)到4極開關(guān)的區(qū)分，單極開關(guān)的觸頭是一對，只能控制和切斷一條線路的來電，用于比較簡易的電氣負荷控制場所。當(dāng)以外形結(jié)構(gòu)來劃分，就有框架式、塑殼式、微斷式等分類；當(dāng)以保護脫扣器的種類來劃分，又有熱磁脫扣器、電磁脫扣器、失壓脫扣器、分勵脫扣器及電子脫扣器等5個種類。低壓斷路器大量的應(yīng)用于各級配電網(wǎng)絡(luò)中。隨著智能電網(wǎng)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用，低壓斷路器的智能化也有了長足的進步和發(fā)展。

本文所述的斷路器是框架式斷路器，具有過電流、短路保護等功能，同時具有開斷電流大的特性，這也是低壓總進線斷路器的共同點。根據(jù)變壓容量的不同，斷路器的額定電流選用也會隨著改變，從1 000～6 300 A不等。在配電室面積不大，空間受限的情況下，選用4極開關(guān)，低壓主進線柜及母聯(lián)柜的寬度必然增大，設(shè)備的總體布局就不能滿足規(guī)范要求的安全距離，就需擴大原建筑設(shè)計預(yù)留的配電室面積，從而增加了建設(shè)投入。

目前，在供配電設(shè)計中，一般選用的都是智能框架式斷路器，對0.4 kV側(cè)的低壓系統(tǒng)實施控制和保護。

空氣斷路器的原理如圖1所示。

圖1 空氣斷路器的原理圖

在供配電設(shè)計工作中，曾要求把配網(wǎng)設(shè)計中的配電室0.4 kV側(cè)聯(lián)絡(luò)斷路器、總進線斷路器選擇4極開關(guān)（見圖2）。

圖2 低壓系統(tǒng)圖

現(xiàn)在供配電工程的設(shè)計審核中，基本恢復(fù)了進線斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器選擇使用3極開關(guān)的要求。為理清其中的原理和差異，筆者查閱了一些資料和專家的解釋。

配電室0.4 kV進線斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器是選擇3極開關(guān)還是4極開關(guān)，，業(yè)內(nèi)尚無定論。所以有些地區(qū)的供電公司選擇4極斷路器，有些地區(qū)的供電公司要求3極斷路器。

1 選用4極斷路器的依據(jù)

使用4極斷路器的緣由具體如下。最初，低壓配電系統(tǒng)的各級開關(guān)是選擇3極斷路器，來對用電側(cè)負荷裝置進行控制和保護。在檢修電氣裝置時，切斷供電進行工作，但工程維修中因觸摸中性線時常發(fā)生觸電安全事故。后經(jīng)事故分析發(fā)現(xiàn)，這是中性線因各種因素對事發(fā)地的大地產(chǎn)生電位差，成為帶電體，當(dāng)維修人員觸碰到中線時，就造成觸電事故；當(dāng)中性線與接地體接觸時，就易產(chǎn)生打火，從而在特殊場所引發(fā)火災(zāi)，最終造成安全事故。因此，在之后的工程實踐中開始推廣使用4極開關(guān)，在檢修設(shè)備和線路中，不僅切斷3根相線，同時也切斷中性線，對工程維修中避免觸電事故的發(fā)生起到了很大的作用。0.4 kV低壓配電系統(tǒng)中也從最初的在配電末端選用4極開關(guān)，發(fā)展到最后確定低壓總進線開關(guān)也要選用4極開關(guān)。

低壓總進線處選用4極斷路器比較明確的依據(jù)，詳見《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——電氣》（2009版）的91頁[1]，在表下注解中作了規(guī)定，在配電室應(yīng)該選用4極斷路器，如圖3所示。

采用4極開關(guān)的另一個理論依據(jù)具體如下。如果采用3極斷路器，由于兩段母線的N極是接通的，當(dāng)其中一側(cè)的母線停電檢修時，另外的供電段由于三相負荷不平衡，其中的N線就有電流通過，這種情況下，供電段N線上的不平衡電流會通過連接的N線傳到停電段N線上，在停電段檢修的工作人員如果觸摸到N線，就易發(fā)生由于接觸電壓而產(chǎn)生的觸電。但使用4極斷路器后，在聯(lián)絡(luò)柜斷路器斷開時，帶電段N線上的不平衡電流就不可能流到停電段，這樣就能保障在停電段檢修工作的人員安全。

圖3 配電室低壓主接線圖(選用4極開關(guān))

2 選用3極斷路器的依據(jù)

根據(jù)JGJ16—2008《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》中7.5.4中第5條款：在有總等電位（MEB）邊接時，一般TN-S、TN-C-S系統(tǒng)不需要配置4極斷路器[2]。配電室0.4 kV低壓側(cè)多數(shù)為TN-S。

按國際電工委員會IEC的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PEN線是不能設(shè)開斷點的，因此選用3極斷路器，如圖4所示，選用4極斷路器容易出現(xiàn)斷零故障。重要之處是一個配電室，2臺變壓器的配置，一個接地點。

圖4 配電室低壓主接線圖（選用3極開關(guān)）

采用3極開關(guān)一個重要的依據(jù)是4極斷路器有概率極高的斷零風(fēng)險。因為4極開關(guān)的N極常期運行，開關(guān)觸頭的結(jié)合面易發(fā)生氧化，隨著氧化的形成，觸頭表面就會生成氧化膜電阻，電阻又加速了觸頭的發(fā)熱及氧化的過程，最終形成接觸不良和開斷。

根據(jù)CSG-2018-10YK-DP-52《10 kV業(yè)擴受電工程典型設(shè)計》（南網(wǎng)2018版），多電源的系統(tǒng)接地采用一點接地，接地點位置宜近電源側(cè)[3]。

對配電末端選用4極開關(guān)，筆者認為對防止安全事故的發(fā)生是有作用的，沒有異議。但對低壓總進線開關(guān)也選用4極開關(guān)，就存有不同的看法。選用4極開關(guān)雖然能防止觸電事故的發(fā)生，但又產(chǎn)生了新的問題，如斷零故障的發(fā)生、工程造價的提升。

配電室低壓總進線開關(guān)選用4極開關(guān)的一個理由是供電段N線上的不平衡電流會通過連接的N線傳到停電段N線上，在停電段檢修的工作人員容易發(fā)生觸電事故。

這一理論建立的基礎(chǔ)是配電室存在兩個接地點，由于其他因素產(chǎn)生不同的接地電位，其實根據(jù)規(guī)范，配電室只能有一個總等電位的接地。為了更好的解決選用3極還是4極斷路器的問題，有必要對配電系統(tǒng)的接地作進一步的討論、學(xué)習(xí)。

3 配電系統(tǒng)的接地

配電室的接地一般有如下兩種方式，即工作接地和保護接地。

工作接地是指變壓器中性點的接地[4]。

保護接地是指設(shè)備外部進行的接地。這樣做的目的是防止電氣裝置外部因不確定因素帶電生成接觸電壓，從而對人體造成傷害或者電氣裝置的外部對地放電，從而發(fā)生電氣火災(zāi)。

低壓配電系統(tǒng)以TN、TT、IT等系統(tǒng)為主[5]。電源側(cè)與地的連接方式以第一個字母表示，電源側(cè)中性點直接接地用T表示；電源側(cè)中性點沒有接地（或是通過阻抗接地）用I表示。用電終端接地體與地的連接方式以第二個字母表示，其中設(shè)備外部直接接地用T表示，設(shè)備的接地處與電源處的接地是獨立互不相干的；負載設(shè)備外殼可導(dǎo)電體與電源側(cè)的接地有連接用N表示。

中國普遍使用TN低壓配電系統(tǒng)，依據(jù)中性線（N）與接地（PE）的不同組合，TN系統(tǒng)可分為3種系統(tǒng)，如圖5所示[6]。

圖5 TN系統(tǒng)

配電室傳統(tǒng)的接地形式如圖6所示，工程實踐多數(shù)這樣做，只是實際運用中沒有設(shè)置專用MEB接地箱或是接地母排，而是兩臺變壓器作連接，再接至室內(nèi)外的接地點(稱為工作接地）；作為接地的專用PE母排，連接至室內(nèi)外接地點（稱為保護接地）。

圖6 配電室傳統(tǒng)的接地形式

當(dāng)保護接地和工作接地接在相同的接地點時，兩個接地的電位是相同的，如遇到不按規(guī)范的做法，工作接地和保護接地分別接于不同的接地點，這時配電室的接地就處于不同電位。有些工程的接地做法是變壓中性點分別用電纜引至室外同一接地點，但路徑較長，有一二百米距離，這時兩臺變壓器的中性線由于其他因素處于不同的電位。當(dāng)采用3極斷路器的兩臺變壓器，維修人員觸摸到停電段的N線時，就有觸電的危險。

所以按國際電工委員會（IEC）規(guī)定的接地系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，一個配電室，兩臺(或多臺）變壓器的設(shè)置，一點接地(設(shè)總等電位MEB接地板），如圖7所示，就能防止維修人員觸摸到停電段的N線時，產(chǎn)生觸電的危險；并且也不用選擇4極斷路器，避免發(fā)生中性線故障開斷的問題和增加建設(shè)成本。

總等電位接地的聯(lián)結(jié)是降低配電室內(nèi)電氣裝置接觸電壓的有效方法，其作用在于使各電氣裝置導(dǎo)電部分與地之間的電位相近，以減弱接觸電壓。總等電位接地聯(lián)結(jié)的另外一個作用是可以消除來自外部進入配電室電氣裝置內(nèi)的故障電壓所引起的危害電位差?？偟入娢宦?lián)結(jié)詳見GJBT624-03D501-4《接地裝置安裝》接地系統(tǒng)實例[7]，第53頁中多臺變壓器配電室低壓系統(tǒng)也是采用總等電位的接地。

圖7 配電室接地平面示意圖

既然談到了配電室低壓總進線開關(guān)的選取，就不能不提柴油發(fā)電機低壓出線開關(guān)的選用。如果柴油發(fā)電機與0.4 V首端沒有聯(lián)接，其出線開關(guān)就可選用3極斷路器，如果柴油發(fā)電機與0.4 V首端有聯(lián)接，其聯(lián)絡(luò)開關(guān)就需選用雙電源切換的4極開關(guān)，切斷發(fā)電機中性線與變壓器中性的連接。

由于多年的工程實踐，基本都是中性點就近接地，現(xiàn)在通過配電柜中的N母排與接地PE母排進行連接，然后由PE接地母排與總等電位接地聯(lián)結(jié)的形式，有許多工作人員擔(dān)心會出現(xiàn)接地缺失。筆者認為，國際電工委員會(IEC)既然確定了配電室的這種接地形式，10 kV業(yè)擴受電工程典型設(shè)計（南網(wǎng)2018版）也有相關(guān)接地設(shè)計，就肯定是經(jīng)過許多專家的理論研究和定型實驗，才確定的接地形式。

4 結(jié) 論

低壓總進線斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器，建議選取3極開關(guān)。

（1）系統(tǒng)采用4極斷路器，有斷零故障的風(fēng)險，一旦出現(xiàn)斷零故障，負載端的弱電設(shè)備將大面積損壞。現(xiàn)今的家用電器數(shù)量多，如果在用電高峰出現(xiàn)主零線故障開斷，造成的經(jīng)濟損失和影響將是巨大的。

（2）關(guān)于造價，選用4極斷路器，將會提高業(yè)主的建設(shè)成本。從社會經(jīng)濟總體衡量，如果大部分地區(qū)使用4極斷路器，將提升總體經(jīng)濟的運行成本，造成不必要的投入。

（3）為保障停電段檢修作業(yè)人員的安全，以及風(fēng)險和成本考量，選用4極斷路器的解決方法不可取。按規(guī)范施工人員在對停電段檢修時，需檢測是否帶電，并掛接地線。當(dāng)另一臺變壓器三相出現(xiàn)不平衡時，停電段零線有電流，但也能通過接地保護作業(yè)人員的安全。

根據(jù)王厚余老師在其專著《低壓電氣裝置》第二版中提出的國際電工委員會（ICE）標(biāo)準(zhǔn)[8]，對系統(tǒng)接地實施的規(guī)定，在配電室內(nèi)需做總等電位聯(lián)結(jié)，就算中性線因其他因素帶有電壓，也鑒于等電位聯(lián)結(jié)的功能，PEN線和配電室的地會升至同一電位，就不會產(chǎn)生電位差，進而對工作人員構(gòu)成安全隱患，因此無需選用4極斷路器。通過分析可知，變壓器低壓總進線斷路器和聯(lián)絡(luò)斷路器采用3極開關(guān)，對于兩臺變壓器是最合理、最經(jīng)濟的一種供電方式。