淺析四極開關的應用

李 偉

機械工業第四設計研究院；建筑工程二院電氣所

淺析四極開關的應用

李 偉

機械工業第四設計研究院；建筑工程二院電氣所

在低壓配電設計過程中，我們通常會用到四極開關，那么什么時候要用四極開關？無論什么場合都可以用四極開關嗎？選用四極開關的原則又是什么呢？

四極開關；“斷零”；雜散電流；檢修安全

在低壓配電設計過程中，我們通常會用到四極開關，那么什么時候要用四極開關？無論什么場合都可以用四極開關嗎？采用四極開關的原則又是什么呢？

近年來，很多學者關于四極開關的應用發表了大量的文章，展開討論，主要結論是“四極開關應慎用”。筆者不揣淺陋，愿意在學習和不斷理解的基礎上，結合配電設計中經常用到的接地系統作簡單分析。

四極開關斷開中性線后，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。這是采用四極開關的優點。那么如果不斷開中性線，中性線上的危險電壓是怎么產生的呢？原因很多，例如：

⑴ 低壓供電網絡內發生一相接地故障，故障電流在變電所接地極上產生電壓降，使中性點和中性線對地帶危險電壓，如圖一所示。

⑵保護接地和低壓側系統接地共用接地裝置的變電所內高壓側發生接地故障，其故障電流同樣也在RB上產生電壓降，引起中性線帶危險電壓，如圖二所示。

圖一

圖二

⑶低壓線路上感應的雷電過電壓沿中性線進入電氣裝置內。

不裝四極開關又為什么會產生雜散電流呢？一般雙電源轉換系統接地選用不當就會出現此類情況。請看圖三。轉換開關Q1及Q2為三極開關，這樣中性線電流就有兩條通道回到電源側：變壓器中性線電流即可由本回路的中性線返回變壓器，也可繞道沿發電機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，雜散電流在包繞環內產生的磁場將可能對包繞環內的敏感信息技術設備產生干擾。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

使用四極開關又會有什么缺點呢？四極開關濫用結果，不但增加工程投資，增加維護工作，更令人擔心的是由于開關觸頭的故障而導致“斷零”事故。采用四極開關切斷中性線，實現電氣隔離，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一對刀閘的活動連接點和上下兩個進出線端子的固定連接點，這樣就大大增加了“斷零”的風險?！皵嗔恪焙髸蟠罂s短用電設備的壽命，甚至使其燒毀。事實證明，使用四極開關易發生“斷零”事故。如果發現四極開關有一對觸頭不導電，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。當開關切斷負載電流時，觸頭間產生電弧，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。這正是四極開關易發生“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的雜散電流通路要采用四極開關，但為了減少“斷零”事故的發生及降低工程投資有要盡量少用四極開關，這是相互矛盾的，那么在低壓配電設計過程中，怎樣來使用四極開關呢？

PEN線內包含PE線，而PE線是嚴禁切斷的，因此TN-C系統內不允許裝用四極開關。

TN-C-S系統和TN-S系統內是不必為檢修安全裝設四極開關的。IEC標準和我國電氣規范都規定了再建筑物內設總等電位聯結的要求，一些未做等電位聯結的老建筑物因金屬結構、管道等互相之間的自然接觸，也具有一定的等電位聯結作用。由于這一作用，TN-C-S系統和TNS系統不必為電氣維修安全裝用四極開關，可用圖一來說明。圖中電氣維修時中性線導入了對地危險電壓Uf，由于建筑物內進行了總等電位聯結使金屬結構、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，不可能發生電擊事故，也不可能打出電火花而引起爆炸和火災事故。因此在具有總等電位聯結的TN-C-S系統和TN-S系統建筑物內不需要為維修安全裝設四極開關。但是如果給戶外用電設備配電時，因戶外用電設備處沒有做總等電位聯結，為了檢修安全，還是應該裝設四極開關的。那么如果三相負荷不平衡，電源的N線上會有電壓嗎？此時是否需要切斷N線呢？如果三相負荷不平衡，電源的N線的確會帶電壓，即零點漂移，據分析，此時N線所帶對地電壓對人身安全不會達到危險程度，故此種情況也不需要裝設四極斷路器。

TT系統內應為電氣維修安全裝設四極開關。在TT系統內，即使建筑物內設置有總等電位聯結，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系統內的中性線和總等電位聯結系統是不相通的。當中性線帶Uf電壓進入建筑物內時，總等電位聯結系統卻仍為地電位，這一Uf電位差將引起電氣事故。因此為保證檢修安全，TT系統應在建筑物適當線段上，例如在電源進線處裝用四極開關。

圖四

IT系統一般不引出中性線，不存在四極開關問題。如果引出中性線，當發生一相接地故障時，中性線對地電壓將為相電壓220V，在進行電氣維修時電擊維修甚大，因此需為電氣維修安全裝設四極開關。

對于末端電源轉換開關防雜散電流是否裝設四極開關，要根據不同接地系統進行分析。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，不再一一進行分析。一般說來，兩個都接地系統之間的電源轉換開關為防雜散電流應裝設四極開關；TN系統或TT系統電網電源與引出中性線的IT系統自備發電機電源進行電源轉換時應裝設四極開關，不然在使用柴油發電機電源時，其中性點將通過TN系統或TT系統中性點的接地而接地，從而改變了發電機電源的接地形式，使其失去了IT系統的優點。

以上是作者對于四極開關應用的理解及淺顯認識，還望同行不吝指教，共同探討，以便在日常配電設計中能正確選用四極開關。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.068