談四極開關的應用

王蘇陽 / 龐傳貴 / 王 崢 / 裴元杰（中國建筑設計研究院機電院, 北京 100044）

關于四極開關的應用，許多電氣雜志及業內一些專家已經進行過多方面的專題探討。《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008第7.5.2條：“在TN-C系統中，嚴禁斷開PEN導體，不得裝設斷開PEN導體的電器”。第7.5.3條又明確規定了三相四線制系統中四極開關的選用原則：“1.保證電源轉換的功能性開關電器應作用于所有帶電導體，且不得使這些電源并聯；2.TN-C-S、TN-S系統中的電源轉換開關，應采用切斷相導體和中性導體的四極開關”等，及“應采用四極開關”的五款規定。 因“規范”中有了硬性規定，所以在工程設計中，電氣設計人員便按照各自對此規定的理解，采用了四極開關；有些審圖機構的審圖人員，也按照自己的理解要求工程設計人員“應采用四極開關”。因而出現了采用四極開關不合理的情況：

A.變壓器低壓總開關及聯絡開關采用了四極開關，當由其配出的TN-C-S系統中的PEN線又做了重復接地時，則使四極開關的第四極失去作用，見圖1；

B.斷開了N線，會因“斷零”而可能導致燒壞單相用電設備，見圖2；

C.斷開了PEN線，相當于既斷開了N線，又斷開了PE線，增加了觸電危險，見圖3。

對于以上三種情況分別說明如下：

1） 在建筑物內設置變電所，由此變電所采用三相四線，四芯電纜（TN-C-S系統）向建筑物二供電；在建筑物二內總配電室的電源進線處，將PEN線做重復接地及總等電位聯結，見圖1。此時，雖然圖中的母聯開關3Q及兩臺變壓器的低壓總開關1Q、2Q均采用了四極開關，但因為PEN線在建筑物二內重復接地，使圖1中的c、d兩點接在了一起，因此產生如下結果：

（1）當兩臺變壓器分列運行時，其聯絡開關3Q第四極的兩端a、b兩點被短接，即3Q的第四極失去了作用。

（2）當2號變壓器停電，由1號變壓器供電時（開關1Q、3Q合閘、2Q斷開），則使a點與e點被1Q的第四極短接，a點與b點被3Q的第四極短接，e點與f點經MEB接通，則b點與f點被接地連接線和1Q、3Q的第四極接通，在2Q未合閘的情況下，其第四極失去了作用。反之，當2Q合閘，則1Q的第四極同樣失去了作用。由此可見，1Q、2Q、3Q不必采用四極開關。

2）在民用建筑中有許多的單相設備，且可隨意使用，自由開、關。如果在TN-C-S及TN-S系統中采用了四極開關，見圖2(a)：當1Q-1、1Q-2、1Q-3 及2Q-2、2Q-3 均斷開，而2Q-1、3Q-1、3Q-2、3Q-3 均閉合時，如果出現中性線觸頭導電不良又未被察覺的情況，則額定電壓為220V相電壓的電氣裝置R2、R3將被串聯連接到380V的線電壓上,見圖2(b)。此時裝置R2上承受的電壓變為約380V/4×3=285V，R2將因“斷零”使其過電壓而燒毀。

圖1 PEN線做重復接地及總等電位聯結圖

圖2 (a) 四極開關接線圖

圖2 (b) 發生中性線觸頭導電不良等效圖

圖3 (a) TN-C系統四級開關發生故障圖

圖3 (b) TN-C-S系統四級開關發生故障圖

3）根據“民規”7.5.2條規定：“在TN-C系統中，嚴禁斷開PEN導體，不得裝設斷開PEN導體的電器”（這符合國際電工委員會IEC的規定）。如果在TN-C系統中采用四級開關，萬一中性線開關的觸頭導電不良又未被察覺，也就是斷開了PEN線（即相當于斷開了N線和PE線），使正在使用的單相設備外殼（見圖3(a)）上的a點對地電壓為相電壓( ～220V)，這時如果有人觸摸到電器裝置的外殼，就會觸電，是十分危險的。因此《民用建筑電氣設計規范》將此條規定列為強制性條文。如果在TNC-S（無重復接地）系統中，采用了四級開關，當某相發生單相碰殼故障，見圖3(b)上的b點，其危險程度與上述TN-C系統是相同的，也不應忽視。我們分析TN-C-S系統無重復接地的情況，是因為在IEC標準及我國的《供配電設計規范》GB50052-2009的TN-C-S系統的示意圖中，其PEN線分為PE線和N線處沒有畫出重復接地的符號，應認為它是無重復接地的。

通過研究以上配電系統圖（圖1、2、3），可見應根據不同工程的不同配電系統情況，確定哪些需要選用四極開關，哪些應選用三極開關，才能做到既滿足使用安全要求，又節約投資。

關于變壓器的低壓總開關和聯絡開關采用三極開關，可滿足IEC規定的電源轉換功能性開關，應作用于所有帶電導體及檢修隔離的要求。業內專家已有不少論述，本文不再贅述。