對藥廠采用四極斷路器作為配電總開關存在風險的探討

趙志宏

(國藥集團國瑞藥業(yè)有限公司，安徽淮南232001)

0 引言

在制藥廠供電中，對建筑樓層或車間小容量負荷供電時，經(jīng)常采用PZ30系列配電箱作為終端電器的控制裝置。它適用于交流額定電壓為220 V或380 V且負載電流不大于100 A的三相三線或三相五線的終端電路，對用電設備進行控制，對過載、短路、過電壓和漏電情況起保護作用。此種配電箱體積小、重量輕，安裝檢修方便，得到了廣泛應用。

在PZ30系列配電箱中，一般配置有總開關，用于控制各分路開關。配置的總開關有的采用三極開關，零線接在零線端子排上；有的采用四極開關，控制3個相線和1個零線。采用四極開關把零線和相線一起控制，此種開關雖然具有可分斷零線的優(yōu)點，但如果每相負荷分布極不平衡，零線電流將會很大，燒壞開關的零線觸點，影響負荷用電，甚至造成燒壞用電器情況的發(fā)生。這種配電方式在藥廠辦公樓和車間照明供電中應用較為廣泛，但制藥廠對此種存在的風險一般都不為重視。

下面介紹筆者在制藥廠電氣故障檢修中曾遇到的因四極開關出現(xiàn)問題而影響負荷用電的實例，以此對故障原因進行分析，闡述應采取的相應的防范措施。

1 故障現(xiàn)象

故障現(xiàn)象1：某藥廠車間一層采用PZ30配電箱供電，一天下午，車間辦公人員突然發(fā)現(xiàn)辦公室的一臺電腦出現(xiàn)冒煙的情況，便馬上把插頭拔掉。經(jīng)電工維修人員檢查，配電箱總開關DZ47-63/4P上樁頭的零線對其他3個相線之間的220 V電壓正常，而開關下樁頭的零線對其它他3個相線無220 V電壓，相線之間的380 V電壓正常。維修人員便懷疑四極開關零線觸點有問題，把開關拆下，用萬用表歐姆檔檢查開關觸點的通斷情況，開關合上后，零線觸點不通，其他三相觸點接觸情況正常，與估計情況相吻合。更換新的四極開關后，供電正常。把冒煙的電腦主機打開，發(fā)現(xiàn)電源部分燒壞。

故障現(xiàn)象2：某藥廠辦公樓一層采用2個PZ30配電箱分別為大廳及一層各房間供電。某天早上一上班，發(fā)現(xiàn)大廳空調(diào)啟動后，照明燈忽明忽暗，空調(diào)立即自動停機，不能工作。空調(diào)停機后，照明恢復正常。維修人員對大廳的PZ30配電箱進行檢查，各開關輸出電壓220 V正常，檢查插座電壓也正常。接著檢查此配電箱供電電源線是否有接觸不良的情況，由于手頭沒有現(xiàn)成的圖紙，不知電源從何處而來，便著手從另一配電箱進行檢查，發(fā)現(xiàn)大廳的PZ30配電箱的電源從此配電箱的一個三極開關輸出，測量此開關的輸出電壓，每相220 V電壓正常。檢查到此，我們感到十分疑惑，究竟是何種原因造成這樣的異常情況呢？維修人員嘗試對各個房間的插座電壓進行檢查，在有空調(diào)工作的情況下，插座電壓達到近300 V，說明在有負荷工作的情況下，控制房間的配電箱的輸出電壓會不正常。為避免燒壞用電器，停止了對負荷送電。打開配電箱的面板對其內(nèi)部進行檢查，發(fā)現(xiàn)控制總開關DZ47LE-63/4P零線樁頭發(fā)黑，有過熱的痕跡。維修人員確定更換進線總開關，決定采用DZ47-60/3P三極開關更換原四極開關，進線零線和負荷零線直接短接，以防止采用四極開關零線電流偏大時開關零線觸頭被燒壞。按此方案更換開關和接好零線后，空調(diào)、照明及其他用電器正常工作。

2 故障分析

2.1 對故障點的查找和判斷

在故障現(xiàn)象1中，故障點相對容易查找。因零線輸出端和其他相線間無220 V輸出電壓，而輸出的380 V線電壓正常，可很快確定開關零線觸點有問題。而故障現(xiàn)象2中，2個配電箱不帶負載或負荷不大時，開關的輸出電壓和插座的電壓正常，很難判斷是否是配電總開關的問題。一般會認為是在電源進線某處零線接觸不良的問題，這樣就會走很多彎路。筆者正是從理論分析，并結合不久前遇到的故障現(xiàn)象1的經(jīng)驗，通過對配電箱總進線四極開關零線發(fā)熱情況的觀察，準確判斷出是四極總開關的問題。

2.2 故障原因分析

在藥廠建筑樓層的供電中，一般采用PZ30配電箱對各樓層供電，其配電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 PZ30配電箱配電系統(tǒng)

采用四極開關作為配電總開關，當負荷不平衡、零線電流過大、開關相對偏小時，會出現(xiàn)燒壞開關零線觸點的情況。配電系統(tǒng)220 V的輸出電壓就會不正常，影響單相負荷的用電，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，時間過長就會燒壞單相負荷的用電器。

2.3 燒壞單相負荷的原因分析

在三相四線制220 V/380 V供電系統(tǒng)中，如果零線斷路，單相負荷的供電可用圖2所示進行分析。

圖2 三相四線制供電零線斷線時負載接線示意圖

這時一般會出現(xiàn)以下3種異常情況：

(1)只有1路負載接通，其他2路負載沒有接通。例如，負載Z2、Z3沒有用電(開關或控制器沒有接通)，只有負載Z1用電(開關或控制器接通)時，由于構不成回路，這時Z1沒有電壓，負載不能正常工作。

(2)有2路負載接通，而1路負載沒有接通。例如，負載Z1、Z2用電(通過開關或控制器接通)，而負載Z3沒有接通時(相當于斷開)，這時Z1、Z2串聯(lián)后接在L1和L2上，也就是接在線電壓為380 V的電源上。Z1、Z2阻值不同，獲得的電壓也不同。假設Z1、Z2的阻值分別為10Ω和20Ω，通過計算可知，Z1、Z2獲得的電壓分別為127 V和253 V，如果Z1、Z2的阻值差別很大，獲得的電壓差別也會很大。可以看出，阻值小的獲得的電壓小，低于額定電壓，不能正常工作；阻值大的獲得的電壓大，高于額定電壓，會燒壞用電器。遇到這種情況去測量電壓時，本應220 V的電壓有時甚至會接近300 V。

(3)負載Z1、Z2、Z3都接通。這相當于負載星形連接后，接在3個相線上。假設Z1的阻值為11 Ω，Z2、Z3的阻值為22 Ω，通過計算可得，Z1上的電壓為165 V，Z2、Z3上的電壓為251 V，Z1不能正常工作，Z2、Z3超過額定的電壓220 V，用電器會燒壞。

通過以上3種情況的分析可得出以下結論：

(1)負載不對稱而又沒有中線(如中線斷線)時，負載的相電壓就不對稱。當負載的相電壓不對稱時，勢必引起有的相電壓過高，高于負載的額定電壓；有的相電壓過低，低于負載的額定電壓。這都是不容許的，三相負載的相電壓必須對稱。

(2)中線的作用就是在于使星形連接的不對稱負載的相電壓對稱，為了保證負載的相電壓對稱，中線必須可靠地連接。

3 風險分析及防范措施

在藥廠中，用電風險分析及防范措施主要有：

(1)如果采用四極開關作為配電總開關，要能保證負荷不平衡出現(xiàn)最大風險的情況下，零線的電流不超過開關觸點的額定電流。

(2)在實際情況下，采用三相四線制供電時，單相負載較多的情況下，很難達到負載平衡的理想狀態(tài)。如果是辦公用電，負載有照明、電腦、空調(diào)等辦公設備，這些負荷有時不是同時使用的，所以即使在進行負荷計算和設計時對各相負荷的分配趨于平衡，但實際使用時是達不到設計狀況的。

用電的不同造成的差別也很大，各相的負荷相應會差別很大。這樣的情況會存在負載嚴重不平衡、零線電流大的風險。一旦開關零線觸點因電流過大接觸不好，造成電壓不平衡，極易造成部分用電器電壓過高、部分用電器電壓過低的情況。電壓過高則會燒壞用電器，電壓過低用則電器不能正常工作。

(3)當負荷的分配和使用不能避免三相所帶的負荷造成的嚴重不平衡時，筆者建議不采用四極開關作為配電總開關，而把進線零線和出線零線直接短接、扎牢，這樣即使短時出現(xiàn)零線電流較大的情況，零線和接頭會發(fā)熱，但也不會出現(xiàn)零線斷線，以致燒壞電器的情況。

4 結語

一般照明電路的負載及其他各種單相負載總是不平衡的，必須采用三相四線制供電，并在安裝時力求三相負載平衡。對三相四線制供電，中線在正常工作時不允許斷開，否則會使負荷大的一相電壓較正常相電壓偏低，負載小的那相電壓較正常相電壓偏高，嚴重時會燒壞電器。因此，規(guī)定在中線上不允許安裝熔斷器和開關設備，并選用機械強度高的導線。在遇到采用四極開關作為配電總開關供電、負載電壓不正常時，應首先對四極開關進行檢查，并要防止試送電時，電壓過高燒壞用電器。根據(jù)理論分析及實踐經(jīng)驗，建議慎用四極開關作為配電總開關，避免出現(xiàn)異常情況時燒壞用電器的風險。

[1]秦增煌主編.電工學[M].北京：高等教育出版社，2009

[2]中華人民共和國能源部.進網(wǎng)作業(yè)電工培訓教材[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1992