低壓帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間共用中性導(dǎo)體(N)危險(xiǎn)性分析

項(xiàng)立榕

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 福建福州 350004)

0 引言

在低壓配電系統(tǒng)保護(hù)中，接地故障的發(fā)生與帶電導(dǎo)體系統(tǒng)及接地型式選用不當(dāng)直接相關(guān)。本文依據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009[1]和《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-2011[2]等規(guī)范，闡明單相二線制、三相四線制帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的構(gòu)成，著重分析帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間共用中性導(dǎo)體(N)線時(shí)，在發(fā)生中性導(dǎo)體(N)線斷開(kāi)或接地故障時(shí)，存在不能及時(shí)判斷故障回路，和無(wú)法隔離故障回路的危險(xiǎn)。結(jié)合部分配電設(shè)計(jì)，采用單獨(dú)加大(N)線截面在低壓帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間共用中性線，會(huì)造成間接接觸剩余電流保護(hù)與自動(dòng)切斷電源防護(hù)措施失效的現(xiàn)象，探討在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，避免帶電導(dǎo)體系統(tǒng)類型的設(shè)置錯(cuò)誤，防止共用中性導(dǎo)體交流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，引發(fā)的人體傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

1 帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的構(gòu)成及連接

《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009“第7.0.1條 帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的型式，宜采用單相二線制、兩相三線制、三相三線制和三相四線制。低壓配電系統(tǒng)接地型式，可采用TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。[1]”的規(guī)定；和條文說(shuō)明“第7.0.1條 ……本次修訂考慮按我國(guó)常用方式列入……[1]”交流系統(tǒng)帶電導(dǎo)體類型的相關(guān)條文說(shuō)明，明確規(guī)定了帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的線制和接地類型構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 交流系統(tǒng)帶電導(dǎo)體類型

本文依據(jù)上述規(guī)范條款和條文，通過(guò)單相二線制、三相四線制和N線與PE線組成低壓配電系統(tǒng)的連接，以及構(gòu)成低壓配電系統(tǒng)的接地型式表述，特別對(duì)TN系統(tǒng)帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間不同線制和接地類型回路的電器和導(dǎo)體選擇，提供符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和產(chǎn)品條件設(shè)置的保護(hù)措施。同時(shí)，分析部分單相二線制與三相四線制間的分支回路，為了減少N線數(shù)，未按照單相二線制、三相四線制的帶電導(dǎo)體類型要求，采取多分支回路共用中性導(dǎo)體，以及通過(guò)選擇加大中性導(dǎo)體截面方式，來(lái)滿足不同線制相導(dǎo)體間不平衡電流等的共用做法，不僅違反了《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-2011第3.2.7條“符合下列情況之一的線路，中性導(dǎo)體的截面應(yīng)與相導(dǎo)體的截面相同：①單相兩線制線路；②銅相導(dǎo)體截面小于等于16mm2或鋁相導(dǎo)體截面小于等于25mm2三相四線制線路。[2]”的規(guī)定；分支回路共用中性導(dǎo)體，一旦N線斷開(kāi)或系統(tǒng)發(fā)生接地故障，還會(huì)造成無(wú)法判斷和無(wú)法設(shè)置自動(dòng)切除故障回路的危險(xiǎn)，以及事故面范圍擴(kuò)大。從低壓配電系統(tǒng)的安全角度分析，對(duì)單相分支回路帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間各回路的中性導(dǎo)體，應(yīng)分別按照相導(dǎo)體回路的相同截面配置，并按照(單相二線制與三相四線制系統(tǒng))類型和接地型式的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2 三相四線制帶電導(dǎo)體電源“斷N”/“斷相”后的不平衡負(fù)載示意

2 帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間共用中性導(dǎo)體無(wú)法隔離電氣故障的危險(xiǎn)性分析

帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間，無(wú)論是單相系統(tǒng)，還是三相系統(tǒng)的多個(gè)分支回路線路共用中性導(dǎo)體，在各系統(tǒng)間分支回路發(fā)生接地故障時(shí)，存在既明顯違反上述帶電導(dǎo)體系統(tǒng)(單相二線制與三相四線制系統(tǒng))線制類型的規(guī)定，由于共用的中性導(dǎo)體(N)，無(wú)法按照單相二線制與三相四線制系統(tǒng)要求，設(shè)置剩余電流保護(hù)電器，無(wú)法判斷和切斷事故回路的故障點(diǎn)。TN-C系統(tǒng)還會(huì)通過(guò)共用的中性導(dǎo)體(N)，沿著配電系統(tǒng)發(fā)散，造成電氣事故范圍擴(kuò)大化，甚至還會(huì)引發(fā)整個(gè)低壓系統(tǒng)的故障。因此，為避免帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間共用中性導(dǎo)體引發(fā)的故障，應(yīng)按照線制型式要求和設(shè)計(jì)原則，規(guī)范設(shè)置各分支回路的中性導(dǎo)體，避免帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間共用中性導(dǎo)體引發(fā)的失誤，造成對(duì)人體傷害的危險(xiǎn)。

3 共用中性導(dǎo)體斷開(kāi)的危險(xiǎn)性分析

帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間，在發(fā)生中性導(dǎo)體斷開(kāi)和相導(dǎo)體接地故障時(shí)，會(huì)造成380V和220V電壓不平衡的危險(xiǎn)。第一種情況，不僅會(huì)導(dǎo)致三相四線制380V三相對(duì)稱電路因缺相引發(fā)設(shè)備發(fā)熱燒毀危險(xiǎn)。還會(huì)造成單相二線制的220V單相分支回路電壓不平衡，使一部分220V照明設(shè)備電壓不夠而欠壓熄滅。另一部分220V照明設(shè)備電壓偏高而引發(fā)燒毀的危險(xiǎn)；三相四線制帶電導(dǎo)體電源“斷N”/“斷相”后的不平衡負(fù)載示意和電壓向量分析，如圖2～圖3所示。

圖3 電壓向量分析

基此，通過(guò)電壓向量分析[6]，嚴(yán)格區(qū)別和分清楚三相四線制回路、單相二線制和分支回路之間，在發(fā)生斷開(kāi)(N)線、斷相或同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)對(duì)三相負(fù)荷平衡的影響完全不同；闡明三相低壓斷路器，是可以對(duì)三相四線制平衡回路的單相設(shè)備進(jìn)行控制和保護(hù)，但無(wú)法對(duì)三個(gè)單相分支回路設(shè)備進(jìn)行控制和保護(hù)；主要原因是：若正常關(guān)斷一路單相分支回路，會(huì)造成三相負(fù)荷矩失去平衡，使三相低壓斷路器認(rèn)為缺相運(yùn)行，對(duì)另外2個(gè)單相分支回路同時(shí)動(dòng)作。因此，人為原因造成的分支回路關(guān)斷現(xiàn)象是不允許，《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008第10．7．7條，作了特別強(qiáng)調(diào)“在照明分支回路中，不得采用三相低壓斷路器對(duì)三個(gè)單相分支回路進(jìn)行控制和保護(hù)。[3]”的條文規(guī)定，是專門(mén)針對(duì)照明配電系統(tǒng)的基本原則和規(guī)定。在應(yīng)用該條款時(shí)，應(yīng)正確理解規(guī)定的意義，避免對(duì)規(guī)范[6]產(chǎn)生歧義，誤解為單相設(shè)備均衡的三相回路，不能采用三相低壓斷路器進(jìn)行控制和保護(hù)。在設(shè)計(jì)時(shí)，特意避開(kāi)采用三相四線制系統(tǒng)對(duì)單相設(shè)備的直接控制和保護(hù)，并人為地再增加低壓系統(tǒng)的配電級(jí)數(shù)，再增設(shè)照明單相分支回路，再增加單級(jí)控制開(kāi)關(guān)的錯(cuò)誤做法，使本來(lái)可以由三相平衡控制的照明回路，曲解為應(yīng)按照單相二線制帶電導(dǎo)體系統(tǒng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致人為產(chǎn)生的“斷N”/“斷相”事故危險(xiǎn)發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

低壓供配電系統(tǒng)對(duì)中性導(dǎo)體的設(shè)置，不僅應(yīng)按照帶電導(dǎo)體系統(tǒng)(三相四線制與單相二線制)的線制基本準(zhǔn)則，對(duì)多個(gè)回路的線路分別設(shè)置中性導(dǎo)體，還應(yīng)考慮電源系統(tǒng)的接地連接方式，以防止不同接地型式的電源系統(tǒng)間共用中性導(dǎo)體，造成無(wú)法區(qū)分配電系統(tǒng)回路和分支線路的接地故障點(diǎn)，使低壓配電系統(tǒng)一旦出現(xiàn)接地故障，共用的中性導(dǎo)體無(wú)法隔離電氣故障，將不可避免會(huì)使故障電流沿著(N)線范圍擴(kuò)大，引發(fā)危害人身和財(cái)產(chǎn)安全的事故。為此，應(yīng)按照中性導(dǎo)體規(guī)范連接的設(shè)置原則，并對(duì)低壓帶電導(dǎo)體系統(tǒng)間共用中性導(dǎo)體(N)的危險(xiǎn)性引起高度的重視。

參考文獻(xiàn)

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