低壓總進線斷路器的選擇與變配電室的接地

梁國燦

（昆明自動化（集團）電力設計有限公司，云南 昆明 201909）

0 引 言

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

通常，以開關的極數、結構、保護方式、用途來劃分種類。當以極數來分類，就有單極開關到4極開關的區分，單極開關的觸頭是一對，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。當以外形結構來劃分，就有框架式、塑殼式、微斷式等分類；當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用于各級配電網絡中。隨著智能電網在國內的推廣應用，低壓斷路器的智能化也有了長足的進步和發展。

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，低壓主進線柜及母聯柜的寬度必然增大，設備的總體布局就不能滿足規范要求的安全距離，就需擴大原建筑設計預留的配電室面積，從而增加了建設投入。

目前，在供配電設計中，一般選用的都是智能框架式斷路器，對0.4 kV側的低壓系統實施控制和保護。

空氣斷路器的原理如圖1所示。

圖1 空氣斷路器的原理圖

在供配電設計工作中，曾要求把配網設計中的配電室0.4 kV側聯絡斷路器、總進線斷路器選擇4極開關（見圖2）。

圖2 低壓系統圖

現在供配電工程的設計審核中，基本恢復了進線斷路器、聯絡斷路器選擇使用3極開關的要求。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、聯絡斷路器是選擇3極開關還是4極開關，，業內尚無定論。所以有些地區的供電公司選擇4極斷路器，有些地區的供電公司要求3極斷路器。

1 選用4極斷路器的依據

使用4極斷路器的緣由具體如下。最初，低壓配電系統的各級開關是選擇3極斷路器，來對用電側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生觸電安全事故。后經事故分析發現，這是中性線因各種因素對事發地的大地產生電位差，成為帶電體，當維修人員觸碰到中線時，就造成觸電事故；當中性線與接地體接觸時，就易產生打火，從而在特殊場所引發火災，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，在檢修設備和線路中，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生起到了很大的作用。0.4 kV低壓配電系統中也從最初的在配電末端選用4極開關，發展到最后確定低壓總進線開關也要選用4極開關。

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

采用4極開關的另一個理論依據具體如下。如果采用3極斷路器，由于兩段母線的N極是接通的，當其中一側的母線停電檢修時，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，就易發生由于接觸電壓而產生的觸電。但使用4極斷路器后，在聯絡柜斷路器斷開時，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)

2 選用3極斷路器的依據

根據JGJ16—2008《民用建筑電氣設計規范》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系統不需要配置4極斷路器[2]。配電室0.4 kV低壓側多數為TN-S。

按國際電工委員會IEC的標準規定PEN線是不能設開斷點的，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）

采用3極開關一個重要的依據是4極斷路器有概率極高的斷零風險。因為4極開關的N極常期運行，開關觸頭的結合面易發生氧化，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熱及氧化的過程，最終形成接觸不良和開斷。

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

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

配電室低壓總進線開關選用4極開關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生觸電事故。

這一理論建立的基礎是配電室存在兩個接地點，由于其他因素產生不同的接地電位，其實根據規范，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，有必要對配電系統的接地作進一步的討論、學習。

3 配電系統的接地

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，從而發生電氣火災。

低壓配電系統以TN、TT、IT等系統為主[5]。電源側與地的連接方式以第一個字母表示，電源側中性點直接接地用T表示；電源側中性點沒有接地（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，其中設備外部直接接地用T表示，設備的接地處與電源處的接地是獨立互不相干的；負載設備外殼可導電體與電源側的接地有連接用N表示。

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

圖5 TN系統

配電室傳統的接地形式如圖6所示，工程實踐多數這樣做，只是實際運用中沒有設置專用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，連接至室內外接地點（稱為保護接地）。

圖6 配電室傳統的接地形式

當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）規定的接地系統標準，一個配電室，兩臺(或多臺）變壓器的設置，一點接地(設總等電位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，產生觸電的危險；并且也不用選擇4極斷路器，避免發生中性線故障開斷的問題和增加建設成本。

總等電位接地的聯結是降低配電室內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。總等電位接地聯結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的故障電壓所引起的危害電位差?？偟入娢宦摻Y詳見GJBT624-03D501-4《接地裝置安裝》接地系統實例[7]，第53頁中多臺變壓器配電室低壓系統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的選取，就不能不提柴油發電機低壓出線開關的選用。如果柴油發電機與0.4 V首端沒有聯接，其出線開關就可選用3極斷路器，如果柴油發電機與0.4 V首端有聯接，其聯絡開關就需選用雙電源切換的4極開關，切斷發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結的形式，有許多工作人員擔心會出現接地缺失。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業擴受電工程典型設計（南網2018版）也有相關接地設計，就肯定是經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 論

低壓總進線斷路器、聯絡斷路器，建議選取3極開關。

（1）系統采用4極斷路器，有斷零故障的風險，一旦出現斷零故障，負載端的弱電設備將大面積損壞。現今的家用電器數量多，如果在用電高峰出現主零線故障開斷，造成的經濟損失和影響將是巨大的。

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

（3）為保障停電段檢修作業人員的安全，以及風險和成本考量，選用4極斷路器的解決方法不可取。按規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。當另一臺變壓器三相出現不平衡時，停電段零線有電流，但也能通過接地保護作業人員的安全。

根據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）標準[8]，對系統接地實施的規定，在配電室內需做總等電位聯結，就算中性線因其他因素帶有電壓，也鑒于等電位聯結的功能，PEN線和配電室的地會升至同一電位，就不會產生電位差，進而對工作人員構成安全隱患，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絡斷路器采用3極開關，對于兩臺變壓器是最合理、最經濟的一種供電方式。