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王厚余著作《低压电气装置的设计安装和检验》第二版

我国过去在三相四线回路中普遍采用三极开关。停电维修时切断三根相线就认为已切断电源可以安全地进行维修，但维修时依然不时发生电击伤人等事故，这是因为回路的带电导体并未做到xx隔离。电气设备的维修分机械维修和电气维修两类。机械维修不触及电气设备的带电导体，只需断开三根相线，机器不运转就可进行。电气维修则可能接触所有的带电导体，包括三根相线和一根中性线。过去认为中性线系自接地的中性点引出，它和大地是同一电位，不会引发电气事故。其实不然，中性线可能因各种原因而对地带电位，甚至带危险的电位，因此进行电气维修时不仅应断开相线，还应断开中性线，也即断开所有的带电导体，它被称作带电导体的电气隔离。在三相四线回路中电气隔离可用四极开关来实现，也可在中性线串入一隔离板，在拉开三极开关后，拨开中性线上的隔离板来实现。所以装用四极开关并非实现电气隔离的{wy}方式。

需要说明，四极开关不只是用以保证单电源回路中的维修安全，其他如保证电气装置实现其正常功能，也需采用四极开关。例如作为功能性开关的双电源转换开关，为避免杂散电流的产生，有时也需采用四极电源转换开关来隔断杂散电流的通路，使电气装置正常实现其功能。这将在本章第五节中予以探讨。

{dy}节 三根相线断电后中性线带电压的原因

单电源配电回路中三极开关(包括三极的断路器、起动器和负荷开关等)断电后仍然发生电气事故的情况是不少的。例如曾发生架空线路停电维修，上杆的维修电工却被电击致死的事故，电死的祸根竟是电工手中紧握的那根带危险电压的中性线。又如一厂房停电维修，其柴油发电机站的维修工人用汽油清擦发电机时，突然爆炸起火，事后查明祸根也是带电压的中性线。原来他们在清擦发电机接电缆的端子时感到清擦不方便，就卸下电缆端头，将它随便扔置地上，不料电缆带电压的中性线端子因接触带地电位的运输钢轨而打火，引爆室内达到爆炸浓度的汽油蒸气，从而引起一场火灾。这种案例不少，不一一列举。

三相断电后中性线带危险电压的原因是很多的，例如：

(1)低压供电网络内发生一相接地故障，故障电流在变电所接地极RB上产生电压降，使中性点和中性线对地带危险电压，如图6—4所示；

(2)保护接地和低压侧系统接地共用接地装置的变电所内高压侧发生接地故障，其故障电流同样也在R。上产生电压降，引起中性线带危险电压如图12—3所示；

(3)低压线路上感应的雷电过电压沿中性线进入电气装置内。

上述中性线上的危险电压有的持续时间长，有的电压幅值非常高，都可能在电气维修时引发电气事故，因此在电气装置中应在线路的适当位置装设四极开关，或采取其他电气隔离措施。

第二节中性线上增加开关触头易招致“断零”烧设备的危险

采用四极开关切断中性线，可保证电气维修安全。但为此需在中性线上增加一对刀闸的活动连接点和上、下两个进出线端子的固定连接点，这是有悖第十五章所述在三相四线回路的中性线上，尽量减少连接点和刀闸以减少“断零”事故的电气安全要求的。

如果发现四极开关有一对触头不导电，这一对触头往往是中性线上的触头。触头问的接触电阻主要由第十一章中述及的膜电阻和收缩电阻组成。后者与本章关系不大，不予叙述。前者系由触头表面的一层化学腐蚀物、氧化物、尘埃脏物等组成的一层电阻膜，它阻碍电流的通过。当开关切断负载电流时，触头问产生电弧，这一电弧不大，并不烧损开关触头，但能烧掉和xx触头表面的电阻膜，从而减少接触电阻。对于四极开关通常要求先断开三个相线触头，后断开中性线触头。三根相线断开后中性线上不复存在电流，中性线触头自然不会拉出电弧来xx其电阻膜，所以中性线触头的接触电阻总是大于相线触头的接触电阻。如果四极开关有一极不导电，这一极也往往是中性线的一极。这正是四极开关易发生“断零”事故的一个重要原因。为保证电气维修时的电气安全和电气装置发挥正常功能应采用四极开关实现带电导体的电气隔离，但为减少“断零”事故的发生又应尽量少用四极开关以减少“断零”事故，这是相互矛盾的。在设计中应善于掌握分寸，正确装用四极开关。如果在一电气装置内自上至下全部选用四极开关，恐失之过滥，增加了发生“断零”事故的几率。

PEN线内包含PE线，而PE线是严禁切断的，因此TN—C系统内不允许装用四极开关，无法保证电气维修安全，这正是现时TN—C系统少被采用的原因之一。

第三节单电源不同类型接地系统对开关极数的不同要求

1．TN-C-S和TN-S系统内不需为电气维修安全装用四极开关

实际上为电气维修安全而需装用四极开关的场所并不是很多的，例如常用的TN—C-S系统和TN-S系统内就不必装用四极开关。IEC标准和我国电气规范都规定了在建筑物内设置总等电位联结的要求，一些未做总等电位联结的老建筑物因金属结构、管道等互相之间的自然接触，也具有一定的等电位联结作用。由于这一作用，TN—C-S系统和TN—S系统可不必为电气维修安全装用四极开关，这可用图16—1来说明。图中电气维修时中性线导人了对地危险电压Uf，由于建筑物内进行总等电位联结使金属结构、管道等与PE线、中性线互相连通，都处于

 

同一Uf电压水平上，维修人员触及中性线时因不存在电位差，不可能发生电击事故，也不可能打出电火花而引起爆炸和火灾事故。因此在具备总等电位联结作用的TN—C-S系统和TN-S系统建筑物内不需为维修安全装用四极开关。

有的国家，如美国，广泛采用TN～C-S系统和TN—S系统，除特殊要求情况外他们很少采用四极开关。

2．TT系统内应为电气维修安全装用四极开关

在TT系统内，即使建筑物内设置有总等电位联结，也需为电气维修安全装用四极开关，这可用图16—2来说明。图中TT系统内的中性线和总等电位联结系统是不相连通的。当中性线带Ur电压进入建筑物内时，总等电位联结系统却为地电位，这一己厂r电位差将引起电气事故。因此为保证维修安全，TT系统应在建筑物内适当线段上，例如在电源进线处装用四极开关。这正是广泛采用TT系统的一些欧洲国家较多采用四极开关的缘故。

图16—2在TT系统内应为电气维修安全装用四极开关

3．IT系统需视具体情况为电气维修安全装用四极开关

IT系统一般不引出中性线，原本不存在采用四极开关的问题。如果引出中性线，当发生一相接地故障时，中性线对地电压将为相电压220V，电击危险甚大，因此需为电气维修安全装用四极开关。关于单电源四极或三极RCD的选用详见第十九章第八节。

 

第四节配电变电所内总开关和母联开关不需装用四极开关

附设于建筑物内或单独设置的多变压器或单变压器变电所内，如果做有等电位联结，则不论所供的为TN-C-S系统、TN-S系统或TT系统，在变电所内都不需为维修安全装用四极开关，这是因为这几种系统的变压器中性点和中性线都是在变电所内直接接地。即使某中性线上有由低压网络内传导来的故障电压ut，但由于等电位联结的作用，如图16—3所示中性线与变电所的地和其他导电部分间并不出现电位差，在图示备用变压器维修时，不会对维修人员构成危险，所以不必为变电所内总开关和母联开关装用售价高昂，又占用配电盘大量容积的四极开关。

图16—3变电所的电源总开关和母联开关不必

为电气维修安全采用四极开关

需要说明，如第二章所叙自变压器中性点引至配电盘的母排为PEN母排，PEN母排是不允许切断的，也即不允许插入开关。因此变电所内的总开关和母联开关都只能采用三极开关而非四极开关。这正是国外一些变电所内这类开关御是三极开关的一个原因。

第五节末端双电源转换开关对开关极数的要求

末端双电源(包括变压器电源和自备发电机电源)转换开关属功能性开关，它是否需要断开中性线与许多条件或因素有关，例如两电源回路的接地系统类别、两电源回路是否出自一组配电盘、系统接地的设置方式、电源回路有无装设RCD、电气装置内敏感信息设备的位置、自备发电机站内发电机的台数等，情况十分复杂，因此IEC标准从不用一个简单的条文对它作出规定，下文试举两例来说明。

1．两电源同在一处共用一低压配电盘，末端电源转换开关应采用四极开关如图16—4所示，一电气装置正常由配电变压器供电，装有柴油发电机作为备用电源。发电机与变压器同在一处而共用低压配电盘，为避免产生杂散电流，

图16—4两电源共用配电盘，末端装用三极电源

转换开关将产生杂散电流而引起不良后果两电源的中性点只在低压配电盘处一点接地。这时末端双电源转换开关应采用四极开关，否则仍将产生杂散电流而引起种种不良后果。

从图16—4可知，电源转换开关Q1及Q2为三极开关，中性线电流既可由本回路的中性线返回变压器电源，也可绕道沿备用发电机的电源线路中的中性线经配电盘的PEN母排返回变压器电源，这一电流即是杂散电流。这一杂散电流可引起一些不良后果，例如杂散电流的通路可形成一大包绕环，杂散电流在包绕环内产生的磁场将可能对包绕环内的敏感信息技术设备产生干扰。

如果电源转换开关Ql及Q2具有RCD功能，则此杂散电流将使RCD误动或拒动。如图16—4所示，因一部分中性线电流不经本回路返回变压器电源，正常电源回路电流的相量和不再为零而出现剩余电流，ql上的RCD将检测出剩余电流而误动，使Q1无法合闸。

由于同样的原因，当末端用电设备发生接地故障时，带RCD功能的Q1本应动作，但因部分故障电流(图中未表示)沿发电机备用电源线路的PE线经配电盘内PEN母排返回变压器电源，这样流经变压器电源线路的接地故障电流将减少，带RCD功能的ql可能拒动。

为xx这一杂散电流，末端电源转换开关不应采用三极开关而应采用四极开关以截断杂散电流通路，上述不良后果都将无从发生。当末端用电设备由备用发电机供电时隋况相同，不赘述。

2．两电源不在一处，不共用低压配电盘，末端电源转换开关可采用三极开关

在图16—5中，一电气装置内的配电变压器和备用柴油发电机不在一处，不共用低压配电盘。

为不产生杂散电流，如第二章所述，全电气装置内的中性线只在转换开关不出现杂散电流和其不良后果变电所低压配电盘内一点接地，发电机处中性线不接地。当由任一电源供电时，中性线电流只能经由本回路的中性线返回电源，别无其他通路。这样末端电源转换开关采用三极开关也不会产生杂散电流而引起各种不良后果，而中性线上少插入开关则是有利于电气安全的。

 

图16—5两电源不共用配电盘，末端装用三极电源

3．TN系统或TT系统电网电源与引出中性线的IT系统自备发电机电源进行电源转换时应装用四极开关

IT系统是不宜配出中性线的，其原理在第六章中已说明，但有时为取得220V电源也有配出中性线的。当引出中性线的IT系统柴油发电机电源用作TN系统或TT系统正常电源的备用电源时，其电源转换开关应为四极开关以切断中性线。不然在使用柴油发电机电源时，其中性点将通过TN系统或TT系统中性点的接地而接地，它将不是IT系统而是TN系统或TT系统，从而失去IT系统供电不间断性高的优点。

4．TN系统或TT系统电网电源与不引出中性线的Ⅱ系统自备发电机电源进行电源转换时可采用三极开关

由于IT系统内没有中性线，不存在中性线转换的问题，没有必要采用四极开关，只能采用三极开关。

从以上数例可知，末端电源转换开关如何选用三极开关或四极开关是涉及许多因素的一个复杂问题，不可能用一个条文来简单地加以规定。正因为此，IEC只规定电源转换开关应“affect”所有带电导体(affect意为“作用于”“影响”)，而不用“disconnect”(切断)一词。因此在电气装置设计中应视中性线有无传导返回电源的杂散电流的并联通路，是否同为电源端带电导体直接接地的接地系统等不同条件而确定采用三极开关或四极开关。

 

第六节对四极开关作用的一些误解

综上所述，为了维修安全和保证电气装置的正常功能，需采用四极开关。但在我国四极开关的作用常被误解，较普遍的误解是四极开关是用来防中性线过载的。认为三极开关是按相线截面确定过电流防护整定值的，当中性线截面小于相线截面或中性线因大量三次谐波电流而过载时，三极开关就不能保护中性线，为此在中性线上也须装设开关触头和过电流检测元件来保护中性线，所以就需装用四极开关。讵不知这样做的后果是不必要地给回路增加了“断零”危险。IEC标准的规定不是这样的，它规定为防中性线过载只需为中性线设置检测过电流的电流互感器，并按中性线截面进行整定，动作于三根相线的分断即可。因为三根相线分断后中性线电流自然消失，不需断开中性线。IEC这一规定不但降低了断路器成本还xx了“断零”的潜在危险。我国现时已有中性线带过电流检测元件的三极开关生产和供应。

另一个误解是担心中性线过载会引起电击事故。认为在TN—C-S系统内，如果含有中性线的PEN线过载，其上的电压降可能超过50V，此电压沿PE线传导到电气设备金属外壳上，将引起人身电击事故，所以要装用四极开关来防止中性线的过载。这一担心也是没有必要的。因为在设计中规定低压配电回路包括相线电压降在内的总电压降不应超过标称电压的5％，即AU≤220×0．05—11(V)，PEN线上的电压降绝不会达到50V，所以为这一原因装用四极开关的理由也是不成立的。

四极开关的作用只是保证电气维修安全和电气装置功能的正常发挥，应视具体情况正确采用。对四极开关作用的不恰当的理解可能导致四极开关的滥用，既浪费了设备投资，又增加了“断零”的潜在危险。

第七节对隔离电器的性能要求

四极开关用作隔离电器应满足下列电气隔离的主要要求：

(1)每个极的两个断开的触头间的间隙应能承受沿线路传导的雷电冲击过电压而不被击穿跳弧导电伤害维修人员。按IEC标准，在230／400V系统内，第十三章{dy}节所述的Ⅲ级耐冲击过电压开关设备的这一间隙应能耐受5kV的脉冲电压，Ⅳ级耐冲击过电压开关设备应能耐受8kV的冲击过电压(电气设备耐冲击过电压水平的分级见表13—1)。此冲击电压系指新的开关电器在干燥清洁状态下能耐受的值。Ⅱ级和工级耐冲击过电压的开关设备不得用作隔离电器。

(2)新开关电器两断开的触头间的泄漏电流，在干燥清洁状态下不应超过0．5mA，在开关电器规定的使用寿命行将终了前不应超过6mA。

(3)隔离电器并不要求有明显可见的断开点，但要求开关电器的分合状态应可以观察到，可用“分”、“合”之类的文字符号或不同的颜色标志予以明确的识别。

(4)开关电器应能防止无意的合闸，即除管理人员有意的操作外，电器本身不可能由于其他原因(例如受到振动之类的影响)而自行合闸。

(5)开关电器应能承受通过它的短路电流的热效应，也即在它的负荷侧发生短路时，互相接触的两个触头不会因短路电流的热效应而熔焊牢，无法分断。因为在发生短路后正需要拉开隔离电器以隔离所有带电导体来进行修理。

需要说明，符合上列要求的四极开关(例如四极断路器)才可兼用作电气隔离，应由制造商在产品说明书中予以明确该四极开关是否具有电气隔离功能，以便用户能放心地将它用作隔离电器。