浅析四极开关的应用

李 伟

机械工业第四设计研究院；建筑工程二院电气所

浅析四极开关的应用

李 伟

机械工业第四设计研究院；建筑工程二院电气所

在低压配电设计过程中，我们通常会用到四极开关，那么什么时候要用四极开关？无论什么场合都可以用四极开关吗？选用四极开关的原则又是什么呢？

四极开关；“断零”；杂散电流；检修安全

在低压配电设计过程中，我们通常会用到四极开关，那么什么时候要用四极开关？无论什么场合都可以用四极开关吗？采用四极开关的原则又是什么呢？

近年来，很多学者关于四极开关的应用发表了大量的文章，展开讨论，主要结论是“四极开关应慎用”。笔者不揣浅陋，愿意在学习和不断理解的基础上，结合配电设计中经常用到的接地系统作简单分析。

四极开关断开中性线后，可以避免因中性线带危险电压危及检修人员安全；也可防止杂散电流的危害。这是采用四极开关的优点。那么如果不断开中性线，中性线上的危险电压是怎么产生的呢？原因很多，例如：

⑴ 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上产生电压降，使中性点和中性线对地带危险电压，如图一所示。

⑵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RB上产生电压降，引起中性线带危险电压，如图二所示。

图一

图二

⑶低压线路上感应的雷电过电压沿中性线进入电气装置内。

不装四极开关又为什么会产生杂散电流呢？一般双电源转换系统接地选用不当就会出现此类情况。请看图三。转换开关Q1及Q2为三极开关，这样中性线电流就有两条通道回到电源侧：变压器中性线电流即可由本回路的中性线返回变压器，也可绕道沿发电机电源线路的中性线返回变压器，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。另外如Q1,Q2具有RCD功能，则此杂散电流将使RCD勿动或拒动

图三

使用四极开关又会有什么缺点呢？四极开关滥用结果，不但增加工程投资，增加维护工作，更令人担心的是由于开关触头的故障而导致“断零”事故。采用四极开关切断中性线，实现电气隔离，可保证电气维修安全，切断杂散电流通路。但为此需要在中性线上增设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，这样就大大增加了“断零”的风险。“断零”后会大大缩短用电设备的寿命，甚至使其烧毁。事实证明，使用四极开关易发生“断零”事故。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。触头间的接触电阻主要由膜电阻和收缩电阻组成。膜电阻由触头表面的一层化学腐蚀物、氧化物和尘埃赃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，触头间产生电弧，这一电弧不大，不足以烧毁触头，但能烧掉和清除触头表面的电阻膜，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，以避免瞬间的“断零”。三根相线断开后中性线上没有电流，中性线触头自然不会拉出电弧来清除其电阻膜，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。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及切断可能出现的杂散电流通路要采用四极开关，但为了减少“断零”事故的发生及降低工程投资有要尽量少用四极开关，这是相互矛盾的，那么在低压配电设计过程中，怎样来使用四极开关呢？

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。

TN-C-S系统和TN-S系统内是不必为检修安全装设四极开关的。IEC标准和我国电气规范都规定了再建筑物内设总等电位联结的要求，一些未做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TNS系统不必为电气维修安全装用四极开关，可用图一来说明。图中电气维修时中性线导入了对地危险电压Uf，由于建筑物内进行了总等电位联结使金属结构、管道等与PE先、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。因此在具有总等电位联结的TN-C-S系统和TN-S系统建筑物内不需要为维修安全装设四极开关。但是如果给户外用电设备配电时，因户外用电设备处没有做总等电位联结，为了检修安全，还是应该装设四极开关的。那么如果三相负荷不平衡，电源的N线上会有电压吗？此时是否需要切断N线呢？如果三相负荷不平衡，电源的N线的确会带电压，即零点漂移，据分析，此时N线所带对地电压对人身安全不会达到危险程度，故此种情况也不需要装设四极断路器。

TT系统内应为电气维修安全装设四极开关。在TT系统内，即使建筑物内设置有总等电位联结，也需要为电气维修安全装用四极断路器，可用图四来说明。图中TT系统内的中性线和总等电位联结系统是不相通的。当中性线带Uf电压进入建筑物内时，总等电位联结系统却仍为地电位，这一Uf电位差将引起电气事故。因此为保证检修安全，TT系统应在建筑物适当线段上，例如在电源进线处装用四极开关。

图四

IT系统一般不引出中性线，不存在四极开关问题。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，在进行电气维修时电击维修甚大，因此需为电气维修安全装设四极开关。

对于末端电源转换开关防杂散电流是否装设四极开关，要根据不同接地系统进行分析。以不使中性线电流有多个回路返回电源为原则。在此限于篇幅，不再一一进行分析。一般说来，两个都接地系统之间的电源转换开关为防杂散电流应装设四极开关；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设四极开关，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，从而改变了发电机电源的接地形式，使其失去了IT系统的优点。

以上是作者对于四极开关应用的理解及浅显认识，还望同行不吝指教，共同探讨，以便在日常配电设计中能正确选用四极开关。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.068