对工厂采用四极断路器作为配电总开关的风险探讨

赵志宏

（国药集团国瑞药业有限公司，安徽淮南232001）

0 引言

在工厂供电中，对建筑楼层或车间小容量负荷供电，经常采用PZ30系列配电箱作为终端电器的控制装置。它适用于交流额定电压为220 V或380 V、负载电流不大于100 A的三相三线或三相五线的终端电路，对用电设备进行控制，对过载、短路、过电压和漏电起保护作用。此种配电箱体积小、重量轻，安装检修方便，得到了广泛应用。

在PZ30配电箱中，一般配置有总开关，用于控制各分路开关。配置的总开关，有的采用三极开关，零线接在零线端子排上；有的采用四极开关，控制3个相线和1个零线。采用四极开关把零线和相线一起控制，此种开关虽具有可分断零线的优点，但如果每相负荷分布极不平衡，零线电流将会很大，烧坏开关的零线触点，影响负荷用电，甚至烧坏用电器。这种配电方式在工厂办公楼和车间照明供电中应用较为广泛，对存在的风险一般都不重视。

下面介绍笔者曾遇到的因四极开关出现问题影响负荷用电的实例，以此对故障原因进行分析，阐述应采取的防范措施。

1 故障现象

1.1 故障现象1

某办公楼一层采用PZ30配电箱供电，一天下午，办公人员突然发现办公室一台电脑冒烟，马上把插头拔掉。经电工维修人员检查，配电箱总开关DZ47-63/4P上桩头零线对其他3个相线220 V电压正常，而开关下桩头零线对其他3个相线无220 V电压，相线之间的380 V电压正常。怀疑四极开关零线触点有问题，于是将开关拆下，用万用表欧姆档检查开关触点的通断情况，开关合上后，零线触点不通，其他三相触点接触情况正常，与估计情况相吻合。更换新的四极开关后，供电正常。打开冒烟的电脑主机，发现电源部分烧坏。

1.2 故障现象2

某办公楼一层采用2个PZ30配电箱分别为大厅及一层各房间供电。某天早上，发现大厅空调启动后，照明灯忽明忽暗，空调立即自动停机，不能工作。空调停机后，照明恢复正常。对大厅的PZ30配电箱进行检查，各开关输出电压220 V正常，检查插座电压也正常，接着检查此配电箱供电电源线是否有接触不良的现象。由于手头没有现成的图纸，不知电源从何处而来，着手从另一配电箱进行检查，发现大厅的PZ30配电箱的电源从此配电箱的一只三极开关输出，测量此开关的输出电压，每相220 V相电压正常。检查到此，感到十分疑惑，究竟是何种原因造成这样的异常情况呢？尝试对各个房间的插座电压进行检查，在有空调工作的情况下，插座电压达到近300 V，说明在有负荷工作的情况下，控制房间的配电箱的输出电压会不正常。为避免烧坏电器，停止对负荷送电。打开配电箱的面板对其内部进行检查，发现控制总开关DZ47LE-63/4P零线桩头发黑，有过热的痕迹。确定更换进线总开关，决定采用DZ47-60/3P三极开关更换原四极开关，进线零线和负荷零线直接短接，以防止采用四极开关零线电流偏大时开关零线触头被烧坏。按此方案更换开关和接好零线后，空调、照明及其他用电器工作正常。

2 故障分析

2.1 对故障点的查找和判断

在故障现象1中，故障点相对容易查找。因零线输出端和其他相线无220V输出电压，而输出的380V线电压正常，可很快确定开关零线触点有问题。

在故障现象2中，2个配电箱不带负载或负荷不大时开关的输出电压和插座的电压正常，很难判断是配电总开关的问题。一般会认为是在电源进线某处零线接触不良的问题，这样就会走很多弯路。

笔者从理论分析，结合不久前遇到的故障现象1的经验，通过对配电箱总进线四极开关零线发热情况的观察，准确判断出是四极总开关的问题。

2.2 故障原因分析

在工厂办公楼层供电中，一般采用PZ30配电箱对各楼层供电，配电系统如图1所示。采用四极开关作为配电总开关，当负荷不平衡、零线电流过大、开关相对偏小时，会出现烧坏开关零线触点的情况。配电系统220 V的输出电压就会不正常，影响单相负荷的用电，如果不能及时发现，时间过长，就会烧坏单相负荷的用电器。

图1 PZ30配电箱配电系统图

2.3 烧坏单相负荷的原因分析

在三相四线制220 V/380 V供电系统中，如果零线断路，单相负荷的供电可用负载接线图（图2）进行分析。

图2 三相四线制供电零线断线时负载接线示意图

2.3.1 一般会出现异常情况的原因

（1）只有一路负载接通，其他两路负载没有接通。例如，负载Z2、Z3没有用电时（开关或控制器没有接通），只有负载Z1用电（开关或控制器接通）时，由于构不成回路，这时Z1没有电压，负载不能正常工作。

（2）有两路负载接通，而一路负载没有接通。如负载Z1、Z2用电时（通过开关或控制器接通），而负载Z3没有接通时（相当于断开时），这时Z1、Z2串联后接在L1和L2上，也就是接在线电压为380 V的电源上。Z1、Z2阻值不同，获得的电压也不同。假设Z1、Z2的阻值分别为10Ω和20Ω，通过计算可知，Z1、Z2获得的电压分别为127 V和253 V，如果Z1、Z2的阻值差别很大，获得的电压差别也会很大。可以看出，阻值小的获得的电压小，低于额定电压，不能正常工作；阻值大的获得的电压大，高于额定电压，会烧坏用电器。这就是我们遇到这种情况，去测量电压时，本应220 V的电压有时甚至会接近300 V。

（3）负载Z1、Z2、Z3都接通。这相当于负载星形连接后，接在3个相线上。假设Z1的阻值为11Ω，Z2、Z3的阻值为22Ω，通过计算可得，Z1上的电压为165 V，Z2、Z3上的电压为251 V，Z1不能正常工作，Z2、Z3超过额定的电压220 V，用电器会烧坏。

2.3.2 3种情况的分析结论

（1）负载不对称而又没有中线（如中线断线）时，负载的相电压就不对称。当负载的相电压不对称时，势必引起有的相电压过高，高于负载的额定电压；有的相电压过低，低于负载的额定电压。这都是不容许的，三相负载的相电压必须对称。

（2）中线的作用就是在于使星形连接的不对称负载的相电压对称，为了保证负载的相电压对称，中线必须可靠连接。

3 风险分析及防范的措施

（1）如果采用四极开关作为配电总开关时，要能保证负荷不平衡出现最大风险的情况下，零线的电流不超过开关触点的额定电流。

（2）在实际情况下，采用三相四线制供电时，单相负载较多的情况下，很难达到负载平衡的理想状态。如果是办公用电，负载有照明、电脑、空调等办公设备，这些负荷有时不是同时使用的，所以即使在进行负荷计算和设计时，对各相负荷的分配趋于平衡，但实际使用时是达不到设计状况的。如果是宾馆或酒店用电，这种情况会更加突出。因为不管是酒店包间还是宾馆的客房，上客的情况在时间上会有很大差异的，各相的负荷相应会差别很大。这样会存在负载严重不平衡，零线电流很大的风险。一旦开关零线触点因电流过大接触不好，造成电压不平衡，极易造成部分用电器电压过高，部分用电器电压过低，电压过高会烧坏用电器，电压过低用电器不能正常工作。

（3）当负荷的分配和使用不能避免三相所带的负荷严重不平衡时，笔者建议不采用四极开关作为配电总开关，而应把进线零线和出线零线直接短接，扎牢，这样即使短时出现零线电流较大的情况，零线和接头会发热，但也不会出现零线断线以致烧坏电器的情况。

4 结语

照明电路的负载及其他各种单相负载，一般总是不平衡的，必须采用三相四线制供电，并在安装时力求三相负载平衡。对于三相四线制供电，中线在正常工作时，不允许断开，否则会使负荷大的相端电压较正常相电压低，负载小的相端电压较正常相电压高，严重时会烧坏电器。因此，规定在中线上不允许安装熔断器和开关设备，并选用机械强度高的导线。在遇到采用四极开关作为配电总开关供电，负载电压不正常时，应首先对四极开关进行检查，并要防止试送电时电压过高烧坏用电器。根据理论分析及实践经验，建议慎用四极开关作为配电总开关，避免出现异常情况时烧坏用电器的风险。