四极开关选用应慎

中国航空工业规划设计研究院王厚余

为保证电器检修安全和实现电器装置的某些功能,在切断一电源回路时,除断开所有相线外,还需断开中性线,即断开全部带电导体,被称为电器装置的隔离.标准和我国标准对此都有规定,但语焉不详.最常用的隔离措施是装设四极开关(单相时为两极开关),但在执行中众说纷坛,莫衷一是,引起电器同行广泛的关注.笔者不揣浅薄,愿就个人理解所及,陈述一些浅见.

1.停电进行维修时电击事故的起因

过去电器维护室只用三级开关断开三根相线,维护人员常因触及带危险电压的中性线而受到伤害,不少同志认为中性线上的危险电压室因流过中性线的过大的三相不平衡电流导致的电压降引起的.其实不然,因为线路的总电压降通常不大于线路标称电压的,即,而中性线上的电压降又仅占一部分,所以不论三相电压如何不平衡,中性线上的电压降不可能大于接触电压限值而引起电击事故,这一理由不能成立.

其实中性线上的危险电压另有来源,如雷电在线路感应的顺态高频过电压;又如配电变电所(特别是大接地电流电网中的变电所)高压侧接地故障,因共用接地极在低压电路上导入的暂态工频过电压;以及因断零引起的中性线上的的持续工频危险电压等;但发生机率最高的中性线危险电压室低压相线故障接地引起的,如图1中所示,它是由接地故障电流在变电所接地电阻上的电压降所引起的,图中值越大,故障接地电阻越小,中性线上的值越大,当的比值大于0.29时,即可大于50V,最大可达百伏左右.发生这种接地故障时,线路故障往往不切断电源以避免众多用户大面积停电,这就给维修人员带来潜在的电击危险.

2.中性线并联对电器装置动作功能的影响

在开关操作中,有时如不隔离中性线,电器装置正常功能的动作就无法实现.常见的一例是带RCD功能的一供一备两末端电源回路的电源转换开关的工作不正常,即RCD可能拒动,也可能误动,这可用图2和图3来说明.

两图中和分别是工作电源和备用电源,CB1和CB2为带RCD功能的末端三极电源转换开关..为简化图画,PE线以金属线槽和设备外壳来代替.

当图2中的点发生接地故障时,故障电流可经两个通路返回电源,其一部分按正常路径经PE线返回电源T1,其另一部分因电源的中性线未被断开,如图中箭头所示,扰经PE线和T2中性线返回电源T1.由于被分流降低了的动作灵敏度,本该动作的CB1可能拒动.

图3中电器装置未发生接地故障,因未断开中性线,正常工作时,的中性线负载电流可经两个通路返回电源,其一部分按正常路径的中性线返回电源,其另一部分则如图中箭头所示绕道的中性线和PE线返回电源T1.此部分电流成为零序电流互感器检测出的剩余电流,这样,当装置正常工作时CB1可能误动.

发生上例所述电器装置内带RCD功能两末端电源回路转换开关拒动或误动的原因都在两电源回路的中性线未与相线一道隔离而并联导通所致.中性线未隔离导致电器装置某些功能不能正常发挥的情况还不仅限与此,下文中还将陈述.

3.四极开关的断零危险

如上述采用四极开关隔离中性线可保证建筑物内电气检修的安全，也可保证电气装置某些功能的正常运作。但它也带来一个电气危险，即一个四级开关在中性线上增加了一对触头和两个接线端子共三个连接点，这是有悖中性线上尽量减少连接点的电气安全要求的。因中性线上的连接点如因故不导电将成为“断零”，如果三相电压的严重不平衡，导致单项设备被大量烧坏，而发生“断零”故障后设备照常运转，在设备烧坏前这一故障难以发现，烧坏设备的危险是很大的。

四级开关如果有一对触头不导电，这对触头往往是中性线触头。触头的接触电阻由收缩电阻和膜电阻组成。前者与本文关系不大，不做叙述。后者系由触头表面的化学腐蚀物、氧化物以及尘埃赃物等构成的一层覆盖膜形成电阻，他阻碍电流的导通。当开关平时正常操作切断负载电流时，动静两触头间产生电弧，此电弧虽然不大，但能烧掉和清除此电阻膜，减少良触头间的接触电阻。操作四级开关时通常线断开三对相线触头，后断开中性线触头。三根相线被切断后中性线上不复存在电流，中性线触头也自然不能产生电弧来清除电阻膜，所以在实测中，中性线触头的接触电阻往往大于相线触头的接触电阻，他也容易像铝线街头那样音节触电阻过大而不导电，这正是四级开关容易引起“断零”事故的一个重要原因。

发达国家十分重视对“断零”事故的防范。“断零”后通常不能用开关电器切断电源的方法来防止设备被烧坏。一般只能在线路结构和幅线上采取措施，使“断零”少发生或不发生。例如在美国，因一般居民不懂电气知识，住宅内最易发生“断零”烧坏设备事故，不论住宅用电量多大，他们通常用单项配电变压器对住宅楼用高压单项回路供电而不用三相回路供电。这样就从根本上杜绝了低压三相四线回路因“断零”而招致烧坏设备的事故。对住宅楼用单项变压器供电显然是不经济的。现时在我国也是难以实现的。但我们在设计三相四线电气装置选用开关电气时，应正确选用三级开关和四级开关，做到既能防人身电击和电气火灾，保证电气装置正常运作，又能尽量减少因开关“断零”而烧坏设备的事故，这是值得我们慎重对待的一个问题。