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低压交流三相配电系统中四极开关的应用探讨

范文

梅冬昂　李成建

摘要：在低压交流三相线路中，往往需要根据负荷情况或线路的保护要求设置不同极数的断路器、起动器或刀熔开关，以用作线路的电气隔离、短路保护、过负荷保护、接地故障保护、防电击。在工程设计中，应掌握分寸，根据不同的接地制式和使用条件选用四极开关还是三极开关。通过详细分析，阐述了四极开关的应用范围，给出了选用四极开关时的注意事项，供同行选用开关时参考。

关键词：电气隔离；电气控制；电气保护；接地制式；四极开关

引言

在低压交流三相配电线路中设置不同极数的开关，可以起到电气隔离、控制、保护和防电击作用。本文以工程设计中所设置开关作用的不同，对四极开关的选用及原因进行剖析，更深入了解四极开关的使用，提高工程的安全性。

1 用作电气隔离的开关及其选用

1.1 隔离作用

当线路或设备停用、检修或发生事故时，开关用于断开电源，确保人身安全。本文所述的隔离即为电气隔离。电气隔离不只用以保证检修安全，如为了实现电气装置的正常功能，也需实施电气隔离。

1.2 开关选用

1.2.1根据国标GB50054—1995《低压配电设计规范》、JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》以及国际电工委员会《IEC标准》规定，隔离装置必须将相线隔离或将不接地的导线隔离。在TN系统中，除双电源转换开关外，仅作为检修隔离用的开关可以采用三极开关，不必采用四极开关，详见图1。这是因为在TN-C-S和TN-S接地制式的单电源配电系统中，根据我国电气规范和IEC标准的规定，在建筑物内都设有总等电位联结系统，即使一些未做总等电位联结的老建筑物，因其金属结构、金属管道等相互之间的自然接触，也具有一定的等电位联结作用。

如图1所示，电气维修时，若正好中性线导入了对地危险电压Uf，由Uf传导路径可知，由于金属结构、金属管道与PE线、中性线互相连通，且处于同一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。

1.2.2TT接地制式的单电源配电系统应为电气维修安全装设四极开关。在TT系统中，即使建筑物内设有总等电位联结，也需为电气检修安全装设四极开关，这可用图2来说明。图2中，TT系统的中性线和总等电位联结系统是不相连通的。当中性线带Uf电压进入建筑物内时，总等电位联结系统却为地电位，这一Uf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（如在电源进线处）装设四极开关。

1.2.3IT系统应根据实际情况确定开关的极数。IT系统一般不引出中性线，故应不存在采用四极开关的问题。但当IT系统引出中性线时，因中性点不接地，正常情况下中性线上不可能带故障电压，所以没有必要为电气维修安全装设四极开关。当中性线故障接地时，IT系统就变成了TN或TT系统，原来按IT系统设置的线路保护就起不了作用，不设四极开关就非常危险。因此，当IT系统配出中性线时，每条回路的中性线上需要装设过电流检测装置，并且当相线因故障被切断时，必须同时切断中性线，以免中性线故障接地而不能起隔离作用。这就是在配出中性线的IT系统中采用四极开关的目的。

2 用作控制的开关及其选用

当开关仅用作功能性控制时，只需根据控制要求对被控制的带电导线进行控制，不必对回路中的所有带电导线（包括中性线）进行控制。但作为电源转换的开关，必须对所有带电导线进行控制，并且不能使这些不同的电源并联，此时必须采用四极开关。根据国家标准GB14050-1993《系统接地的型式及安全技術要求》和GB9089.1、9089.2-1988《严酷条件下户外场所电气设施》规定，TN-C系统中的双电源转换开关也

必须采用四极开关，把PEN线与相线同时切断。

3 用作保护的开关及其选用

用作保护的开关，应根据不同的接地制式来确定是否需要对中性线进行保护。在中性线截面等于或相当于相线截面的TT或TN-S系统中，中性线上不需装设过电流检测装置及隔离装置；当中性线的截面小于相线截面时，中性线上需装设与该导线截面相对应的过电流检测装置，并必须使相线断开，但不必断开中性线。因此，如果仅从保护中性线出发，TT系统不必采用四极开关。

4 选用四极开关时的注意事项

选用四极开关时应注意以下问题：（1）四极开关的第四极应能先通后断。（2）四极开关应定期维修，以免开启后第四极未能接通，造成电击危险。

5 结语

在四极开关的选用中，应根据其在三相配电线路中所起的作用是隔离、控制、保护还是防电击；使用场合是变配电所内，还是普通建筑物内；有专职电工，还是普通用户；所在系统接地保护制式是TN、TT或IT系统等条件作相应的选择。

参考文献

[1]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验[M].中国电力出版社，2007.

[2]GB50054-1995 低压配电设计规范[S].

[3]GB140500-1993 系统接地的型式及安全技术要求[S].

[4] GB 9089.1/GB9089.2-1988 严酷条件下户外场所电气设施[S].

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