低压总进线断路器的选择与变配电室的接地

梁国灿

（昆明自动化（集团）电力设计有限公司，云南 昆明 201909）

0 引 言

低压断路器主要用于配电网中各级回路的保护和控制。由于需要保护的用电负荷性质不同，开关的功能特性也有差异，生产制造的断路器有大有小，品种数量众多。

通常，以开关的极数、结构、保护方式、用途来划分种类。当以极数来分类，就有单极开关到4极开关的区分，单极开关的触头是一对，只能控制和切断一条线路的来电，用于比较简易的电气负荷控制场所。当以外形结构来划分，就有框架式、塑壳式、微断式等分类；当以保护脱扣器的种类来划分，又有热磁脱扣器、电磁脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器及电子脱扣器等5个种类。低压断路器大量的应用于各级配电网络中。随着智能电网在国内的推广应用，低压断路器的智能化也有了长足的进步和发展。

本文所述的断路器是框架式断路器，具有过电流、短路保护等功能，同时具有开断电流大的特性，这也是低压总进线断路器的共同点。根据变压容量的不同，断路器的额定电流选用也会随着改变，从1 000～6 300 A不等。在配电室面积不大，空间受限的情况下，选用4极开关，低压主进线柜及母联柜的宽度必然增大，设备的总体布局就不能满足规范要求的安全距离，就需扩大原建筑设计预留的配电室面积，从而增加了建设投入。

目前，在供配电设计中，一般选用的都是智能框架式断路器，对0.4 kV侧的低压系统实施控制和保护。

空气断路器的原理如图1所示。

图1 空气断路器的原理图

在供配电设计工作中，曾要求把配网设计中的配电室0.4 kV侧联络断路器、总进线断路器选择4极开关（见图2）。

图2 低压系统图

现在供配电工程的设计审核中，基本恢复了进线断路器、联络断路器选择使用3极开关的要求。为理清其中的原理和差异，笔者查阅了一些资料和专家的解释。

配电室0.4 kV进线断路器、联络断路器是选择3极开关还是4极开关，，业内尚无定论。所以有些地区的供电公司选择4极断路器，有些地区的供电公司要求3极断路器。

1 选用4极断路器的依据

使用4极断路器的缘由具体如下。最初，低压配电系统的各级开关是选择3极断路器，来对用电侧负荷装置进行控制和保护。在检修电气装置时，切断供电进行工作，但工程维修中因触摸中性线时常发生触电安全事故。后经事故分析发现，这是中性线因各种因素对事发地的大地产生电位差，成为带电体，当维修人员触碰到中线时，就造成触电事故；当中性线与接地体接触时，就易产生打火，从而在特殊场所引发火灾，最终造成安全事故。因此，在之后的工程实践中开始推广使用4极开关，在检修设备和线路中，不仅切断3根相线，同时也切断中性线，对工程维修中避免触电事故的发生起到了很大的作用。0.4 kV低压配电系统中也从最初的在配电末端选用4极开关，发展到最后确定低压总进线开关也要选用4极开关。

低压总进线处选用4极断路器比较明确的依据，详见《全国民用建筑工程设计技术措施——电气》（2009版）的91页[1]，在表下注解中作了规定，在配电室应该选用4极断路器，如图3所示。

采用4极开关的另一个理论依据具体如下。如果采用3极断路器，由于两段母线的N极是接通的，当其中一侧的母线停电检修时，另外的供电段由于三相负荷不平衡，其中的N线就有电流通过，这种情况下，供电段N线上的不平衡电流会通过连接的N线传到停电段N线上，在停电段检修的工作人员如果触摸到N线，就易发生由于接触电压而产生的触电。但使用4极断路器后，在联络柜断路器断开时，带电段N线上的不平衡电流就不可能流到停电段，这样就能保障在停电段检修工作的人员安全。

图3 配电室低压主接线图(选用4极开关)

2 选用3极断路器的依据

根据JGJ16—2008《民用建筑电气设计规范》中7.5.4中第5条款：在有总等电位（MEB）边接时，一般TN-S、TN-C-S系统不需要配置4极断路器[2]。配电室0.4 kV低压侧多数为TN-S。

按国际电工委员会IEC的标准规定PEN线是不能设开断点的，因此选用3极断路器，如图4所示，选用4极断路器容易出现断零故障。重要之处是一个配电室，2台变压器的配置，一个接地点。

图4 配电室低压主接线图（选用3极开关）

采用3极开关一个重要的依据是4极断路器有概率极高的断零风险。因为4极开关的N极常期运行，开关触头的结合面易发生氧化，随着氧化的形成，触头表面就会生成氧化膜电阻，电阻又加速了触头的发热及氧化的过程，最终形成接触不良和开断。

根据CSG-2018-10YK-DP-52《10 kV业扩受电工程典型设计》（南网2018版），多电源的系统接地采用一点接地，接地点位置宜近电源侧[3]。

对配电末端选用4极开关，笔者认为对防止安全事故的发生是有作用的，没有异议。但对低压总进线开关也选用4极开关，就存有不同的看法。选用4极开关虽然能防止触电事故的发生，但又产生了新的问题，如断零故障的发生、工程造价的提升。

配电室低压总进线开关选用4极开关的一个理由是供电段N线上的不平衡电流会通过连接的N线传到停电段N线上，在停电段检修的工作人员容易发生触电事故。

这一理论建立的基础是配电室存在两个接地点，由于其他因素产生不同的接地电位，其实根据规范，配电室只能有一个总等电位的接地。为了更好的解决选用3极还是4极断路器的问题，有必要对配电系统的接地作进一步的讨论、学习。

3 配电系统的接地

配电室的接地一般有如下两种方式，即工作接地和保护接地。

工作接地是指变压器中性点的接地[4]。

保护接地是指设备外部进行的接地。这样做的目的是防止电气装置外部因不确定因素带电生成接触电压，从而对人体造成伤害或者电气装置的外部对地放电，从而发生电气火灾。

低压配电系统以TN、TT、IT等系统为主[5]。电源侧与地的连接方式以第一个字母表示，电源侧中性点直接接地用T表示；电源侧中性点没有接地（或是通过阻抗接地）用I表示。用电终端接地体与地的连接方式以第二个字母表示，其中设备外部直接接地用T表示，设备的接地处与电源处的接地是独立互不相干的；负载设备外壳可导电体与电源侧的接地有连接用N表示。

中国普遍使用TN低压配电系统，依据中性线（N）与接地（PE）的不同组合，TN系统可分为3种系统，如图5所示[6]。

图5 TN系统

配电室传统的接地形式如图6所示，工程实践多数这样做，只是实际运用中没有设置专用MEB接地箱或是接地母排，而是两台变压器作连接，再接至室内外的接地点(称为工作接地）；作为接地的专用PE母排，连接至室内外接地点（称为保护接地）。

图6 配电室传统的接地形式

当保护接地和工作接地接在相同的接地点时，两个接地的电位是相同的，如遇到不按规范的做法，工作接地和保护接地分别接于不同的接地点，这时配电室的接地就处于不同电位。有些工程的接地做法是变压中性点分别用电缆引至室外同一接地点，但路径较长，有一二百米距离，这时两台变压器的中性线由于其他因素处于不同的电位。当采用3极断路器的两台变压器，维修人员触摸到停电段的N线时，就有触电的危险。

所以按国际电工委员会（IEC）规定的接地系统标准，一个配电室，两台(或多台）变压器的设置，一点接地(设总等电位MEB接地板），如图7所示，就能防止维修人员触摸到停电段的N线时，产生触电的危险；并且也不用选择4极断路器，避免发生中性线故障开断的问题和增加建设成本。

总等电位接地的联结是降低配电室内电气装置接触电压的有效方法，其作用在于使各电气装置导电部分与地之间的电位相近，以减弱接触电压。总等电位接地联结的另外一个作用是可以消除来自外部进入配电室电气装置内的故障电压所引起的危害电位差。总等电位联结详见GJBT624-03D501-4《接地装置安装》接地系统实例[7]，第53页中多台变压器配电室低压系统也是采用总等电位的接地。

图7 配电室接地平面示意图

既然谈到了配电室低压总进线开关的选取，就不能不提柴油发电机低压出线开关的选用。如果柴油发电机与0.4 V首端没有联接，其出线开关就可选用3极断路器，如果柴油发电机与0.4 V首端有联接，其联络开关就需选用双电源切换的4极开关，切断发电机中性线与变压器中性的连接。

由于多年的工程实践，基本都是中性点就近接地，现在通过配电柜中的N母排与接地PE母排进行连接，然后由PE接地母排与总等电位接地联结的形式，有许多工作人员担心会出现接地缺失。笔者认为，国际电工委员会(IEC)既然确定了配电室的这种接地形式，10 kV业扩受电工程典型设计（南网2018版）也有相关接地设计，就肯定是经过许多专家的理论研究和定型实验，才确定的接地形式。

4 结 论

低压总进线断路器、联络断路器，建议选取3极开关。

（1）系统采用4极断路器，有断零故障的风险，一旦出现断零故障，负载端的弱电设备将大面积损坏。现今的家用电器数量多，如果在用电高峰出现主零线故障开断，造成的经济损失和影响将是巨大的。

（2）关于造价，选用4极断路器，将会提高业主的建设成本。从社会经济总体衡量，如果大部分地区使用4极断路器，将提升总体经济的运行成本，造成不必要的投入。

（3）为保障停电段检修作业人员的安全，以及风险和成本考量，选用4极断路器的解决方法不可取。按规范施工人员在对停电段检修时，需检测是否带电，并挂接地线。当另一台变压器三相出现不平衡时，停电段零线有电流，但也能通过接地保护作业人员的安全。

根据王厚余老师在其专著《低压电气装置》第二版中提出的国际电工委员会（ICE）标准[8]，对系统接地实施的规定，在配电室内需做总等电位联结，就算中性线因其他因素带有电压，也鉴于等电位联结的功能，PEN线和配电室的地会升至同一电位，就不会产生电位差，进而对工作人员构成安全隐患，因此无需选用4极断路器。通过分析可知，变压器低压总进线断路器和联络断路器采用3极开关，对于两台变压器是最合理、最经济的一种供电方式。