浅析2P,4P断路器在TN系统中的合理使用

浅析2P、4P断路器在TN系统中的合理使用广东博意建筑设计院有限公司李靖方摘要：在TN系统内，确保供配电安全的前提条件下，应该合理使用断路器极数。本文将从断路器极数、国家规范相关内容以及TN系统自身特点来探讨2P、4P断路器在TN系统中的合理使用。关键词：2P、4P断路器；规范；TN系统前言：TN系统在我国低压配电领域占据主导地位。在TN系统的设计中，通常已在建筑物总进线处做总等电位联结，部分设计人员没有能够针对该系统自身的特点而选用2P、4P断路器。下面我们将结合一栋高层住宅电源总进线箱到住户配电箱之间的系统图进行分析，见图1。图11.2P、4P断路器概述依据规范《电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分：用于交流的断路器》（GB10963.1-2005）中3.2.7内容，断路器的极指的是与主电路的一个独立的导电路径相连的断路器的部件，具有用来连接和断开主电路本身的触头。它不包括那些用来将各极固定在一起并使各极一起动作的部件。2P断路器指能断开一组相线和中性线的二极断路器，常用在单相回路中。4P断路器指能断开所有相线和中性线的四极断路器，常用在三相回路中。2.现行规范针对保护电器设置的一些要求2.1《低压配电设计规范》GB50054-2011中6.1.1条：“配电线路应装设短路保护和过负荷保护。”6.1.4条：“除当回路相导体的保护装置能保护中性导体的短路，而且正常工作时通过中性导体的最大电流小于其载流量外，尚应采取当中性导体出现过电流时能自动切断相导体的措施。”2.2《住宅设计规范》GB50096-2011中8.7.3条：“每套住宅应设置户配电箱，其电源总开关装置应采用可同时断开相线和中性线的开关电器。”2.3《低压配电设计规范》GB50054-2011中3.1.15条“在符合下列情况时，应选用具有断开中性极的开关电器：1.有中性导体的IT系统与TT系统或TN系统之间的电源转换开关；2.TT系统中，当负荷侧有中性导体时选用隔离电器；3.IT系统中，当有中性导体时选用开关电器。”3.1.16条“在电路中需防止电流流经不期望的路径时，可选用具有断开中性极的开关电器。”3.问题引入如上图1所示，为TN系统，其开关电器设置点1为楼栋电源总进线处，设置剩余电流动作保护的断路器，应采用4P。设置点5为住宅配电箱的总进线处，规范明确要求采用断开相线和中性线的开关电器，应采用2P（单相供电）或4P（三相供电）。而对于设置点2,3,4从理论上来讲均可以采用1P或3P的开关电器。而在该设计图中，设置点2采用3P断路器，设置点3采用4P隔离开关，设置点4却采用2P断路器。设置点3和4是否可以改为3P隔离开关和1P断路器？4.分析与解决4.1图1所示的设置点3为楼层电度表箱的进线处，根据《低压配电设计规范》GB50054-2011中3.1.3条“当维护、测试和检修设备需断开电源时，应设置隔离电器。”，可以设置隔离开关。隔离是为了预防检修电气装置的人员直接接触带电部分发生电击事故所采取的断开电源的措施。为此目的而安装的隔离开关应能切断电气装置有关部分的满载电流，但它们不一定需要断开所有带电导体。TN-C系统的PEN导体不应隔离或通断。TN-S和TN-C-S系统不需要隔离或通断中性导体。TN-S和TN-C-S系统已采取总等电位联结，在电气装置的中性导体和保护导体开始分开时就已经进行可靠接地，则中性导体的电位几乎等于地电位。在电气检修时带电相线断开，中性导体不打开的情况下，人如果接触中性导体也不会发生电击，所以中性导体可以不断开进行隔离。4.2图1所示的设置点4为各电度表后的出线开关，根据《低压配电设计规范》GB50054-2011中6.1.1条和6.1.4条内容（见前2.1条），应装设短路保护和过负荷保护电器，但并不要求一定要分断中性导体。当有需要时，可在中性导体上安装过电流检测器件，如防过负荷电流的双金属片和防短路电流的电磁脱扣器，并按中性线截面积进行整定，动作于相线的分断即可。本建筑物按照TN系统设计，已按照规范相关要求进行总等电位联结。而总等电位联结对于TN系统的作用非常明显：当建筑物内发生接地故障时，它可降低由此引发的接触电压；当建筑物外的电源网络内发生接地故障时，它可消除沿PE（PEN）线导入对地电压危害。同时，也可消除沿其他管道结构导入的对地电压危害。即便是相关操作人员不小心同时接触到中性导体和其他金属导体，也会因为二者处于同一电位而不会对人员产生危害。见图2所示。图24.3在图1所示的设置点4采用2P断路器有如下理由：低压配电网络内发生一相接地故障时，故障电流在变电站接地极上产生电压降，使中性点和中性线对地带危险电压。采用2P断路器可分断中性线，消除这一隐患。如上所述，针对TN系统已设置总等电位联结，这一隐患已经被解决，所以不需采用可分断中性线的2P或4P断路器。若不必要的采用2P或4P断路器，可能会造成因断路器中性触头接触不良而引起的“断零”事故。这主要是基于产品本身特点考虑的。根据产品标准，对于能同时断开相线和中性线的四极开关电器要求切断回路时三个相线开关触头应先于中性线开关触头断开，而接通回路时中性线开关触头则先于三个相线开关触头接通，即中性线触头是在没有电流的情况下开合的。当相线触头断开时，它拉出的负载电流电弧并不烧损触头，却能烧掉和清除触头表面的电阻膜，从而减小相线的接触电阻。而中性线触头断开时不产生电弧，因此四极开关电器中性线这一极的接触电阻总是比较大，严重时可导致“断零”故障（即中性线不导通的故障）。因此IEC标准在有关中性线防护的条文中，总是规定在满足过电流防护要求的前提下尽量避免在中性线上设置不必要的开关触头来切断中性线。4.4根据以上分析来看，在本图1所示的设置点3和4位置，可以分别采用3P隔离开关和1P断路器。5.结语在TN系统中，设计时应在满足国家规范及确保供配电安全的前提条件下，合理使用2P，4P断路器。这不仅能减少因断路器而引起“断零”故障的几率，同时，也可节约一定的经济成本。参考文献：1.国家规范.低压配电设计规范（GB50054-2011）2.国家规范.供配电系统设计规范（GB50052-2009）3.国家规范.住宅设计规范（GB50096-2011）4.国家规范.电气附件家用及类似场所用过电流保护断路器第1部分：用于交流的断路器（GB10963.1-2005）5.《建筑电气工程师手册》编委会建筑电气工程师手册北京：中国电力出版社，2010