谈四极开关的应用

王苏阳 / 庞传贵 / 王 峥 / 裴元杰（中国建筑设计研究院机电院, 北京 100044）

关于四极开关的应用，许多电气杂志及业内一些专家已经进行过多方面的专题探讨。《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第7.5.2条：“在TN-C系统中，严禁断开PEN导体，不得装设断开PEN导体的电器”。第7.5.3条又明确规定了三相四线制系统中四极开关的选用原则：“1.保证电源转换的功能性开关电器应作用于所有带电导体，且不得使这些电源并联；2.TN-C-S、TN-S系统中的电源转换开关，应采用切断相导体和中性导体的四极开关”等，及“应采用四极开关”的五款规定。 因“规范”中有了硬性规定，所以在工程设计中，电气设计人员便按照各自对此规定的理解，采用了四极开关；有些审图机构的审图人员，也按照自己的理解要求工程设计人员“应采用四极开关”。因而出现了采用四极开关不合理的情况：

A.变压器低压总开关及联络开关采用了四极开关，当由其配出的TN-C-S系统中的PEN线又做了重复接地时，则使四极开关的第四极失去作用，见图1；

B.断开了N线，会因“断零”而可能导致烧坏单相用电设备，见图2；

C.断开了PEN线，相当于既断开了N线，又断开了PE线，增加了触电危险，见图3。

对于以上三种情况分别说明如下：

1） 在建筑物内设置变电所，由此变电所采用三相四线，四芯电缆（TN-C-S系统）向建筑物二供电；在建筑物二内总配电室的电源进线处，将PEN线做重复接地及总等电位联结，见图1。此时，虽然图中的母联开关3Q及两台变压器的低压总开关1Q、2Q均采用了四极开关，但因为PEN线在建筑物二内重复接地，使图1中的c、d两点接在了一起，因此产生如下结果：

（1）当两台变压器分列运行时，其联络开关3Q第四极的两端a、b两点被短接，即3Q的第四极失去了作用。

（2）当2号变压器停电，由1号变压器供电时（开关1Q、3Q合闸、2Q断开），则使a点与e点被1Q的第四极短接，a点与b点被3Q的第四极短接，e点与f点经MEB接通，则b点与f点被接地连接线和1Q、3Q的第四极接通，在2Q未合闸的情况下，其第四极失去了作用。反之，当2Q合闸，则1Q的第四极同样失去了作用。由此可见，1Q、2Q、3Q不必采用四极开关。

2）在民用建筑中有许多的单相设备，且可随意使用，自由开、关。如果在TN-C-S及TN-S系统中采用了四极开关，见图2(a)：当1Q-1、1Q-2、1Q-3 及2Q-2、2Q-3 均断开，而2Q-1、3Q-1、3Q-2、3Q-3 均闭合时，如果出现中性线触头导电不良又未被察觉的情况，则额定电压为220V相电压的电气装置R2、R3将被串联连接到380V的线电压上,见图2(b)。此时装置R2上承受的电压变为约380V/4×3=285V，R2将因“断零”使其过电压而烧毁。

图1 PEN线做重复接地及总等电位联结图

图2 (a) 四极开关接线图

图2 (b) 发生中性线触头导电不良等效图

图3 (a) TN-C系统四级开关发生故障图

图3 (b) TN-C-S系统四级开关发生故障图

3）根据“民规”7.5.2条规定：“在TN-C系统中，严禁断开PEN导体，不得装设断开PEN导体的电器”（这符合国际电工委员会IEC的规定）。如果在TN-C系统中采用四级开关，万一中性线开关的触头导电不良又未被察觉，也就是断开了PEN线（即相当于断开了N线和PE线），使正在使用的单相设备外壳（见图3(a)）上的a点对地电压为相电压( ～220V)，这时如果有人触摸到电器装置的外壳，就会触电，是十分危险的。因此《民用建筑电气设计规范》将此条规定列为强制性条文。如果在TNC-S（无重复接地）系统中，采用了四级开关，当某相发生单相碰壳故障，见图3(b)上的b点，其危险程度与上述TN-C系统是相同的，也不应忽视。我们分析TN-C-S系统无重复接地的情况，是因为在IEC标准及我国的《供配电设计规范》GB50052-2009的TN-C-S系统的示意图中，其PEN线分为PE线和N线处没有画出重复接地的符号，应认为它是无重复接地的。

通过研究以上配电系统图（图1、2、3），可见应根据不同工程的不同配电系统情况，确定哪些需要选用四极开关，哪些应选用三极开关，才能做到既满足使用安全要求，又节约投资。

关于变压器的低压总开关和联络开关采用三极开关，可满足IEC规定的电源转换功能性开关，应作用于所有带电导体及检修隔离的要求。业内专家已有不少论述，本文不再赘述。