对药厂采用四极断路器作为配电总开关存在风险的探讨

赵志宏

(国药集团国瑞药业有限公司，安徽淮南232001)

0 引言

在制药厂供电中，对建筑楼层或车间小容量负荷供电时，经常采用PZ30系列配电箱作为终端电器的控制装置。它适用于交流额定电压为220 V或380 V且负载电流不大于100 A的三相三线或三相五线的终端电路，对用电设备进行控制，对过载、短路、过电压和漏电情况起保护作用。此种配电箱体积小、重量轻，安装检修方便，得到了广泛应用。

在PZ30系列配电箱中，一般配置有总开关，用于控制各分路开关。配置的总开关有的采用三极开关，零线接在零线端子排上；有的采用四极开关，控制3个相线和1个零线。采用四极开关把零线和相线一起控制，此种开关虽然具有可分断零线的优点，但如果每相负荷分布极不平衡，零线电流将会很大，烧坏开关的零线触点，影响负荷用电，甚至造成烧坏用电器情况的发生。这种配电方式在药厂办公楼和车间照明供电中应用较为广泛，但制药厂对此种存在的风险一般都不为重视。

下面介绍笔者在制药厂电气故障检修中曾遇到的因四极开关出现问题而影响负荷用电的实例，以此对故障原因进行分析，阐述应采取的相应的防范措施。

1 故障现象

故障现象1：某药厂车间一层采用PZ30配电箱供电，一天下午，车间办公人员突然发现办公室的一台电脑出现冒烟的情况，便马上把插头拔掉。经电工维修人员检查，配电箱总开关DZ47-63/4P上桩头的零线对其他3个相线之间的220 V电压正常，而开关下桩头的零线对其它他3个相线无220 V电压，相线之间的380 V电压正常。维修人员便怀疑四极开关零线触点有问题，把开关拆下，用万用表欧姆档检查开关触点的通断情况，开关合上后，零线触点不通，其他三相触点接触情况正常，与估计情况相吻合。更换新的四极开关后，供电正常。把冒烟的电脑主机打开，发现电源部分烧坏。

故障现象2：某药厂办公楼一层采用2个PZ30配电箱分别为大厅及一层各房间供电。某天早上一上班，发现大厅空调启动后，照明灯忽明忽暗，空调立即自动停机，不能工作。空调停机后，照明恢复正常。维修人员对大厅的PZ30配电箱进行检查，各开关输出电压220 V正常，检查插座电压也正常。接着检查此配电箱供电电源线是否有接触不良的情况，由于手头没有现成的图纸，不知电源从何处而来，便着手从另一配电箱进行检查，发现大厅的PZ30配电箱的电源从此配电箱的一个三极开关输出，测量此开关的输出电压，每相220 V电压正常。检查到此，我们感到十分疑惑，究竟是何种原因造成这样的异常情况呢？维修人员尝试对各个房间的插座电压进行检查，在有空调工作的情况下，插座电压达到近300 V，说明在有负荷工作的情况下，控制房间的配电箱的输出电压会不正常。为避免烧坏用电器，停止了对负荷送电。打开配电箱的面板对其内部进行检查，发现控制总开关DZ47LE-63/4P零线桩头发黑，有过热的痕迹。维修人员确定更换进线总开关，决定采用DZ47-60/3P三极开关更换原四极开关，进线零线和负荷零线直接短接，以防止采用四极开关零线电流偏大时开关零线触头被烧坏。按此方案更换开关和接好零线后，空调、照明及其他用电器正常工作。

2 故障分析

2.1 对故障点的查找和判断

在故障现象1中，故障点相对容易查找。因零线输出端和其他相线间无220 V输出电压，而输出的380 V线电压正常，可很快确定开关零线触点有问题。而故障现象2中，2个配电箱不带负载或负荷不大时，开关的输出电压和插座的电压正常，很难判断是否是配电总开关的问题。一般会认为是在电源进线某处零线接触不良的问题，这样就会走很多弯路。笔者正是从理论分析，并结合不久前遇到的故障现象1的经验，通过对配电箱总进线四极开关零线发热情况的观察，准确判断出是四极总开关的问题。

2.2 故障原因分析

在药厂建筑楼层的供电中，一般采用PZ30配电箱对各楼层供电，其配电系统如图1所示。

图1 PZ30配电箱配电系统

采用四极开关作为配电总开关，当负荷不平衡、零线电流过大、开关相对偏小时，会出现烧坏开关零线触点的情况。配电系统220 V的输出电压就会不正常，影响单相负荷的用电，如果不能及时发现，时间过长就会烧坏单相负荷的用电器。

2.3 烧坏单相负荷的原因分析

在三相四线制220 V/380 V供电系统中，如果零线断路，单相负荷的供电可用图2所示进行分析。

图2 三相四线制供电零线断线时负载接线示意图

这时一般会出现以下3种异常情况：

(1)只有1路负载接通，其他2路负载没有接通。例如，负载Z2、Z3没有用电(开关或控制器没有接通)，只有负载Z1用电(开关或控制器接通)时，由于构不成回路，这时Z1没有电压，负载不能正常工作。

(2)有2路负载接通，而1路负载没有接通。例如，负载Z1、Z2用电(通过开关或控制器接通)，而负载Z3没有接通时(相当于断开)，这时Z1、Z2串联后接在L1和L2上，也就是接在线电压为380 V的电源上。Z1、Z2阻值不同，获得的电压也不同。假设Z1、Z2的阻值分别为10Ω和20Ω，通过计算可知，Z1、Z2获得的电压分别为127 V和253 V，如果Z1、Z2的阻值差别很大，获得的电压差别也会很大。可以看出，阻值小的获得的电压小，低于额定电压，不能正常工作；阻值大的获得的电压大，高于额定电压，会烧坏用电器。遇到这种情况去测量电压时，本应220 V的电压有时甚至会接近300 V。

(3)负载Z1、Z2、Z3都接通。这相当于负载星形连接后，接在3个相线上。假设Z1的阻值为11 Ω，Z2、Z3的阻值为22 Ω，通过计算可得，Z1上的电压为165 V，Z2、Z3上的电压为251 V，Z1不能正常工作，Z2、Z3超过额定的电压220 V，用电器会烧坏。

通过以上3种情况的分析可得出以下结论：

(1)负载不对称而又没有中线(如中线断线)时，负载的相电压就不对称。当负载的相电压不对称时，势必引起有的相电压过高，高于负载的额定电压；有的相电压过低，低于负载的额定电压。这都是不容许的，三相负载的相电压必须对称。

(2)中线的作用就是在于使星形连接的不对称负载的相电压对称，为了保证负载的相电压对称，中线必须可靠地连接。

3 风险分析及防范措施

在药厂中，用电风险分析及防范措施主要有：

(1)如果采用四极开关作为配电总开关，要能保证负荷不平衡出现最大风险的情况下，零线的电流不超过开关触点的额定电流。

(2)在实际情况下，采用三相四线制供电时，单相负载较多的情况下，很难达到负载平衡的理想状态。如果是办公用电，负载有照明、电脑、空调等办公设备，这些负荷有时不是同时使用的，所以即使在进行负荷计算和设计时对各相负荷的分配趋于平衡，但实际使用时是达不到设计状况的。

用电的不同造成的差别也很大，各相的负荷相应会差别很大。这样的情况会存在负载严重不平衡、零线电流大的风险。一旦开关零线触点因电流过大接触不好，造成电压不平衡，极易造成部分用电器电压过高、部分用电器电压过低的情况。电压过高则会烧坏用电器，电压过低用则电器不能正常工作。

(3)当负荷的分配和使用不能避免三相所带的负荷造成的严重不平衡时，笔者建议不采用四极开关作为配电总开关，而把进线零线和出线零线直接短接、扎牢，这样即使短时出现零线电流较大的情况，零线和接头会发热，但也不会出现零线断线，以致烧坏电器的情况。

4 结语

一般照明电路的负载及其他各种单相负载总是不平衡的，必须采用三相四线制供电，并在安装时力求三相负载平衡。对三相四线制供电，中线在正常工作时不允许断开，否则会使负荷大的一相电压较正常相电压偏低，负载小的那相电压较正常相电压偏高，严重时会烧坏电器。因此，规定在中线上不允许安装熔断器和开关设备，并选用机械强度高的导线。在遇到采用四极开关作为配电总开关供电、负载电压不正常时，应首先对四极开关进行检查，并要防止试送电时，电压过高烧坏用电器。根据理论分析及实践经验，建议慎用四极开关作为配电总开关，避免出现异常情况时烧坏用电器的风险。

[1]秦增煌主编.电工学[M].北京：高等教育出版社，2009

[2]中华人民共和国能源部.进网作业电工培训教材[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1992