低压带电导体系统间共用中性导体(N)危险性分析

项立榕

(福建省交通规划设计院 福建福州 350004)

0 引言

在低压配电系统保护中，接地故障的发生与带电导体系统及接地型式选用不当直接相关。本文依据《供配电系统设计规范》GB50052-2009[1]和《低压配电设计规范》GB50054-2011[2]等规范，阐明单相二线制、三相四线制带电导体系统的构成，着重分析带电导体系统间共用中性导体(N)线时，在发生中性导体(N)线断开或接地故障时，存在不能及时判断故障回路，和无法隔离故障回路的危险。结合部分配电设计，采用单独加大(N)线截面在低压带电导体系统间共用中性线，会造成间接接触剩余电流保护与自动切断电源防护措施失效的现象，探讨在配电系统设计中，避免带电导体系统类型的设置错误，防止共用中性导体交流系统发生接地故障时，引发的人体伤害和财产损失。

1 带电导体系统的构成及连接

《供配电系统设计规范》GB50052-2009“第7.0.1条 带电导体系统的型式，宜采用单相二线制、两相三线制、三相三线制和三相四线制。低压配电系统接地型式，可采用TN系统、TT系统和IT系统。[1]”的规定；和条文说明“第7.0.1条 ……本次修订考虑按我国常用方式列入……[1]”交流系统带电导体类型的相关条文说明，明确规定了带电导体系统的线制和接地类型构成，如图1所示。

图1 交流系统带电导体类型

本文依据上述规范条款和条文，通过单相二线制、三相四线制和N线与PE线组成低压配电系统的连接，以及构成低压配电系统的接地型式表述，特别对TN系统带电导体系统间不同线制和接地类型回路的电器和导体选择，提供符合国家现行标准规定和产品条件设置的保护措施。同时，分析部分单相二线制与三相四线制间的分支回路，为了减少N线数，未按照单相二线制、三相四线制的带电导体类型要求，采取多分支回路共用中性导体，以及通过选择加大中性导体截面方式，来满足不同线制相导体间不平衡电流等的共用做法，不仅违反了《低压配电设计规范》GB50054-2011第3.2.7条“符合下列情况之一的线路，中性导体的截面应与相导体的截面相同：①单相两线制线路；②铜相导体截面小于等于16mm2或铝相导体截面小于等于25mm2三相四线制线路。[2]”的规定；分支回路共用中性导体，一旦N线断开或系统发生接地故障，还会造成无法判断和无法设置自动切除故障回路的危险，以及事故面范围扩大。从低压配电系统的安全角度分析，对单相分支回路带电导体系统间各回路的中性导体，应分别按照相导体回路的相同截面配置，并按照(单相二线制与三相四线制系统)类型和接地型式的进行设计。

图2 三相四线制带电导体电源“断N”/“断相”后的不平衡负载示意

2 带电导体系统间共用中性导体无法隔离电气故障的危险性分析

带电导体系统间，无论是单相系统，还是三相系统的多个分支回路线路共用中性导体，在各系统间分支回路发生接地故障时，存在既明显违反上述带电导体系统(单相二线制与三相四线制系统)线制类型的规定，由于共用的中性导体(N)，无法按照单相二线制与三相四线制系统要求，设置剩余电流保护电器，无法判断和切断事故回路的故障点。TN-C系统还会通过共用的中性导体(N)，沿着配电系统发散，造成电气事故范围扩大化，甚至还会引发整个低压系统的故障。因此，为避免带电导体系统间共用中性导体引发的故障，应按照线制型式要求和设计原则，规范设置各分支回路的中性导体，避免带电导体系统间共用中性导体引发的失误，造成对人体伤害的危险。

3 共用中性导体断开的危险性分析

带电导体系统间，在发生中性导体断开和相导体接地故障时，会造成380V和220V电压不平衡的危险。第一种情况，不仅会导致三相四线制380V三相对称电路因缺相引发设备发热烧毁危险。还会造成单相二线制的220V单相分支回路电压不平衡，使一部分220V照明设备电压不够而欠压熄灭。另一部分220V照明设备电压偏高而引发烧毁的危险；三相四线制带电导体电源“断N”/“断相”后的不平衡负载示意和电压向量分析，如图2～图3所示。

图3 电压向量分析

基此，通过电压向量分析[6]，严格区别和分清楚三相四线制回路、单相二线制和分支回路之间，在发生断开(N)线、断相或同时发生故障时，会对三相负荷平衡的影响完全不同；阐明三相低压断路器，是可以对三相四线制平衡回路的单相设备进行控制和保护，但无法对三个单相分支回路设备进行控制和保护；主要原因是：若正常关断一路单相分支回路，会造成三相负荷矩失去平衡，使三相低压断路器认为缺相运行，对另外2个单相分支回路同时动作。因此，人为原因造成的分支回路关断现象是不允许，《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008第10．7．7条，作了特别强调“在照明分支回路中，不得采用三相低压断路器对三个单相分支回路进行控制和保护。[3]”的条文规定，是专门针对照明配电系统的基本原则和规定。在应用该条款时，应正确理解规定的意义，避免对规范[6]产生歧义，误解为单相设备均衡的三相回路，不能采用三相低压断路器进行控制和保护。在设计时，特意避开采用三相四线制系统对单相设备的直接控制和保护，并人为地再增加低压系统的配电级数，再增设照明单相分支回路，再增加单级控制开关的错误做法，使本来可以由三相平衡控制的照明回路，曲解为应按照单相二线制带电导体系统的要求进行设计，导致人为产生的“断N”/“断相”事故危险发生。

4 结语

低压供配电系统对中性导体的设置，不仅应按照带电导体系统(三相四线制与单相二线制)的线制基本准则，对多个回路的线路分别设置中性导体，还应考虑电源系统的接地连接方式，以防止不同接地型式的电源系统间共用中性导体，造成无法区分配电系统回路和分支线路的接地故障点，使低压配电系统一旦出现接地故障，共用的中性导体无法隔离电气故障，将不可避免会使故障电流沿着(N)线范围扩大，引发危害人身和财产安全的事故。为此，应按照中性导体规范连接的设置原则，并对低压带电导体系统间共用中性导体(N)的危险性引起高度的重视。

参考文献

[1] GB 50052-2009 供配电系统设计规范[S].北京:中国计划出版社，2009.

[2] GB50054-2011 低压配电设计规范[S].北京:中国计划出版社，2011.

[3] JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范[S].北京:中国计划出版社，2008.

[4] 中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用配电设计手册[Z].北京：中国电力出版社，2016.

[5] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册[Z].北京：中国电力出版社，2006.

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