四極開關應慎用
王厚余
【提要】針對四極開關應用問題的討論，受IEC標準和美國IEE標準的啟發，提出：不必為中性線的過流而切斷中性線，中性線過流不可能引起人身電擊事故，電氣檢修安全要求隔離中性線，有總等電位聯結的TN-S系統建築物內的中性線不需要隔離，TT系統內的電源進線開關應隔離中性線，TT系統內的漏電保護器必須隔離中性線等。
1.不必為中性線的過流而切斷中性線
IEC60364-4-473是規定線路過流保護的標準。其中關於中性線過流保護的條文都規定不論中性線粗細，只需斷開有關相線，不必斷開中性線。這是因為斷開有關相線後中性線電流自然消失，中性線過流問題不復存在，而少一個中性線觸頭導電不良故障易於發現及時處理，而中性線的觸頭導電不良難以發現，往往成為「斷零」而導致燒壞大量單相用電設備的事故，因此在可能條件下應儘量減少中性線上的觸頭或刀閘的數量，用於中性線過流保護的可裝可不裝的觸頭就不必裝設。
2.中性線過流不可能引起人身電擊事故
IEC60364-4-41是規定防電擊措施的標準，但該標準中沒有因TN-C-S系統PEN線過流，導致PEN線過大的電壓降和過大的設備外殼對地電壓而規定斷開中性線的防電擊措施。道理很簡單，在電氣設計中對線路的電壓降都有限制，低壓線路上的電壓降一般取為不大於迴路標稱電壓的5%，即相線、PEN線和中性線的電壓降總共不超過220V*5%=11V，設備外殼上不可能出現大於50V或25V的對地電壓。所以為防人身電擊而斷開中性線也是不必要的。
3.電氣檢修安全要求隔離中性線
在常用的電源直接接地的TN、TT系統內，正常情況下中性線的電位基本上是大地的電位，但由於種種原因它可能帶危險對地電壓，例如電源迴路一相接地導致中性線對地電位升高，但因中性線包有絕緣，還不致引起事故。為了避免公用電網內大量低壓用戶停電，這種故障一般不跳閘，只作為事故隱患潛伏下來。它只在電氣檢修時對檢修人員構成危險，因此在電氣檢修時，應在隔離相線的同時也隔離中性線。
又如，當10kV變電所內高壓側發生接地故障時，由於接地裝置電位的升高同樣也可使中性線帶故障電壓，因10kV不接地網絡的接地故障不跳閘只作用於信號，這個可達百伏左右的故障電壓在中性線上也是持續存在的，它也同樣危及電氣檢修人員。
現時一些城市將10kV網絡由不接地系統改為經小電阻接地系統，上述故障電壓可達千伏以上，雖然這時10kV繼電保護可切斷電源，但其動作時間長達0.5~1s，依然要危及檢修人員。
另外，檢修時的電擊危險是來自沿TT系統電源線路導入的雷電過電壓，其持續時間以微秒計，但電壓極高，足以致人死命。其對帶電導體的隔離還有觸頭間空氣間隙距離的要求(對工頻300V以下無此要求)。這需視海拔高度、空氣污染程度以及觸頭形狀等因素而定。英IEE標準《電氣安裝規範》第460-01-0條規定低壓斷路器可兼作隔離電器，說明其斷路器的觸頭間的空氣間隙是符合隔離要求的。
對以上列舉的各種沿中性線導入的危險電壓引起的電氣檢修時電擊事故的防範，別無他法，只能用在隔離相線的同時隔離中性線的辦法來防範。
4.有總等電位聯結的TN-S系統建築物內的中性線不需要隔離
並非所有建築物電氣裝置都要求中性線和相線一起隔離才能保證檢修安全，這需視接地系統類別和建築物內有無總等電位聯結而定。IEC60364-4-46標準第461.2條規定：
「在TN-S系統中(包括TN-C-S系統中戶內TN-S部分)中性線不需要隔離和開關」。英國IEE標準《電氣安裝規範》第461-01-02條也規定：在電源進線處，除單相迴路外，TN-S、TN-C-S系統三相迴路應斷開全部相線而不要求斷開中性線。所以如此規定，其原由可用圖1來說明，圖中TN-C-S系統電氣裝置設有總等電位聯結，如圖中點劃線所示。
圖1 TN-C-S系統內中性線不隔離沒有電擊危險
大家知道，在IEC60364標準和我國有關防電擊標準中，建築物內的總等電位聯結都規定為各種接地系統內必不可少的基本防電擊措施。當進行電氣檢修時，即使中性線沒有隔離而帶有從電源側傳導來的對地故障電壓Uf，如圖1中所示，但由於存在總等位聯結的緣故,所有外露導電部分和裝置外導電部分都處於同一電位水平Uf上，而不存在電位差，檢修人員接觸中性線時自然無由遭受電擊，甚至連觸電感覺都沒有。因此在有總等電位聯結的TN-S系統建築物內不必為電氣檢修安全而隔離中性線。
5.TT系統內電源進線開關應隔離中性線
上述IEC60364-4-46第461.2條不隔離中性線的規定未提TT系統，說明TT系統內應隔離中性線。英國IEE標準《電氣安裝規範》第461-01-03條則規定TT系統（也包括IT系統）電氣裝置內的電氣隔離應隔離所有帶電導體，其中包括中性線。這可用圖2來說明，圖中的建築物雖然做了總等電位聯結，但TT系統中的中性線與地絕緣而未與建築物的總等電位聯結導通，它與地間存在故障電壓引起的電位差Uf，此電位差將對電氣檢修人員構成電擊危險。因此在TT系統（也包括不常用的IT系統）建築物內，必須在總電源進線處和有需要的局部場所電源進線處，將中性線和相線同時隔離。
圖2 TT系統內中性線不隔離存在電擊危險
由於我國較多採用TN系統，如果按IEC和IEE標準的規定，不在TN系統建築物內裝用四極開關，只有TT系統建築物內裝用四極開關，則四極開關的裝用可大大減少，這對提高電氣安全水平和節約建設投資都是有好處的。
6.TT系統內的漏電保護器必須隔離中性線
除了電氣檢修安全隔離中性線外，TT系統內的漏電保護器(以下簡稱RCD)為保證出現兩個故障後的電氣安全，也要求隔離中性線。圖3所示的TT系統因發生接地故障而使中性線帶故障電壓Uf。因中性線包有絕緣，這一故障並不直接引起事故。但如再發生第二個故障，例如圖示的相線碰外殼的設備接地故障，則RCD瞬即跳閘。如果RCD未隔離中性線，RCD跳閘後故障電壓Uf將如圖中虛線所示通過設備繞組和絕緣損壞的故障點傳導至設備外殼上，而導致電擊事故。這當然是很不安全的，因此為防這種兩個故障引起的電擊事故，TT系統內RCD在斷開相線時，必須同時斷開中性線，以隔離Uf的傳導。但在TN-S系統中(包括TN-C-S系統的戶內TN-S部分)卻不存在這種危險。這是因為在TN-S系統中，中性線和PE線互相導通而電位接近，而PE線又納入等電位聯結內，這使整個建築物處於同一Uf電位水平上，而不出現電位差，無由發生電擊事故，自然不要求斷開中性線。因此IEC標準和IEE標準都對TN系統和TT系統內RCD的刀極數規定了不同的要求。如IEC60364-5-53第532.2.1.1條規定：「RCD必須保證被保護迴路所有帶電導體的斷開。在TN-S系統中，如供電條件認可，中性線為可靠地電位，則中性線不需要斷開。」需要說明，在戶外地電位是指大地的電位；在有總等電位聯結的戶內，地電位是指總等電位聯結地母排處的參考電位。
圖3 TT系統內RCD中性線不隔離，兩個故障時設備外殼可能帶危險電壓
英國、美國和日本廣泛採用TN-C-S系統，因此上述英國IEE標準第531-02-01條規定：「RCD應能同時斷開迴路全部相線。」而不要求斷開中性線。德、法等歐洲大陸國家廣泛採用TT系統，因此他們生產的RCD幾乎全為四極或二極的。
7.電源轉換開關不需斷開中性線
電源轉換開關屬功能性開關(Functional Switch)，IEC60364-4-46標準第465.1.2條規定：「功能性開關不必要控制(control)全部帶電導體。」即不必在開合相線的同時開合中性線，因中性線上沒有刀閘並不影響電源的轉換。需要說明的是，IEC/TC64譯文集將其下的第465.1.5條譯為：「保證電源轉換的功能性開關必須作用(affect)於所有帶電導線。」其中「afect」一詞有「作用」、「影響」的含義，但沒有「斷開(discon-nect)」或「控制」的意思，注意勿誤解，否則其前面的465.1.2條將無法解釋。
只有當電源轉換開關帶漏電保護功能時，才需裝用四極開關未隔離中性線，那是為了防止漏電保護的誤動或拒動（說明從略)，而不是出於電源倒換功能上的需要。
8.單相迴路的中性線隔離不存在「斷零」危險
單相迴路內如果中性線開關觸頭導電不良，不會出現上述三相迴路中因「斷零」燒壞用電設備的問題，因此為了提高電氣安全水平，單相雙級開關得到較多的應用。例如住宅樓的單相總電源進線開關和每戶的單相電源進線開關，不論其接地系統為何種類型，都應將中性線隔離，即採用雙極開關，這樣做可以提高電氣安全水平，例如防止因設備相線、中性線接錯而引起事故，不會招致「斷零」引起的危險。對此，上述英國IEE標準第460-01-02條規定：「任何接地系統的單相電源進線總開關或總斷路器應能將兩根帶電導體都切斷。
9.結束語
(1)電源進線開關中性線的隔離不是為了防三相迴路內中性線不平衡電流引起的中性線過流或這種過流引起的人身電擊危險，而是為了消除沿中性線導人的故障電位對電氣檢修人員的電擊危險。
(2)為減少三相迴路「斷零」事故的發生，應儘量避免在中性線上裝設不必要的開關觸頭，即在保證電氣檢修安全條件下，儘量少裝用四極開關。
(3)不論建築物內有無總等電位聯結，TT系統電源進線開關應實現中性線和相線的同時隔離，但有總等電位聯結的TN-S系統和TN-C-S系統建築物電氣裝置無此需要。
(4)TT系統內的RCD應能同時斷開相線和中性線，以防發生兩個故障時引起的電擊事故，但對TN系統內的RCD沒有此要求。
(5)除帶漏電保護功能的電源轉換開關外，其他電源轉換開關無需隔離中性線。
(6)不論為何種接地系統，單相電源進線開關都應能同時斷開相線和中性線。
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