住宅三相進線的過電壓保護

高會賓 劉洪成

（1.天津中電華利電器科技集團有限公司，天津 300300；2.天津久安集團有限公司，天津 301500）

在三相四線制的配電系統(tǒng)中，一旦發(fā)生中性線斷線（即“斷零”）的故障，可能會發(fā)生某一相或兩相上所接的大量單相設備燒毀的情況。這是因為在中性線的斷點之后，原接于不同相序的單相設備變成了串聯(lián)之后接于線電壓之間。按照分壓的原則，若阻抗大的一組設備分壓足夠高，則可能因此而絕緣損壞或燒毀或發(fā)生火災。“斷零”的后果是十分嚴重的，這一點，王厚余先生在《低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗》（中國電力出版社，2003.6）第十五章中做了詳細介紹，這里不再贅述。

《民用建筑電氣設計規(guī)范》（JGJ 16-2008）第10.8.11 條規(guī)定：“住宅配電箱（分戶箱）的進線端應裝設短路、過負荷和過、欠電壓保護電器。分戶箱宜設在住戶走廊或門廳內(nèi)便于檢修、維護的地方。”一般認為，對家用電器來說，過電壓造成的危害要遠遠大于欠電壓，且市場上同時具有過、欠壓脫扣功能的微型斷路器僅ABB 有S260NA+AVM帶異常電壓保護的單相和三相完整系列產(chǎn)品，可選擇余地較小而造價亦較高，再加上各地區(qū)對規(guī)范的執(zhí)行力度不盡相同，故過、欠壓斷路器鮮有使用，一般僅選用過壓脫扣附件。

天津地區(qū)的一般做法是單相進線過壓斷路器安裝在電度表箱內(nèi)，電度表之后，選用同時斷開中性極（即2P）的微斷；北京地區(qū)則不同，一般將過壓斷路器安裝在分戶配電箱內(nèi)。三相進線則根據(jù)不同的供電方式，過壓斷路器的相數(shù)選擇和安裝位置亦有不同。

對高低壓供配電線路其結(jié)線方式一般有放射式結(jié)線、樹干式結(jié)線和環(huán)形結(jié)線。套用此概念，若把住宅戶內(nèi)配電箱看做一獨立“配電系統(tǒng)”，也有放射式與樹干式配電方式。

1 放射式配電

放射式配電方式，即戶內(nèi)只安裝一臺配電箱，所有用電設備均從該配電箱內(nèi)引出獨立的配電線路，任意回路出現(xiàn)故障，均不影響其他線路的正常使用，供電可靠性較高，加工生產(chǎn)亦較簡單。如圖1所示。

圖1 戶內(nèi)配電箱系統(tǒng)

配電箱主開關選用了ABB 導軌產(chǎn)品S260 系列微斷，并帶有異常電壓保護附件（若產(chǎn)品無過欠壓配套附件時，只安裝過壓附件）。該方案由于主開關之后至N排仍有一段公共N 線，雖然線路很短，但有兩個接點，依然存在“斷零”危險，故在主開關處安裝過電壓保護裝置只能夠保護前端線路由于“斷零”或變壓器接錯相等故障引起的危害。該配電箱由于插座回路均選用了帶剩余電流動作保護的微型斷路器（下簡稱漏電微斷），成本較高，有時所選用的元件廠家并沒有三相帶過電壓保護的系列產(chǎn)品，故有時也采用負荷按相分組，每組設置一臺單相帶過壓保護功能的微斷，可適當降低成本，同時漏電保護功能不受影響（見圖2）。

圖2 戶內(nèi)配電箱系統(tǒng)

與圖1不同的是該方案主開關選用了4 極漏電微斷，而按相分開的三組設備之前各設置一臺單相過電壓保護微斷，這樣，主開關之后到N排的一段線路也納入了過電壓的保護范圍，不在存在保護死區(qū)。

該方案能夠?qū)崿F(xiàn)全部單相設備漏電與過電壓的保護，是一種相對完善的設計。但該配電箱在加工時需設置4 段N排，即主開關和3 臺過壓開關均應設置獨立的N排，各出線回路需接至相應的N排上，否則過壓開關將失去過電壓保護作用。戶內(nèi)配電箱箱體會過大影響美觀，在有限的空間內(nèi)設置4 段N排并非易事，此即該方案的不足之處。

以上兩種方案在單層大戶型住宅和小戶型復式公寓均有成功運行的工程案例，但不適用于大戶型躍層式住宅及多層別墅，若采用上述方案將會造成施工布線困難和管線的浪費。這時，可采用樹干式或與放射式結(jié)合的配電方式。

2 樹干式配電

樹干式配電的示意圖如圖3所示。

圖3 樹干式配電系統(tǒng)示意圖

樹干式配電一般是首層配電箱進線開關為三相，各層配電箱分別接至其中一相；三相設備從首層主開關后直接引出（示意圖未畫出）。由于各分支配電箱為單相進線，故應在分支配電箱進線開關處設置過電壓保護，三相進線總開關選用普通斷路器即可。

3 混合式配電

混合式即樹干式與放射式的結(jié)合，即總配電箱安裝在首層，本層設備以放射式的方式從該箱引出配電回路，分層配電箱安裝在相應各層并分別引出配電回路。

當分支配電箱采用單相供電時，過壓保護裝置宜設置在各分層配電箱進線開關處或總配電箱出線開關處，配電總箱進線開關不再設置過電壓保護，如圖4所示。

圖4 某別墅配電箱系統(tǒng)圖

圖4所示的系統(tǒng)圖為天津“中國藝術家”聚集區(qū)別墅某戶型首層配電箱，采用“按層分相”設計方案，三相設備從首層配電箱引出，每層設主開關，帶過壓保護；二、三層各有分支箱，單相出線。為減少配電級數(shù)，分支配電箱進線開關選用了負荷隔離開關，見圖5、圖6。

圖5 某別墅二層配電箱系統(tǒng)圖

圖6 某別墅三層配電箱系統(tǒng)圖

該設計方案的過電壓保護方式與圖2所示方案基本相同。由上圖還可以看出，該方案設計的三相負荷并不平衡，故在配電箱加工或施工安裝時應注意三相相序的輪換。

不論是采用放射式供電或是混合式供電，分支配電箱應盡量采用單相供電，以簡化配電系統(tǒng)，減少N 線干線上的接點，最大程度的避免“斷零”故障的發(fā)生。

4 結(jié)論

以上簡單討論了住宅的過電壓保護方案，基本實現(xiàn)了全部線路的過電壓保護。但目前過壓斷路器的脫扣值多在280V±5%,即最低脫扣值也要266V,比220V尚高出21%，若負載為白熾燈，則其壽命會大大縮短，但不會馬上燒壞，這體現(xiàn)了過電壓的“潛伏性”和“隱蔽性”。也就是說，電壓已經(jīng)超出正常范圍，但未達到保護元件動作值，此時對設備的危害是縮短壽命而不是馬上燒毀，這種情況還難以發(fā)現(xiàn)。所以，王厚余先生說：根據(jù)國外經(jīng)驗，防“斷零”燒設備事故不能用開關型防護電器切斷電源的方法來防止，只能在線路的選用和敷設上采取各種措施，盡量減少“斷零”的發(fā)生來防止“斷零”燒毀設備[1]。

但隨著電源技術的發(fā)展，由以前的變壓器加穩(wěn)壓管式電源發(fā)展到今天的開關電源，對大部分使用開關電源的設備的輸入電壓放寬了要求。一般的開關電源電壓輸入范圍在220V±20%，即輸入電壓最高可放寬至264V，接近過電壓保護元件的最低脫扣值，在一定程度上放大了過電壓保護作用和保護范圍，但仍未能達到保護脫扣上限值294V。

所以說安裝了過電壓保護裝置，并不一定在所有的過電壓故障發(fā)生時能夠完全保護用電設備，只是避免了大面積的用電設備同時快速燒毀。故過電壓保護只是一種 “相對保護”，是一種減小危害的保護措施。同時，安裝了過電壓保護裝置，由于用戶的“非專業(yè)性”，用戶和供電部門即建立了“信任關系”，過電壓的“隱蔽性”引起的設備縮短壽命的風險就由廣大用戶分擔了。

[1] 低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗[M],中國電力出版社,2003.6.

[2] 民用建筑電氣設計規(guī)范,JGJ 2008,16.