一、引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著我國經(jīng)濟(jì)駛?cè)肟燔嚨溃突み@一基礎(chǔ)行業(yè)也得到了快速發(fā)展。許多石油化工企業(yè)的生產(chǎn)裝置均為爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，而作為電氣照明等單相負(fù)荷則占有很大比重，根據(jù)相關(guān)石油化工設(shè)計(jì)規(guī)范，爆炸危險(xiǎn)環(huán)境0區(qū)、1區(qū)中，系統(tǒng)檢修時(shí)為避免N線產(chǎn)生電火花引起危險(xiǎn)而需要將其分?jǐn)?，而?區(qū)則沒有具體要求，那么爆炸危險(xiǎn)環(huán)境2 區(qū)中系統(tǒng)檢修時(shí)是否也需要分?jǐn)郚線呢？下面我們就來討論這個(gè)問題。

二、TN-S/TN-C系統(tǒng)中的 N 線

大多數(shù)石化企業(yè)生產(chǎn)裝置的單相供電系統(tǒng)基本上是基于TN-S系統(tǒng)，或者基于TN-C-S系統(tǒng)，電源進(jìn)戶后N線與PE 線絕緣隔離，N線不再與“地”（0電勢）有連接，戶內(nèi)實(shí)際上也成為TN-S系統(tǒng)。目前大家對在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)下，該系統(tǒng)在分?jǐn)鄦蜗嗷芈窌r(shí)，N 線是否也要分?jǐn)啻嬖跔幾h。我們知道，在工廠動(dòng)力配電系統(tǒng)中，一般采用TN-C系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)其三相是平衡的，N 線是不帶電的。然而這就很容易讓人誤解，認(rèn)為TN-S系統(tǒng)中的 N 線等同于TN-C系統(tǒng)中的 N 線不會(huì)帶電，即使帶電也只是微電量，觸及N線沒有關(guān)系，不會(huì)對人造成危險(xiǎn)。這是一種非常錯(cuò)誤，也非常危險(xiǎn)的想法，因?yàn)椋赥N-C系統(tǒng)中，如果三相不均衡，N 線也會(huì)帶電。根據(jù)規(guī)范，為防止電火花引起爆炸，防爆電器必須斷電后才能解體檢修，那么
分?jǐn)嘞嗑€時(shí)是否也需要分?jǐn)郚線？

我們首先分析一下在TN-S系統(tǒng)中 N線帶有那些成分的電流。

第一種成分的電流是諧波電流。各種生產(chǎn)裝置里一般都設(shè)有各種各樣的直流電子設(shè)備和大量的熒光燈，他們產(chǎn)生的高次諧波電流除了會(huì)造成電源污染外，還會(huì)給N線帶來電流尤其是三次諧波電流。按理論分析發(fā)生的三次諧波電流會(huì)在N 線上疊加，疊加后的電流是相當(dāng)可觀的，有時(shí)N線上的三次諧波電流甚至?xí)笥谙嗑€電流。因此，一般在照明回路中采用四根芯線截面相等的電纜或電線供電。

第二種成分的電流是單相工作電流。N 線上的這種電流和相線上的電流一樣大。隨著設(shè)備容量的變大，照度標(biāo)準(zhǔn)提高，單相工作電流也越來越大，這是不容忽視的。

第三種成分的電流是三相不平衡電流。這是大量存在的單相負(fù)荷供電系統(tǒng)中必然發(fā)生的現(xiàn)象。對于配電設(shè)計(jì)，要使三相負(fù)荷絕對平衡或幾乎平衡是很困難的，即使能夠做到，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中又是另外一回事了。含有大量單相負(fù)荷的供電系統(tǒng)中肯定會(huì)出現(xiàn)三相不平衡，而這種不平衡則是時(shí)間函數(shù)，不斷變化。

因此N線上流過的三相不平衡電流是必須重視的，從某種意義上來說TN-S系統(tǒng)供電就是針對三相負(fù)荷不平衡情況來制定的，否則就完全可以使用TN-C系統(tǒng)來供電。

由此可以肯定，上述三種成分電流混合后在N線上通過，其絕對值不會(huì)太小，另一方面N線上存在阻抗，導(dǎo)線越長阻抗越大，加上中間的一些連接點(diǎn)阻抗，N線上累積的阻抗不可忽視，尤其接近末端，阻抗更大，N線上的電流經(jīng)過阻抗必然產(chǎn)生對地電壓降，而且不同的N線上有不同的電壓降，同一 N 線上的電壓降隨時(shí)間段變化，例如N 線上某點(diǎn)流經(jīng)的電流是250A，該點(diǎn)的阻抗只要0.2歐姆，就可以產(chǎn)生50V的電壓降（安全電壓36V，最大安全電壓50V），因此TN-S系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)N線帶電，不僅可以產(chǎn)生電火花還有可能發(fā)生電擊危險(xiǎn)。

鑒于上述一些情況，IEC 規(guī)定TN-S系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中在斷開相線時(shí)，N線也必須斷開，而且還規(guī)定在分?jǐn)鄷r(shí)，先分?jǐn)嘞嗑€，再分?jǐn)郚線；接通時(shí)，先接通N先，再接通相線，次序不可顛倒。

通過分析，可以認(rèn)為在TN-S系統(tǒng)的單相回路中必須安裝兩極開關(guān)，在分?jǐn)嘞嗑€時(shí)，N線也必須分?jǐn)?，斷開回路后檢修時(shí)，可以防止人員觸及N 線時(shí)發(fā)生電擊危險(xiǎn)，也可以防止在碰觸N 線時(shí)產(chǎn)生電火花引起爆炸。

三、相線電流的平衡關(guān)系

TN-S系統(tǒng)中安裝兩級開關(guān)，相線電流的平衡關(guān)系怎樣呢？下面就分析這個(gè)問題。為了較好的討論，先來舉個(gè)例子：從變壓器到總配出柜，再從總配出柜中引一路分支干線，數(shù)干式配電有三個(gè)配出箱，每個(gè)配出箱的三相負(fù)荷分別為：

1＃ IA=10A IB=20A IC=30A

2＃ IA=20A IB=30A IC=10A

3＃ IA=30A IB=10A IC=20A

圖1

圖2

圖3

三相負(fù)荷按相別相加，則有：

IA=10+20+30=60A

IB=20+30+10=60A

IC=30+10+20=60A

各項(xiàng)負(fù)荷相等，矢量和等于零，見圖3，N線上有無電流？回答是這樣的，1＃箱到變壓器之間的N上無電流，而1＃箱到2＃箱，2＃箱到3＃箱之間的N線上有電流。這是因?yàn)?＃箱到變壓器之間三相負(fù)荷平衡而1＃箱后局部三相負(fù)荷不平衡，這可以對1＃、2＃、3＃箱進(jìn)行矢量計(jì)算后得出。

下面分幾種負(fù)荷方式來分析：

1＃、2＃、3＃箱全用電時(shí)，1＃箱到變壓器之間N線上電流為0，2＃箱之間N線上有17.3A電流，＃箱—2＃箱之間N線上電流應(yīng)為2＃和3＃箱的向量和，即：
IN2-3#=17.3A

只有其中一個(gè)箱用電例如3＃箱，那么1＃箱到3＃箱之間N線上電流為17.3A

1＃箱到變壓器之間N線上電流應(yīng)該是1＃IN＋3＃IN=j17.3A

IN=17.3A同樣可以分析其他情況。

顯然，可以由此得出結(jié)論：

N線上最大負(fù)荷并不是越靠近變壓器端越大，有時(shí)恰恰相反；

只要存在三相不平衡，不論哪一段N 線均會(huì)帶電。

四、結(jié)論

根據(jù)以上推理，TN-S系統(tǒng)中的單相回路中需要安裝兩級開關(guān)，在分?jǐn)嘞嗑€時(shí)必須把N線分?jǐn)唷?

應(yīng)該說明的是，在TN-S 系統(tǒng)中裝設(shè)的兩極開關(guān)，僅僅是指在供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，避免觸及帶電的N線而受到電擊危險(xiǎn)或N線產(chǎn)生電火花引起爆炸或火災(zāi)危險(xiǎn)，這只是安全用電的措施之一，而不能解決所有安全用電的問題。