浅谈住宅三相进线的过电压保护

浅谈住宅三相进线的过电压保护

摘要：三相四线制配电系统内若发生中性线断线故障，可能会发生大量单相设备因过电压而烧毁的情况。本文根据住宅三相进线配电系统的不同设计形式，简单阐述了三相进线的过电压保护方案，同时指出过电压保护只是相对保护，也是一种转移风险的手段。

关键词：断零过电压放射式树干式相对保护

在三相四线制的配电系统中，一旦发生中性线断线（即“断零”）的故障，可能会发生某一相或两相上所接的大量单相设备烧毁的情况。这是因为在中性线的断点之后，原接于不同相序的单相设备变成了串联之后接于线电压之间。按照分压的原则，若阻抗大的一组设备分压足够高，则可能因此而绝缘损坏或烧毁或发生火灾。“断零”的后果是十分严重的，这一点，王厚余先生在《低压电气装置的设计安装和检验》（中国电力出版社，2003.6）第十五章中做了详细介绍，这里不再赘述。

《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）第10.8.11 条规定：“住宅配电箱（分户箱）的进线端应装设短路、过负荷和过、欠电压保护电器。分户箱宜设在住户走廊或门厅内便于检修、维护的地方。”一般认为，对家用电器来说，过电压造成的危害要远远大于欠电压，且市场上同时具有过、欠压脱扣功能的微型断路器仅ABB有S260NA+AVM 带异常电压保护的单相和三相完整系列产品，可选择余地较小而造价亦较高，再加上各地区对规范的执行力度不尽相同，故过、欠压断路器鲜有使用，一般仅选用过压脱扣附件。

天津地区的一般做法是单相进线过压断路器安装在电度表箱内，电度表之后，选用同时断开中性极（即2P）的微断；北京地区则不同，一般将过压断路器安装在分户配电箱内。三相进线则根据不同的供电方式，过压断路器的相数选择和安装位置亦有不同。

对高低压供配电线路其结线方式一般有放射式结线、树干式结线和环形结线。套用此概念，若把住宅户内配电箱看做一独立“配电系统”，亦有放射式与树干式配电方式。

一、放射式配电

放射式配电方式，即户内只安装一台配电箱，所有用电设备均从该配电箱内引出独立的配电线路，任意回路出现故障，均不影响其他线路的正常使用，供电可靠性较高，加工生产亦较简单。如下图：

图一：户内配电箱系统图一

配电箱主开关选用了ABB导轨产品S260系列微断，并带有异常电压保护附件（若产品无过欠压配套附件时，只安装过压附件）。该方案由于主开关之后至N排仍有一段公共N线，虽然线路很短，但有两个接点，依然存在“断零”危险，故在主开

关处安装过电压保护装置只能够保护前端线路由于“断零”或变压器接错相等故障引起的危害。该配电箱由于插座回路均选用了带剩余电流动作保护的微型断路器（下简称漏电微断），成本较高，有时所选用的元件厂家并没有三相带过电压保护的系列产品，故有时也采用负荷按相分组，每组设置一台单相带过压保护功能的微断，可适当降低成本，同时漏电保护功能不受影响。见下图二：

图二：户内配电箱系统图二

与图一不同的是该方案主开关选用了4极漏电微断，而按相分开的三组设备之前各设置一台单相过电压保护微断，这样，主开关之后到N排的一段线路也纳入了过电压的保护范围，不在存在保护死区。

该方案能够实现全部单相设备漏电与过电压的保护，是一种相对完善的设计。但该配电箱在加工时需设置4段N排，即主开关和3台过压开关均应设置独立的N排，各出线回路需接至相应的N 排上，否则过压开关将失去过电压保护作用。户内配电箱箱体会过大影响美观，在有限的空间内设置4段N排并非易事，此即该方案的不足之处。

以上两种方案在单层大户型住宅和小户型复式公寓均有成功运行的工程案例，但不适用于大户型跃层式住宅及多层别墅，若采用上述方案将会造成施工布线困难和管线的浪费。这时，可采用树干式或与放射式结合的配电方式。

二、树干式配电

树干式配电的示意图如下：

图三：树干式配电系统示意图

树干式配电一般是首层配电箱进线开关为三相，各层配电箱分别接至其中一相；三相设备从首层主开关后直接引出（示意图未画出）。由于各分支配电箱为单相进线，故应在分支配电箱进线开关处设置过电压保护，三相进线总开关选用普通断路器即可。

三、混合式配电

混合式即树干式与放射式的结合，即总配电箱安装在首层，本层设备以放射式的方式从该箱引出配电回路，分层配电箱安装在相应各层并分别引出配电回路。

当分支配电箱采用单相供电时，过压保护装置宜设置在各分层配电箱进线开关处或总配电箱出线开关处，配电总箱进线开关不再设置过电压保护。如图四所示：

图四：某别墅配电箱系统图一

图四所示的系统图为天津“中国艺术家”聚集区别墅某户型首层配电箱，采用“按层分相”设计方案，三相设备从首层配电箱引出，每层设主开关，带过压保护；二、三层各有分支箱，单相出线。为减少配电级数，分支配电箱进线开关选用了负荷隔离开关。见下图五、六：

图五：某别墅二层配电箱系统图

图六：某别墅三层配电箱系统图

该设计方案的过电压保护方式与图二所示方案基本相同。由上图还可以看出，该方案设计的三相负荷并不平衡，故在配电箱加工或施工安装时应注意三相相序的轮换。

不论是采用放射式供电或是混合式供电，分支配电箱应尽量采用单相供电，以简化配电系统，减少N线干线上的接点，最大程度的避免“断零”故障的发生。

以上简单讨论了住宅的过电压保护方案，基本实现了全部线路的过电压保护。但目前过压断路器的脱扣值多在280V±5%,即最低脱扣值也要266V,比220V尚高出21%，若负载为白炽灯，则其寿命会大大缩短，但不会马上烧坏，这体现了过电压的“潜伏性”和“隐蔽性”。也就是说，电压已经超出正常范围，但未达到保护元件动作值，此时对设备的危害是缩短寿命而不是马上烧毁，这种情况还难以发现。所以，王厚余先生说：根据国外经验，防“断零”烧设备事故不能用开关型防护电器切断电源的方法来防止，只能在线路的选用和敷设上采取各种措施，尽量减少“断零”的发生来防止“断零”烧毁设备（《低压电气装置的设计安装和检验》中国电力出版社，2003.6）。

但随着电源技术的发展，由以前的变压器加稳压管式电源发展到今天的开关电源，对大部分使用开关电源的设备的输入电压放宽了要求。一般的开关电源电压输入范围在220V±20%，即输入电压最高可放宽至264V，接近过电压保护元件的最低脱扣值，在一定程度上放大了过电压保护作用和保护范围，但仍未能达到保护脱扣上限值294V。

所以说安装了过电压保护装置，并不一定在所有的过电压故障发生时能够完全保护用电设备，只是避免了大面积的用电设备同时快速烧毁。故过

电压保护只是一种“相对保护”，是一种减小危害的保护措施。同时，安装了过电压保护装置，由于用户的“非专业性”，用户和供电部门即建立了“信任关系”，过电压的“隐蔽性”引起的设备缩短寿命的风险就由广大用户分担了。

谨以此文与广大同行商榷。

参考文献：

1、低压电气装置的设计安装和检验，中国电力出版社，2003.6。

2、民用建筑电气设计规范，JGJ 16-2008。