变压器电源与自备发电机电源之间的切换是否需中断中性线连接,取决于众多因素,如两种电源的接地系统类型、是否接入同一低压配电系统、接地方式的选择,以及电源回路是否安装了RCD或单相接地故障保护等,这是一个较为复杂的问题。
因此,IEC标准没有给出确切的规定。下面我们来探讨不同的双电源配置方案:
(1)在相同场所内,若两电源共同接入一个低压配电柜,则进线柜或双电源切换柜应使用四极开关。请参照图1进行配置。
图1显示的是在同一场所实施的双电源互投系统在故障状态下的电流分布。
观察图1可知,在用电设备前端,安装了QF11和QF21两个带有RCD保护的三极断路器,用于实现双电源的切换。假设QF11处于闭合状态,而QF21则保持断开。在此情况下,不论是用电设备出现单相接地故障还是三相电流不平衡,都会导致故障电流或由三相不平衡引起的中性线电流通过QF21回路的N线和PE线。由于QF21配备了RCD保护,当检测到这些异常电流时,QF21将会触发保护动作,因而不能正常合闸。反之情况相同。
如图1所示,QF21回路的零线或保护地线中流经的电流即为非常规路径的中性线电流。这条非常规路径中的中性线电流可能会形成环绕环路,环路内生成的磁场可能干扰敏感信息设备,并可能导致断路器错误地启动。应对策略是使用四极开关来连接QF11与QF21,从而阻断故障电流的流通路径。
(2)两台配电变压器相互作为备用电源,或者将变压器与柴油发电机设置为彼此的备用,保证变压器及发电机的中性点均紧邻接地。若这两路电源同用一个低压配电箱,其进线电路应配备四极开关,具体布局参见图2。
图2显示的是在TN-S系统中,进线回路和母联回路应选择使用四级开关进行控制。
如图2所示,低压配电网采用TN-S接地方式,变压器中性点实现近距离接地。从变压器引出三相、N线和PE线接入低压配电柜的进线回路。在此回路中,低压进线断路器与母联断路器均采用三极开关设计,并且进线断路器配备了单相接地故障保护功能。在正常运行状态下,两个进线断路器处于闭合状态,而母联断路器则保持打开。
若Ⅰ母线上的用电设备出现单相接地故障,正确的电流路径应为:用电设备外壳→PE线→PE线与N线的交汇点→Ⅰ段N线→Ⅰ段接地故障电流检测→Ⅰ段变压器。这一路径是准确的。
由于N线和PE线连接点的位置不确定,例如可能会位于两路进线的起点,因此单相接地故障电流可能经过非常规路径流动,具体为:电器设备外壳→PE线→第二段进线处的PE线与N线连接点→第二段N线→第二段接地故障电流检测器→第一段N线→第一段接地故障电流检测器→第一段变压器。这一路径上的电流即为非常规中性线电流,该电流有可能导致第二段进线断路器误跳闸,从而使故障范围进一步扩大。
解决方法是将低压进线及母联回路均配备四极开关,以此截断故障电流可能经过的不规范路径,进而根除安全隐患。同样地,若将任一变压器替换为发电机,该发电机的进线断路器也应安装四极开关。
结论:若两路电源位于同一地点(共地),并且共同接入一套低压配电柜,那么应采用四极开关来处理低压配电柜的进线和母联回路。
(3)在两套电源共处一地但不共用低压配电柜的情况下,二级配电系统中的电源转换开关应使用三极开关,如图3所示。
图3显示在互为备用电源的情况下,ATSE可以采用三级开关配置。
观察图3,可以发现变压器与发电机位于同一低压配电室内,然而它们并未共用低压配电柜。
我们注意到二级配电设备中的断路器QF11承载的三相电流出现了不平衡,这导致连接到用电设备的中性线N上产生了三相不平衡电流。这些三相不平衡电流的流向是:从用电设备的中性线N极出发,经过二级配电设备的N线,进而流至变压器的配电中性线,之后进入变压器的进线回路接地故障电流检测,最终到达变压器的中性点N。这是电流的常规流通路径。
由于ATSE在转换过程中只能单向进行,它只能在变压器的进线和发电机的进线之间做出选择,因此中性线电流不会流经非常规路径。在这种情况下,可以选用三极的ATSE开关。