题主这个问题不错。这个问题看似简单,其实它还是有点内容的,我们来仔细探讨一番。
1.什么是TN-C和TN-C-S接地系统?
题主这个问题与接地系统密切相关。注意:接地系统不是我们的发明,而是国际电工委员会的规定的,标准号是IEC60364。我们的国家标准是GB16895.1《低压电气装置第1部分:范围、目的和基本原则》。
我们看下图:
图1:居家配电的接地系统
图1中,最左侧我们看到了电力变压器T,它的三相绕组引出了L1、L2和L3三条火线,三相绕组的公共端叫做中性线N,我们看到中性线N首先工作接地,然后再引出,此时中性线N的符号是PEN,准确名称叫做保护中性线,俗称就是零线。
在IEC国际标准中,把具有零线的接地系统用TN-C表示。由于它有四根线,我们国内把TN-C接地系统又叫做三相四线制。
在我们的户外电度表箱处,零线重复接地,然后分开为中性线N和地线PE,随同L一同入户。此时,原来的火线叫做相线L,而零线PEN已经没有了,变成了中性线N和地线PE。如果把另外两相也考虑进来,我们发现现在的线制是5条线。
在IEC国际标准中,把这种接地形式叫做TN-C-S。它表示,这种接地形式的前半部分是TN-C,后半部分是“-S”。由于TN-C-S的“-S”侧有五条线,我们国内把这种线制叫做三相五线制。
那么TN-C和TN-C-S的“-S”侧,对题主问题的影响是什么?我们来分析一下。
2.为什么TN-C接地系统中的零线不得断裂,也不得进开关?
我们看下图:
图2:TN-C系统中发生的断零和单相接地故障
图2中,我们看到所有TN-C接地系统中的电器外壳都采取保护接零措施,也就是把外壳与零线相连。因为零线的起始端是有工作接地的,所以所有用电电器的外壳电位在零点附近。由于零线导线存在一定的线路电阻,因此零线末端的电位比零电位略高。
我们注意看电器2,它发生了单相接地故障,也即火线在电器的内部与外壳相接,专业术语叫做碰壳事故。按道理,电器2的外壳电位会抬升到相电压附近,但由于零线具有零电位,所以故障电器的外壳电位上升并不多。同时又因为此故障其实就是火线对零线短路,线路保护电器(断路器或者空气开关)会迅速实施线路保护跳闸,从而保护了人身安全。
我们把这种保护措施叫做间接防护。
提醒1:电器发生的单相接地故障就是电器的漏电故障。
提醒2:由于TN系统下单相接地故障电流非常接近于短路电流,因此TN系统又叫做大电流接地系统。
再看图2的中间,零线发生了断裂,而断裂点后部的电器6也发生了碰壳事故,此时会怎样呢?
因为零线断裂点后部没有零电位,所以电器6外壳的电位会迅速抬升到相电压。又因为零线已经断裂,故障电流远远小于火线对零线的短路电流,线路保护装置无法实施有效的开断保护。最可怕的是:零线断裂点后部所有电器的外壳都采取保护接零措施,所以断裂点后部所有电器的外壳都因此而带电,从而给用电安全带来重大隐患。
解决的办法是:零线采取多点接地措施。如此一来,即便零线断裂,但由于零线的多点接地,断裂点后部的电位依然保持在零电位附近。
TN-C接地系统中的零线不得以任何形式断裂,这是一条被强制性国家标准GB50054《低压配电设计规范》所规定的铁律。
也因此,在TN-C接地系统(也即我国俗称为三相四线制的系统)中,零线不得进开关。
题主问题的第一个回答就是:在TN-C系统中,居家配电的进线开关必须使用1P的单极开关!!!
目前,TN-C接地系统已经很少见。在部分农村和城市里的老小区也许还能见到TN-C接地系统,但一般普通人不管是在工作单位还是在家里,我们接触不到TN-C接地系统,也见不到零线。我们国内所谓的零线,其实就是中性线。
需要建立的第二个概念:TN-C-S接地系统中的中性线N可以进开关
我们再看下图:
图3:TN-C-S接地系统中发生的单相接地故障
图3中,我们看到电器1和电器4均发生了单相接地故障。我们注意到漏电电流是流经地线PE返回电源的,与中性线一点关系也没有。同时,地线PE因为在户外有接地极,地线的电位就是大地的零电位。尽管电器1和电器4发生了漏电,但地线PE的电位并不会因此而上升很多。所以,在TN-C-S系统中,中性线是可以断开的。
我们由此得到结论:
对于居家配电的TN-C-S系统,总进线开关可以采用2极的开关,也就是把相线和中性线同时切断,而不会影响到系统的稳定运行。
在英文中,极的单词是POLE,所以单极的开关是1P,两极的开关是2P,还有3极和4极的开关3P、4P。
3.漏电保护器的使用条件是什么?
我在知乎中写了很多关于有漏电保护器的帖子,其中若干帖子的链接如下:
既然有了漏电保护器的说明帖子,这里就不再重复了。
4.回答题主的主题
题主的主题是:“家用电器空开1P和2P如何选择?”
在有关电气制图的国家标准GB4728中,断路器也包括空气开关(空开)的图符是这样的:
图4:1P、2P和1P+N断路器(空开)的图符
图4中左侧的图是1P断路器,我们看到它只有一极。在断路器触头图符的下侧我们看到半个矩形的图符表示热脱扣器,用于执行过载保护;在热脱扣器的下方我们看到半圆的图符,它表示磁脱扣器,用于执行短路保护。我们还看到,热脱扣器和磁脱扣器的图符都用虚线连接到断路器的动触头,表示热脱扣器和磁脱扣器起到断路器过载、短路保护开断的作用。
一般来说,居家配电的TN-C-S系统中,主进线采用2P开关,出线采用1P开关。
道理很简单,出线侧开关是带动具体电器回路的,而具体电器只需要切断相线,中性线并不一定要切断,就足以实现完善的保护和操控了。而进线,由于需要带全家所有家用电器运行,为了提高供电的可靠性,进线回路采用2P开关。
由于中性线N并不一定非要保护不行,所以我们还可以采用1P+N断路器。这里的N其实就是不具有保护功能的隔离开关,
我们看下图:
图5:居家配电系统
图5中,我们看到进线断路器是2P的,出线回路的断路器均为1P的。漏电保护器均安装在出线侧。
此图可供题主参考。
回答完毕。
图5就是典型居家配电的原理图,图中