一、引言

進入二十一世紀，隨著我國經濟駛入快車道，石油化工這一基礎行業也得到了快速發展。許多石油化工企業的生產裝置均為爆炸危險環境，而作為電氣照明等單相負荷則占有很大比重，根據相關石油化工設計規范，爆炸危險環境0區、1區中，系統檢修時為避免N線產生電火花引起危險而需要將其分斷，而對2區則沒有具體要求，那么爆炸危險環境2 區中系統檢修時是否也需要分斷N線呢？下面我們就來討論這個問題。

二、TN-S/TN-C系統中的 N 線

大多數石化企業生產裝置的單相供電系統基本上是基于TN-S系統，或者基于TN-C-S系統，電源進戶后N線與PE 線絕緣隔離，N線不再與“地”（0電勢）有連接，戶內實際上也成為TN-S系統。目前大家對在爆炸危險環境2區下，該系統在分斷單相回路時，N 線是否也要分斷存在爭議。我們知道，在工廠動力配電系統中，一般采用TN-C系統，正常運行時其三相是平衡的，N 線是不帶電的。然而這就很容易讓人誤解，認為TN-S系統中的 N 線等同于TN-C系統中的 N 線不會帶電，即使帶電也只是微電量，觸及N線沒有關系，不會對人造成危險。這是一種非常錯誤，也非常危險的想法，因為，在TN-C系統中，如果三相不均衡，N 線也會帶電。根據規范，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
分斷相線時是否也需要分斷N線？

我們首先分析一下在TN-S系統中 N線帶有那些成分的電流。

第一種成分的電流是諧波電流。各種生產裝置里一般都設有各種各樣的直流電子設備和大量的熒光燈，他們產生的高次諧波電流除了會造成電源污染外，還會給N線帶來電流尤其是三次諧波電流。按理論分析發生的三次諧波電流會在N 線上疊加，疊加后的電流是相當可觀的，有時N線上的三次諧波電流甚至會大于相線電流。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。隨著設備容量的變大，照度標準提高，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荷供電系統中必然發生的現象。對于配電設計，要使三相負荷絕對平衡或幾乎平衡是很困難的，即使能夠做到，在系統實際運行中又是另外一回事了。含有大量單相負荷的供電系統中肯定會出現三相不平衡，而這種不平衡則是時間函數，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系統供電就是針對三相負荷不平衡情況來制定的，否則就完全可以使用TN-C系統來供電。

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

鑒于上述一些情況，IEC 規定TN-S系統正常運行過程中在斷開相線時，N線也必須斷開，而且還規定在分斷時，先分斷相線，再分斷N線；接通時，先接通N先，再接通相線，次序不可顛倒。

通過分析，可以認為在TN-S系統的單相回路中必須安裝兩極開關，在分斷相線時，N線也必須分斷，斷開回路后檢修時，可以防止人員觸及N 線時發生電擊危險，也可以防止在碰觸N 線時產生電火花引起爆炸。

三、相線電流的平衡關系

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

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

各項負荷相等，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。這是因為1＃箱到變壓器之間三相負荷平衡而1＃箱后局部三相負荷不平衡，這可以對1＃、2＃、3＃箱進行矢量計算后得出。

下面分幾種負荷方式來分析：

1＃、2＃、3＃箱全用電時，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線上電流應為2＃和3＃箱的向量和，即：
IN2-3#=17.3A

只有其中一個箱用電例如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，可以由此得出結論：

N線上最大負荷并不是越靠近變壓器端越大，有時恰恰相反；

只要存在三相不平衡，不論哪一段N 線均會帶電。

四、結論

根據以上推理，TN-S系統中的單相回路中需要安裝兩級開關，在分斷相線時必須把N線分斷。

應該說明的是，在TN-S 系統中裝設的兩極開關，僅僅是指在供電系統正常運行的情況下，避免觸及帶電的N線而受到電擊危險或N線產生電火花引起爆炸或火災危險，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。