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配電室低壓配電系統的三種接地形式

       低壓配電系統是電力系統的末端,分布廣泛,幾乎遍及建筑的每一個角落,平常使用最多的是380V/220V的低壓配電系統。低壓配電接地系統分為IT系統、TT系統、TN系統三種形式,而這三種接地方式非常容易混淆。今天就來全面說說這三種系統的內容,希望能對大家有所幫助。

一、定義

       根據現行的國家標準《低壓配電設計規范》(GB50054),低壓配電系統有三種接地形式,即IT系統、TT系統、TN系統。

(1)、第一個字母表示電源端與地的關系

       T-電源變壓器中性點直接接地。I-電源變壓器中性點不接地,或通過高阻抗接地。

(2)、第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關系

       T-電氣裝置的外露可導電部分直接接地,此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點。
       N-電氣裝置的外露可導電部分與電源端接地點有直接電氣連接。

       而后的S:保護線(PE線)和中性線(N線)完全分開;

       C:保護線和中性線合一;

       C-S:部分合一,部分分開;

二、全面剖析

1、IT系統

(1)、IT系統就是電源中性點不接地,用電設備外露可導電部分直接接地的系統。IT系統可以有中性線,但IEC強烈建議不設置中性線。因為如果設置中性線,在IT系統中N線任何一點發生接地故障,該系統將不再是IT系統。

IT系統接線圖

 

(2)、電源變壓器中性點不接地(或通過高阻抗接地),而電氣設備外殼電氣設備外殼采用保護接地。

 

       適用于環境條件不良、易發生一相接地或火災爆炸的場所,如10KV及 35KV的高壓系統和礦山、井下的某些低壓供電系統。

需注意:在IT系統中,當電氣設備發生單相接地故障時,流過人體的電流主要是電容電流。一般情況下,此電流是不大的,但是,如果電網絕緣強度顯著下降,這個電流可能達到危險程度。

 
IT系統特點:

       IT系統發生第一次接地故障時,僅為非故障相對地的電容電流,其值很小,外露導電部分對地電壓不超過50V,不需要立即切斷故障回路,保證供電的連續性;-發生接地故障時,對地電壓升高1.73倍;-220V負載需配降壓變壓器,或由系統外電源專供;-安裝絕緣監察器。使用場所:供電連續性要求較高,如應急電源、醫院手術室等。
IT 方式供電系統在供電距離不是很長時,供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所,或者是要求嚴格地連續供電的地方,例如電力煉鋼、大醫院的手術室、地下礦井等處。地下礦井內供電條件比較差,電纜易受潮。

       運用 IT 方式供電系統,即使電源中性點不接地,一旦設備漏電,單相對地漏電流仍小,不會破壞電源電壓的平衡,所以比電源中性點接地的系統還安全。但是,如果用在供電距離很長的情況下,供電線路對大地的分布電容就不能忽視了。

       在負載發生短路故障或漏電使設備外殼帶電時,漏電電流經大地形成架路,保護設備不一定動作,這是危險的。只有在供電距離不太長時才比較安全。這種供電方式在工地上很少見。


2、TT系統

(1)、TT系統就是電源中性點直接接地,用電設備外露可導電部分也直接接地的系統。通常將電源中性點的接地叫做工作接地,而設備外露可導電部分的接地叫做保護接地。

       TT系統中,這兩個接地必須是相互獨立的。設備接地可以是每一設備都有各自獨立的接地裝置,也可以若干設備共用一個接地裝置。 

 TT系統接線圖

(2)、電源變壓器中性點接地,電氣設備外殼采用保護接地其金屬外殼直接接地的與電源端接地點無關的接地級,簡稱保護接地或接地制。

 

TT系統的主要優點是:

(a)、能抑制高壓線與低壓線搭連或配變高低壓繞組間絕緣擊穿時,低壓電網出現的過電壓。

(b)、對低壓電網的雷擊過電壓有一定的泄漏能力。

(c)、與低壓電器外殼不接地相比,在電器發生碰殼事故時,可降低外殼的對地電壓,因而可減輕人身觸電危害程度。

(d)、由于單相接地時接地電流比較大,可使保護裝置(漏電保護器)可靠動作,及時切除故障。

(e)、單相接地的故障點對地電壓較低,故障電流較大,使漏電保護器迅速動作切斷電源,有利于防止觸電事故發生。

(f)、PT線不與中性線相聯接,線路架設分明、直觀,不會有接錯線的事故隱患;幾個施工單位同時施工的大工地可以分片、分單位設置 PT線,有利于安全用電管理和節約導線用量。

(g)、不用每臺電氣設備下埋設重復接地線,可以節約埋設接地線費用開支,也有利于提高接地線質量并保證接地電阻≤10Ω,用電安全保護更可靠。

TT系統的主要缺點是:

(a)、低、高壓線路雷擊時,配變可能發生正、逆變換過電壓。

(b)、低壓電器外殼接地的保護效果不及IT系統。

(c)、當電氣設備的金屬外殼帶電(相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電)時,由于有接地保護,可以大大減少觸電的危險性。但是,低壓斷路器(自動開關)不一定能跳閘,造成漏電設備的外殼對地電壓高于安全電壓,屬于危險電壓。

(d)、當漏電電流比較小時,即使有熔斷器也不一定能熔斷,所以還需要漏電保護器作保護,因此TT系統難以推廣。

(e)、TT系統接地裝置耗用鋼材多,而且難以回收、費工時、費料。

TT系統的應用:

       TT系統由于接地裝置就在設備附近,因此PE線斷線的幾率小,且容易被發現。

       TT系統設備在正常運行時外殼不帶電,故障時外殼高電位不會沿PE線傳遞至全系統。因此,TT系統適用于對電壓敏感的數據處理設備及精密電子設備進行供電,在存在爆炸與火災隱患等危險性場所應用有優勢。

       TT系統能大幅降低漏電設備上的故障電壓,但一般不能降低到安全范圍內。因此,采用TT系統必須裝設漏電保護裝置或過電流保護裝置,并優先采用前者。

       TT系統主要用于低壓用戶,即用于未裝備配電變壓器,從外面引進低壓電源的小型用戶。

3、TN系統

       TN系統即電源中性點直接接地,設備外露可導電部分與電源中性點直接電氣連接的系統。

       在TN系統中,所有電氣設備的外露可導電部分均接到保護線上,并與電源的接地點相連,這個接地點通常是配電系統的中性點。

       TN系統的電力系統有一點直接接地,電氣裝置的外露可導電部分通過保護導體與該點連接。

       TN系統通常是一個中性點接地的三相電網系統。其特點是電氣設備的外露可導電部分直接與系統接地點相連,當發生碰殼短路時,短路電流即經金屬導線構成閉合回路。形成金屬性單相短路,從而產生足夠大的短路電流,使保護裝置能可靠動作,將故障切除。

       如果將工作零線N重復接地,碰殼短路時,一部分電流就可能分流于重復接地點,會使保護裝置不能可靠動作或拒動,使故障擴大化。

       在TN系統中,也就是三相五線制中,因N線與PE線是分開敷設,并且是相互絕緣的,同時與用電設備外殼相連接的是PE線而不是N線。因此我們所關心的最主要的是PE線的電位,而不是N線的電位,所以在中重復接地不是對N線的重復接地。

       如果將PE線和N線共同接地,由于PE線與N線在重復接地處相接,重復接地點與配電變壓器工作接地點之間的接線已無PE線和N線的區別,原由N線承擔的中性線電流變為由N線和PE線共同承擔,并有部分電流通過重復接地點分流。由于這樣可以認為重復接地點前側已不存在PE線,只有由原PE線及N線并聯共同組成的PEN線,原TN-S系統所具有的優點將喪失,所以不能將PE線和N線共同接地。

TN系統中,根據其保護零線是否與工作零線分開而劃分為TN-S系統、TN-C系統、TN-C-S系統三種形式。

(一)、TN-C系統

 


TN-C系統接線圖

(1)、在TN-C系統中,將PE線和N線的功能綜合起來,由一根稱為PEN線的導體同時承擔兩者的功能。在用電設備處,PEN線既連接到負荷中性點上,又連接到設備外露的可導電部分。由于它所固有的技術上的種種弊端,現在已很少采用,尤其是在民用配電中,已基本上不允許采用TN-C系統。

(2)、電源變壓器中性點接地,保護零線(PE)與工作零線(N)共用(簡稱PEN),稱為三相四線制系統。其中,中性線(N線)的作用:

           一是用來提供相電壓;    二是用來傳導不平衡電流;    三是減少中性點電壓偏移。

 

TN-C系統的特點:


(a)、設備外殼帶電時,接零保護系統能將漏電電流上升為短路電流,實際就是單相對地短路故障,熔絲會熔斷或自動開關跳閘,使故障設備斷電,比較安全。

(b)、TN-C系統只適用于三相負載基本平衡的情況,若三相負載不平衡,工作零線上有不平衡電流,對地有電壓,所以與保護線所連接的電氣設備金屬外殼有一定的電壓。

(c)、如果工作零線斷線,則保護接零的通電設備外殼帶電。

(d)、如果電源的相線接地,則設備的外殼電位升高,使中線上的危險電位蔓延。

(e)、TN-C系統干線上使用漏電斷路器時,工作零線后面的所有重負接地必須拆除,否則漏電開關合不上閘,而且工作零線后面的所有重復接地必須拆除,否則漏電開關合不上閘,而且工作零線在任何情況下不能斷線。所以,實用中工作零線只能在漏電斷路器的上側重復接地。

(f) 、當三相負載不平衡時,在零線上出現不平衡電流,零線對地呈現電壓,觸及零線可能導致觸電事故。

(g) 、通過漏電保護開關的零線,只能作為工作零線,不能作為電氣設備的保護零線,這是由于漏電開關的工作原理所決定的。

(h)、 對接有二極漏電保護開關的單相用電設備,如用于 TN-C系統中其金屬外殼的保護零線,嚴禁與該電路的工作零線相連接,也不允許接在漏電保護開關前面的 PEN線上,但在使用中極易發生誤接。

(i) 重復接地裝置的連接線,嚴禁與通過漏電開關的工作零線相連接。

(二)、TN-S系統

 


TN-S系統接線圖


(1)、TN-S系統中性線N與TT系統相同。與TT系統不同的是,用電設備外露可導電部分通過PE線連接到電源中性點,與系統中性點共用接地體,而不是連接到自己專用的接地體,中性線(N線)和保護線(PE線)是分開的。

TN-S系統的最大特征是N線與PE線在系統中性點分開后,不能再有任何電氣連接,這一條件一旦破壞,TN-S系統便不再成立。

(2)、將工作零線與保護零線完全分開,從而克服了 TN-C供電系統的缺陷,所以現在施工現場已經不再使用TN-C系統。

       TN-S系統在該系統中,工作零線N和保護零線PE從電源端中性點開始完全分開,此系統習慣稱為三相五線制系統。

 

       當電氣設備相線碰殼,直接短路,可采用過電流保護器切斷電源

        當N線斷開,如三相負荷不平衡,中性點電位升高,但外殼無電位,PE線也無電位;

       TN—S系統PE線首末端應做重復接地,以減少 PE線斷線造成的危險

       TN—S系統適用于工業企業、大型民用建筑。

       目前單獨使用獨一變壓器供電的或變配電所距施工現場較近的工地基本上都采用了TN—S系統,與逐級漏電保護相配合,確實起到了保障施工用電安全的作用。

TN-S系統的特點:

(a)、系統正常運行時,專用保護線上沒有電流,只是工作零線上有不平衡電流。PE線對地沒有電壓,所以電氣設備金屬外殼接零保護是接在專用的保護線PE上,安全可靠。

(b)、工作零線只用作單相照明負載回路。

(c)、專用保護線PE不許斷線,也不許進入漏電開關。

(d)、干線上使用漏電保護器,所以TN-S系統供電干線上也可以安裝漏電保護器。

(e)、TN-S方式供電系統安全可靠,適用于工業與民用建筑等低壓供電系統。

(f)、保護零線 PE線絕對不允許斷開,也不許進入漏電開關。

(g)、同一用電系統中的電器設備絕對不允許部分接地、部分接零。否則當保護接地的設備發生漏電時,會使中性點接地線電位升高,造成所有采用保護接零的設備外殼帶電。

(h)、保護接零 PE線的材料及連接要求:保護零線的截面應不小于工作零線的截面,并使用黃/綠雙色線。與電氣設備連接的保護零線應為截面不少于 2.5mm 2的絕緣多股銅線。

保護零線與電氣設備連接應采用銅鼻子等可靠連接,不得采用鉸接;電氣設備接線柱應鍍鋅或涂防腐油脂,保護零線在配電箱中應通過端子板連接,在其他地方不得有接頭出現。

(三)、TN-C-S系統

(1)、TN-C-S系統是TN-C系統和TN-S系統的結合形式,在TN-C-S系統中,從電源出來的那一段采用TN-C系統。因為在這一段中無用電設備,只起電能的傳輸作用,到用電負荷附近某一點處,將EN線分開形成單獨的N線和PE線。從這一點開始,系統相當于TN-S系統。

(2)、系統整個系統中,工作零線同保護零線是部分共用的,此系統即為局部三相五線制系統。第一部分是TN—C系統,第二部分是TN—S系統,其分界面在N線與PE線的連接點。

TN-C-S系統接線圖

       當電氣設備發生單相碰殼,同TN—S系統
       當N線斷開,故障同TN—S系統

       TN—C—S系統中PEN應重復接地,而N線不宜重復接地。PE線連接的設備外殼在正常運行時始終不會帶電,所以TN—C—S系統提高了操作人員及設備的安全性。施工現場一般當變臺距現場較遠或沒有施工專用變壓器時采取TN—C—S系統。

TN-C-S系統的特點:

(a)、TN-C-S系統可以降低電動機外殼對地的電壓,然而又不能完全消除這個電壓。這個電壓的大小取決于負載不平衡的情況及線路的長度。要求負載不平衡電流不能太大,而且在PE線上應作重復接地。

(b)、PE線在任何情況下都不能進入漏電保護器,因為線路末端的漏電保護器動作會使前級漏電保護器跳閘造成大范圍停電。

(c)、對PE線除了在總箱處必須和N線連接以外,其他各分箱處均不得把N線和PE線相連接,PE線上不許安裝開關和熔斷器。

實際上,TN-C-S系統是在TN-C系統上變通的作法。當三相電力變壓器工作接地情況良好,三相負載比較平衡時,TN-C-S系統在施工用電實踐中效果還是不錯的。但是,在三相負載不平衡,建筑施工工地有專用的電力變壓器時,必須采用TN-S方式供電系統。 

 

 

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2022年8月25日 22:38

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