接地系统和带电导体系统分类

接地系统和带电导体系统分类 接地系统的分类和带电导体系统分类 我国过去对配电系统没有科学的分类，一些名词也不规范。IEC标准按配电系统带电导体的相数及根数和系统接地及保护接地的构成对配电系统进行分类，十分科学和严格。本章将就这两种配电系统的分类及其有关问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 进行阐述。 第一节带电导体系统分类 带电导体指工作时通过电流的导体，相线(L线)和中性线(N线)是带电导体，保护接地线(PE线)不是带电导体。带电导体系统按带电导体的相数和根数分类，在根数中都不计PE线。IEC规定有如下几种交流的带电导电系统: (1)单相两线系统，如图e所示。它是由单相变压器供电的系统，有两根相线，没有中性线，在发达国家多用于住宅之类小型建筑物的供电。它不会发生如第十五章所述的因“断零”而引起烧坏用电设备的事故，对用电设备比较安全。 图中字母L为相线的符号，相线在英文中为Phase conductor或Line conductor，IEC取Line的第一个字母为相线的符号。 (2)单相三线系统。它也是由单相变压器供电的系统，其接线如图f所示。从两绕组的连接点引出中性线，两端各引出一根相线。因两相线电流处于同一相位，所以称作单相三线系统。 图中字母N为中性线的符号，中性线在英文中为Neutral conductor，IEC取Neutral的第一个字母为中性线的符号。 (3)两相三线系统。该系统有二种型式。该系统与图f单相三线系统近似，但接线有所不同，因两根相线的电流相位相反，差180。，它被称作两相三线系统。这种系统在有些发达国家被广泛应用。和图f一样，它可引出两种电压，例如240V和120V。240V用于供电热等大负荷用电，使用电设备的设计更为合理，120V用于自插座接电的小家用电器和照明用具，以降低事故时的接触电压，使人身更为安全。 图d所示为自三相星形绕组变压器引出的两相三线系统，它可给电焊机之类的单相380V用电设备供 电，也可给厂区或庭园路灯照明供电，以减少照明线路过长引起的过大电压降。 (4)三相三线系统。这种系统没有中性线，只有三根相线，其电源变压器绕组有星形和三角形两种接线方式，如图b所示。可用以供电给不需220V电源电压的三相380V用电设备。 (5)三相四线系统。这是应用最广的带电导体系统，除三根相线外，还有一根中性线或兼具中性线N和接地线功能的PEN线，如图a所示。 第二节接地系统分类 接地系统分TN、TT和IT三种类型，这些接地系统的文字符号的含义是: 第一个字母说明电源与大地的关系: T:电源的一点(通常是中性点)与大地直接连接(T是“大地”一词法文Terre的第一个字母)。 I:电源与大地隔离或电源的一点经高阻抗(例如1000fD与大地直接连接(I是“隔离”一词法文Isolation的第一个字母)。 第二个字母说明电气装置的外露导电部分与大地的关系: T:电气装置的外露导电部分直接接大地，它与电源的接地无联系。 N:电气装置的外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地(N是“中性点”一词法文Neutre的第一个字母)。 在接地系统中，PE和PEN被用作保护接地连接导线的符号，其说明见附录A，本章不赘述。 下面分别介绍上述三种接地系统的组成和与大地的关系: 1(TN系统 按以上符号含义可知TN系统的电源的一点(中性点)是不经阻抗直接接地的，电气装置的外露导电部分则是通过与接地的中性点的连接而接地的。TN系统按中性线和PE线的不同组合方式又分为三种类型: (1)TN—C系统——在全系统内N线和PE线是合一的(C是“合一”一词法文Combine的第一个字母)，见图3—6。 (2)TN—S系统——在全系统内N线和PE线是分开的(S是“分开”一词法文Separe的第一个字母)，见图3—7。 (3)TN—C-S系统——在全系统内，仅在电气装置电源进线点前N线和PE线是合一的，电源进线点后即分为两根线，见图3—8。 2(TT系统 按符号含义可知TT系统的电源的一点是不经阻抗直接接地的，其外露导电部分的保护接地也是直接接地的，即其系统接地和保护接地是分开设置，在电气上是不相关联的，见图3—9。 3(IT系统 按符号含义可知IT系统的电源是不接地或经高阻抗接地的，其外露导电部分则是直接接地的，见图3-10。 从图2-3可知，TN—S系统内N线和Pig线的分开是从变电所或发电站低压配电盘出线处开始的。因为从变压器或发电机到低压配电盘的一段线路很短，可将它们看成一个电源点，变压器内部和外部的一小段PEN线的阻抗可忽略不计，只要电源点的中性点是直接接地的，则从电源点的低压配电盘可同时引出相线、中性线、PEN线和PE线。换言之，可同时引出除IT系统外的TN—S、TN—C、TN—C-S以至TT等不同接地系统的供电线路，如图3—11所示。 图3-9 TT系统 图3—10 IT系统 从上列各接地系统可知，在TN-C和TN—C-S系统中，在电气装置外的低压配电线路上只要可能需将PEN线做重复接地的，它是对系统接地的重复。因为PEN线内有中性线电流产生的电压降导致PEN线的对地电位，重复接地可降低这一电位。从这些图也可知， TT系统和TN—S系统内中性线是不允许做重复接地的，否则将产生杂散电流引起种种不良后果。无论是哪一种接地系统，也不论是在装置内或外，只要可能将PE线多次接地以降低电气装置外露导电部分的电位总是有好处的。 图3—11同一电源可引出TN-S、TN-C、TT和TN-C-S系统 第三节现时我国有关接地系统需纠正和斟酌的一些问题 配电系统的接地是个十分复杂的问题，由于新老概念的交替和名词的混淆，有不少提法和做法需加以纠正和斟酌，下面举其数例。 1(“零线”一词的误导 我国长期沿用前苏联20世纪五六十年代规范内的“接零”系统(即IEC标准中的TN—C系统)，将电源端直接接地的中性线称作“零线”。“零线”这一名词含糊不清，难以适应现时多种接地系统中的不同要求。IEC标准不用这一名词，它将载荷多相不平衡电流的导线称作中性线(N线)，兼作PE线的中性线称作保护中性线(PEN线)，其电源端是否接地则以接地系统的符号T或I来区别，以避免表达上的错误。但在我国有些设计文件以至电气规范中仍因循旧习，沿用“零线”或“接零”这类模糊和过时的名词，导致将中性线误为PEN线，错误地将其重复接地，引起一些电气事故的发生。在设计文件和电气规范中，应采用国际上通用的IEC标准规定的名词，诸如“零线”、“接零”等不规范的名词应停止使用。 2(“三相五线制”一词对两类系统的混淆 为提高电气安全水平，我国在电气装置设计中采用了TN—S、TN—C-S、TT等接地系统，增加了一根专用作保护接地的PE线。在我国的一些设计文件甚至一些设计规范中有时将这种凡有三根相线、一根中性线和一根PE线的系统都称作“三相五线制”，但在国际上并没有“三相五线制”这个电气名词。很明显，这个我国独有的名词将IEC标准中的带电导体系统和接地系统混为一谈了。名不正则言不顺，在图3—7,图3-9所示的TN-S、TN,C-S和TT系统中都有同样的五根线，“三相五线制”这一名词何以区分这三种系统，又何以用它正确地进行设计和安装检验呢?需要提出，这一名词还常招致国外同行的质问甚至讥笑，使我国的电气人员为之赧颜。类似“三相五线制”这类错误的名词也应在设计文件和电气规范中停止使用。 3(电源中性点的接地 对于电源中性点如何接地我国过去没有具体的规定。在我国的施工图纸中常错误地将变压器或发电机中性点就地直接接地，在低压配电盘处又进行一次所谓“零线”的接地，而“零线”又不加绝缘，形成多处接地。但按IEC标准的规定，一建筑物内的PEN线因含有通过三相不平衡电流的中性线，只能在建筑物内作一点接地。如果多点接地，部分中性线电流将通过其他并联通路返回电源，此部分电流被称作杂散电流，它可能导致电气火灾、地下金属结构管道受腐蚀、信息技术设备受干扰等不良后果(见第二章第三节)。为杜绝杂散电流，IEC规定一建筑物内的PEN线需按可能遭受的最高电压加以绝缘，而全建筑物内的PEN线只能在变电所低压配电盘内(见第二章第三节)或在低压供电的建筑物电源进线处通过与PE线的连接作一点接地，不得在其他处将PEN线或N线再接地。 如果在建筑物内另有低压备用电源线路或自备柴油发电机电源，则该电源线路的PEN线或发电机的中性线也都不得再接地，它们都需通过与上述一点接地的接地处相连通而实现全建筑物内的一点接地。我国在电气设计文件以至一些设计资料中违背IEC标准这一要求，导致杂散电流的产生，不能不说这正是我国建筑物电气装置某些不明事故或不正常现象发生的一个带广泛性的原因。 附带说明，变电所变压器中性点套管引出的是PEN线，按IEC标准PEN线上是不允 许装用开关电器来切断的，因此变电所低压配电盘内的总开关和分段开关只能采用三极开关。 4(同一电源能否引出TN和，TT两种接地系统的问题 我国还有一不正确的概念，即同一电源不能引出TN和TT两种系统。其实不然，本章第二节已叙，一个变电所或一个柴油机发电站可看作一个电源点，TN和TT系统都同样是电源中性点直接接地的系统，它们可自同一电源引出，但需注意TT系统的出线端必须装设RCD来及时切断故障，以避免TT系统的故障在TN系统内引发事故，如图3—11所示。 第四节对各类接地系统的评述 上述接地系统各有其特点和优缺点，需对其有一了解，以便正确地予以选用，下文将作一简述。 1(TN-C系统 从图3-6可知，TN-C系统内的PEN线兼起PE线和N线的作用，可节省一根导线，比较经济。我国过去长期沿用前苏联规程的规定，曾广泛采用这一系统。但以电气安全要求来衡量，这一系统存在以下问题: (1)如系统为一单相回路，当PEN线中断或导电不良时，设备金属外壳对地将带220V的故障电压，电击死亡的危险很大，220V电压传导路径如图3—12虚线所示，不赘述。 (2)不能装用RCD，因PEN线穿过RCD的零序电流互感器，通过相线和PEN线的接地故障电流产生的磁场在互感器铁芯内互相抵消而使RCD拒动，所以在TN—C系统内不能装用RCD来防电击和接地电弧火灾。 (3)进行电气维修时需用四极开关来隔断中性线上可能出现的故障电压的传导。因PEN线含有PE线而不允许被开关切断，所以TN—C系统内不能装用四极开关来保证维修人员的安全。关于四极开关的应用将在第十六章中金属外壳对地带220V危险电压作介绍。 图3—12 PEN线折断或导电不良单相设备 (4)PEN线因通过中性线电流而产生电压降，从而使所接设备的金属外壳对地带电位。此电位可能对信息技术设备产生干扰，也可能在爆炸危险场所内对地打火引爆。按IEC标准装有敏感信息技术设备和易爆场所内是不允许出现PEN线和采用TNC系统的。 由于上述一些原因，除特殊情况外，现时TN-C系统已很少采用。 2(TN-S系统 从图3,7可知，在整个TN—S系统内PE线和N线被分为两根线。除非施工安装有误，例如将PE线和中性线接反，或误将中性线与PE线跨接，除微量对地泄漏电流外，PE线平时不通过工作电流，它只在发生接地故障时通过故障电流，其电位接近地电位，因此不会干扰信息技术设备，也不会对地打火，比较安全，但TN-S系统需在回路的全长多敷用一根导线。 在内设有变电所的建筑物内通常采用TN-S系统。这是因为如采用TT系统，就需设置在电气上无联系的系统接地和保护接地两个独立的接地，这在同一个建筑物内是不易实现的。如果采用TN-Gs系统，则将因PEN线上的电压降而在电气装置外露导电部分上产生不希望出现的对地电压。这样，在有内设变电所的建筑物内只有TN—S系统是最好的选择。 3(TN-C-S系统 从图3—8可知，TN-C-S系统自电源到用户电气装置之问节省了一根专用的PE线。这一段PEN线上的电压降使整个电气装置对地升高?UPEN的电压。但由于电气装置内设有第六章所述的总等电位联结，且在电源进线点后PE线即和N线分开，而PE线并不产生电压降，整个电气装置对地电位都升高?UPEN而在装置内并没有出现电位差，因此不会出现TN—C系统内电气设备金属外壳正常时的对地电位。在建筑物电气装置内，它的安全水平和TN-S系统是相仿的。 由于TN-C—S系统的中性线和PE线是在进入建筑物后才分开的，与TN,S系统相比较，它们之问的电位差较小，对信息技术设备引起共模干扰的可能较小，这正是一些发达国家对低压供电的建筑物更多采用TN—C-S系统的一个重要原因。 需要注意的是，IEC标准要求在电源进线点处(例如总配电箱处)PEN线必须先接PE母排，然后通过一连接板(线)接中性线母排，如图3—13所示。这是因为如果连接板(线)导电不良，中性线电路不通，设备不工作，故障可及时发现加以修复，不致发生电气事故。如PEN线先接N母排，如果连接板(线)导电不良，则这时整个装置内的设备都失去PE线的接地，而中性线仍导通，设备仍照常工作，存在的隐患将不被发现，这对电气安全是十分不利的。 不论是TN—C-S系统还是TN—S系统、TN—C系统，在同一电源供电的范围内，所有的PE线、PEN线都是连通的，因此在TN系统内PE线、PEN线上的故障电压可在各个装置间互窜，对此需采取等电位联结措施加以防范，以免故障电压的传导引起事故。正因为此，各类TN系统不宜用于路灯、施工场地、农业用电等无等电位联结的户外场所。 4(TT系统 从图3-9可知，一TT系统电气装置外露导电部分的PE线与电源端 图3—13 PEN线先接PE母排后接N母排 的系统接地无联系，各电气装置的PE线也互不连通，正常时各电气装置的外露导电部分为地电位。当电源侧或电气装置发生接地故障时，其故障电压不会像TN系统那样沿PE线或PEN线在电气装置间传导和互窜，不会发生一装置的故障在另一装置Ngl发电击事故，这是TT系统优于TN系统处。正因为此，TT系统能就地打接地极引出地电位的PE线，它不依赖等电位联结来消除由别处PE线传导来的故障电压引起的电气事故，所以在无等电位联结作用的户外装置，例如路灯装置，应采用TT系统来供电。 但TT系统内发生接地故障时故障电流需通过保护接地和系统接地两个接地电阻返回电源，由于这两个接地电阻的限制，其故障电流不足以使断路器或熔断器有效动作而必须使用动作灵敏高的RCD来切断电源，这使其保护电器的设置复杂化。 另外，在TN系统内PE线系引自电源的中性点，当发生雷电引起的瞬态冲击讨审(压或电网故障引起的工频过电压时，相线和PE线电位同时升高电气装置绝缘承受对地过电压幅度较小或不承受过电压;而TT系统的PE线直接引自大地，是大地的零电位，电气装置绝缘将承受大幅度的对地过电压，容易发生对地绝缘被击穿或绝缘表面对地爬电等电气事故，需采取一些措施来防范。 5(IT系统 从图3—10可知，IT系统在发生一个接地故障时由于不具备故障电流返回电源的通路，其故障电流仅为两非故障相的对地电容电流的相量和，其值甚小，因此对地故障电压很低，不致引发人身电击、电气爆炸和火灾等事故，所以它适宜于这类电气危险大的特殊场所。它在发生一个接地故障时不需切断电源而使供电中断，因此它也适用于对供电不间断要求高的电气装置。但它一般不引出中性线，不能提供照明、控制等需用的220V电源，需设置380,220V降压变压器来提供220V电源，使线路结构复杂化。其故障防护和维护管理较复杂，加上其他原因，使其应用受到限制，这将在第六章和第十七章中结合IT系统的应用予以叙述。