各種低壓供電系統(tǒng)安全性對(duì)比研究

王維

[摘要] 本文對(duì)各種低壓供電系統(tǒng)IT、TT、TN進(jìn)行比較分析，從接地保護(hù)或接零保護(hù)、供電系統(tǒng)保護(hù)裝置的使用這兩個(gè)方面討論，并比較了各種供電系統(tǒng)安全性。在此基礎(chǔ)上，分析供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性、管理要求及適用領(lǐng)域，并通過(guò)綜合對(duì)比對(duì)各個(gè)供電系統(tǒng)的安全性進(jìn)行排序。

[關(guān)鍵詞] 接零與接地保護(hù)保護(hù)裝置供電安全性

引言

我國(guó)根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定分為：IT系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)、TN 系統(tǒng)。其中 TN 系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S 系統(tǒng)。各類系統(tǒng)有以下特點(diǎn):IT系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地；TT系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地；TN系統(tǒng)中使用保護(hù)零線。對(duì)于各種系統(tǒng)安全性的比較可分為兩個(gè)層次，一是各系統(tǒng)的基本安全性，再就是保護(hù)裝置的使用。系統(tǒng)的綜合安全性、供電可靠性以及對(duì)技術(shù)管理的要求等決定了我們?cè)趯?shí)際中對(duì)于某一供電系統(tǒng)的選擇及安全措施的采取。

1.接地保護(hù)或接零保護(hù)的作用分析

1.1在IT系統(tǒng)中的作用

一般線路與大地間形成的容抗為10～1000kΩ/km，設(shè)備端人與接地電阻并聯(lián)電阻可忽略不計(jì)。因此IT系統(tǒng)漏電流大小取決于線路，與設(shè)備端接地電阻大小無(wú)關(guān)。實(shí)際上，人與設(shè)備的接地電阻并聯(lián)，因而反比例分配漏電流，所以降低接地電阻是降低人體承擔(dān)漏電流的關(guān)鍵。IT系統(tǒng)漏電流一般在一毫安到數(shù)十毫安之間，可能超過(guò)致命心顫電流（50mA），所以必須通過(guò)設(shè)備外殼接地分擔(dān)經(jīng)過(guò)人體的漏電流。 IT系統(tǒng)接地電阻要求小于4Ω，而人體電阻在進(jìn)行電氣安全計(jì)算時(shí)一般取1kΩ，加之與地面間的電阻，人體承擔(dān)的漏電流一般不會(huì)超過(guò)總漏電流的4‰，經(jīng)過(guò)人體的漏電流一般不會(huì)超過(guò)1mA很安全。

1.2 在TT系統(tǒng)中的作用

TT系統(tǒng)發(fā)生碰殼故障后，漏電流經(jīng)過(guò)設(shè)備端接地體、大地和中性點(diǎn)接地體回到中性點(diǎn)。導(dǎo)線電阻不計(jì)，加之人體電阻和地面電阻遠(yuǎn)大于設(shè)備接地電阻，那么220V相電壓由中性點(diǎn)接地電阻和設(shè)備接地電阻分擔(dān)，如果二者相等，那么設(shè)備端接地電阻電壓降為110V，仍是致命的。但如果設(shè)備外殼沒(méi)有接地，人又處于惡劣用電環(huán)境，此時(shí)地面電阻及中性點(diǎn)接地電阻均遠(yuǎn)小于人體電阻，那么人體承擔(dān)的電壓接近220V。通過(guò)接地保護(hù)，降低觸電的致命性。

1.3 TN系統(tǒng)的基本安全性

TN系統(tǒng)的碰殼后故障電流經(jīng)保護(hù)零線形成回路，如果保護(hù)零線與相線采用同樣的導(dǎo)線，那么設(shè)備外殼對(duì)地電壓為220V相電壓的一半。與TT系統(tǒng)相同，如果設(shè)備沒(méi)有與保護(hù)零線相連，人體觸及故障設(shè)備外殼時(shí)將有可能承受220V相電壓。保護(hù)接零雖然將觸電的危險(xiǎn)性降低了，但并沒(méi)有降至安全電壓50V以下。

實(shí)際上對(duì)TN系統(tǒng)的保護(hù)零線都要求進(jìn)行重復(fù)接地。首先，重復(fù)接地可進(jìn)一步降低TN系統(tǒng)碰殼后外殼對(duì)地電位，降低保護(hù)零線上的電壓降，危險(xiǎn)性被進(jìn)一步降低。其次，當(dāng)TN系統(tǒng)相線斷開(kāi)發(fā)生短路時(shí),故障電流造成了中性點(diǎn)電位升高，PE線電位隨之升高，重復(fù)接地以后,由于設(shè)備外殼和裝置外導(dǎo)電部分以及地面的電位同時(shí)升高,從而有效降低PE線對(duì)地電壓,減少危險(xiǎn)。另外，重復(fù)接地還有安全冗余的作用。

2.供電保護(hù)裝置的使用

最常用供電兩種保護(hù)裝置是過(guò)流斷路器和剩余電流斷路器（RCD），二者均為自動(dòng)斷電保護(hù)裝置。前者主要用于保護(hù)設(shè)備與線路，后者主要用于保護(hù)人。

2.1 IT系統(tǒng)保護(hù)裝置采用

IT碰殼故障電流是依靠大地與線路間電容形成回路的，因此，在變壓器端安裝RCD是沒(méi)有意義的。由于IT系統(tǒng)本身碰殼故障漏電流小，要么沒(méi)有足夠的漏電流驅(qū)動(dòng)RCD，要么在安全情況下，還自動(dòng)斷開(kāi)電路，反而降低了系統(tǒng)供電的可靠性，所以在設(shè)備端IT系統(tǒng)不應(yīng)安裝RCD。所以要采用過(guò)流保護(hù)裝置，在發(fā)生系統(tǒng)過(guò)載或發(fā)生相線間短路時(shí)，能自動(dòng)切斷電源。

2.2 TT系統(tǒng)保護(hù)裝置的采用

TT系統(tǒng)部分借助大地形成故障電流回路，取系統(tǒng)中性點(diǎn)接地電阻和設(shè)備外殼接地電阻均為4Ω，忽略導(dǎo)線電阻，那么發(fā)生碰殼故障時(shí)形成的漏電流為27.5A。這樣的電流往往不能有效的驅(qū)動(dòng)過(guò)流保護(hù)裝置動(dòng)作，從保護(hù)人的角度而言，不可用過(guò)流斷路器來(lái)保障人的安全。不過(guò)這樣的電流已非常有效地驅(qū)動(dòng)漏電保護(hù)裝置，因此，在TT系統(tǒng)中，采用RCD是保障人身安全的必備裝置。而且，在變壓器端、中間線路、設(shè)備端可安裝多級(jí)漏電保護(hù)裝置。

2.3 TN系統(tǒng)保護(hù)裝置的采用

TN系統(tǒng)借助保護(hù)零線形成故障電流回路，故障電流遠(yuǎn)大于TT系統(tǒng)，因此，TN系統(tǒng)不但可以更迅速斷開(kāi)電路，而且具備過(guò)流和漏電雙重保護(hù)。

對(duì)于TN-C、TN-C-S 由于存在保護(hù)零線和工作零線共用問(wèn)題，所以在此兩個(gè)系統(tǒng)中無(wú)法在干線上使用RCD，而只能在支線或設(shè)備末端使用RCD。而TN-S系統(tǒng)保護(hù)零線與工作零線分開(kāi)，所以可在干線及設(shè)備端多級(jí)使用RCD，因此，在三種TN系統(tǒng)中， TN-S系統(tǒng)能更有效地利用漏電保護(hù)裝置提高安全性安全性最高。

3.各類系統(tǒng)的技術(shù)管理要求

IT系統(tǒng)由于故障電流非常小，所以需采用專門的裝置對(duì)系統(tǒng)故障情況及絕緣情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從管理角度應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備接地電阻的控制。相對(duì)其它系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)對(duì)技術(shù)管理的要求是中等水平的。

TT系統(tǒng)技術(shù)管理的關(guān)鍵是利用好漏電保護(hù)裝置。由于各個(gè)設(shè)備或建筑物單獨(dú)設(shè)置接地保護(hù)線，系統(tǒng)各設(shè)備間的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，所以TT系統(tǒng)的對(duì)技術(shù)管理要求最低，最便于管理。

TN系統(tǒng)的保護(hù)零線（PE線）由變壓器的中性點(diǎn)引出，必須保障其在各個(gè)環(huán)節(jié)上不斷開(kāi)才能有效發(fā)揮作用。同時(shí)還要避免接地保護(hù)和接零保護(hù)混用，那將導(dǎo)致接地設(shè)備碰殼后所有接零設(shè)備均處于危險(xiǎn)狀態(tài)。由于TN系統(tǒng)中各設(shè)備安全具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，所以TN系統(tǒng)對(duì)技術(shù)管理的要求也是最高的。

4.各供電系統(tǒng)的適用領(lǐng)域

IT 方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長(zhǎng)時(shí)，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場(chǎng)所，或者是要求嚴(yán)格地連續(xù)供電的地方。IT系統(tǒng)最典型的應(yīng)用就是用于礦山，在井下如果供電中斷，將無(wú)法及時(shí)排出瓦斯和地下水，會(huì)形成重大安全事故危險(xiǎn)。而TT和TN供電系統(tǒng)都是通過(guò)立即切斷供電來(lái)確保安全，因此不適合這類場(chǎng)所。

由于TT系統(tǒng)保護(hù)接地分戶設(shè)置這個(gè)最大特點(diǎn)，在一座建筑物共享一個(gè)接地，且可多級(jí)甚至對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行漏電保護(hù)，用戶間對(duì)安全的相互影響小，對(duì)技術(shù)管理要求最低，所以最適用于農(nóng)村或城市居民這樣的散戶的公共用電。

TN系統(tǒng)，尤其是TN-S供電系統(tǒng)安全可靠，適用于工業(yè)與民用建筑等低壓供電系統(tǒng)。在工程施工期間必須采用 TN-S 方式供電系統(tǒng)。具有高效自動(dòng)斷電保護(hù)功能，安全性較高，但對(duì)技術(shù)管理要求也高，所以，適合于建筑工地、工廠這類等危險(xiǎn)性較高而又有專門人員統(tǒng)一技術(shù)管理企業(yè)單位。

5.結(jié)論

通過(guò)分析在比較了各類系統(tǒng)的安全性和保護(hù)裝置以及應(yīng)用領(lǐng)域，各類供電系統(tǒng)的安全性、可靠性等因素后得出：IT系統(tǒng)基本安全性最高，供電可靠性最高，因此在各個(gè)系統(tǒng)中，具有最高的綜合安全性。TT系統(tǒng)主要靠漏電保護(hù)裝置保障人的安全，故障電流借助大地形成，小于TN系統(tǒng)故障電流，因而自動(dòng)斷電靈敏度低于TN系統(tǒng)，其綜合安全性最低。TN系統(tǒng)主要依靠保護(hù)零線形成故障電流，故障電流大，能有效驅(qū)動(dòng)漏電及過(guò)載雙重保護(hù)裝置，自動(dòng)斷電靈敏度最高，安全性中等。而三種TN系統(tǒng)中，TN-S系統(tǒng)可進(jìn)行多級(jí)漏電保護(hù)，安全性最高，其次是TN-C-S系統(tǒng)，最低是TN-C系統(tǒng)，各系統(tǒng)安全性比較見(jiàn)附表。