低壓配電系統(tǒng)接地方式故障分析與保護(hù)

蘇浩

[摘 要]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展，電能已成為最基本的不可代替的能源。在低壓配電系統(tǒng)中，接地故障會(huì)引起本來(lái)不帶電的外露可導(dǎo)電的部分出現(xiàn)故障電壓，人一旦接觸這些金屬外殼，會(huì)發(fā)生觸電事故。因此，低壓配電系統(tǒng)的接地方式將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。低壓配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備接地方式有TN系統(tǒng)，TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)，共三種五類。筆者對(duì)低壓配電系統(tǒng)接地方式進(jìn)行了故障分析與保護(hù)，與各位設(shè)計(jì)同行分享。

[關(guān)鍵詞]低壓配電系統(tǒng)；TN系統(tǒng)；IT系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TF046.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）08-0051-01

1.TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，并且引出有中性線，屬于三相四線制系統(tǒng)。系統(tǒng)上各種電氣設(shè)備的所有外露可導(dǎo)電部分，必須通過(guò)保護(hù)線與低壓配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)連接。

TN系統(tǒng)的接地故障分析：低壓配電系統(tǒng)中，系統(tǒng)中電源端帶電導(dǎo)體的中性點(diǎn)接地稱為系統(tǒng)接地。負(fù)載端設(shè)備外殼外露導(dǎo)電部分的接地稱為保護(hù)接地。假設(shè)TN系統(tǒng)一相絕緣損壞，設(shè)備外殼帶電，則由該相線、外殼和保護(hù)中性線形成閉合回路，出現(xiàn)故障電流，故障電流等于相線對(duì)保護(hù)中性線的短路電流，同時(shí)故障電流會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的接觸電壓。當(dāng)PE線和相線相同時(shí)，故障電壓為Uf=Uo/2=110V>UL（50V）。

Uf-故障電壓

Uo-相電壓

UL-安全電壓

由此可知，這種情況會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的故障電壓，必須要通過(guò)斷路器脫扣來(lái)防護(hù)，及斷路器瞬時(shí)動(dòng)作脫扣電流必須要小于接地故障時(shí)的短路電流。保證故障電流時(shí)，斷路器脫扣。

TN系統(tǒng)按中性線與保護(hù)線組合情況，又可分為以下3種形式。

1-1.TN-C系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)的N線與PE線是合為一根PEN線，所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均與PEN線相連。如果三相負(fù)載不平衡，PEN線上有不平衡電流流過(guò)。在TN-C系統(tǒng)中，由于PEN線是聯(lián)通的，因此一旦發(fā)生接地故障，故障電位會(huì)通過(guò)PEN線蔓延至其他正常的用電設(shè)備，是故障范圍擴(kuò)大。根據(jù)GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1.4條，在TN一C系統(tǒng)中不應(yīng)將保護(hù)接地導(dǎo)體隔離，嚴(yán)禁將保護(hù)接地中性導(dǎo)體接入開關(guān)電器。所以，當(dāng)發(fā)生故障電流時(shí)，不能用漏電保護(hù)器提供保護(hù)，必須通過(guò)斷路器瞬時(shí)脫扣準(zhǔn)確切斷故障電流。可見(jiàn)，TN-C系統(tǒng)是一種不夠安全的系統(tǒng)，一般用于三相負(fù)荷基本平衡的一般工業(yè)場(chǎng)所。

1-2.TN-S系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)的N線與PE線是分開的，所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均與PE線相連，正常情況下，保護(hù)線PE沒(méi)有電流，設(shè)備外殼不帶電。根據(jù)IEC防火標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于TN-S系統(tǒng)，如有火災(zāi)危險(xiǎn)建議使用300mA漏電保護(hù)裝置?；蛘弋?dāng)斷路器本身的保護(hù)條件不能滿足要求的時(shí)候，可增加漏電保護(hù)裝置提供保護(hù)。TN-S系統(tǒng)通常用于，民用建筑，尤其是內(nèi)設(shè)變電所的高層民用建筑。

1-3.TN-C-S系統(tǒng)：整個(gè)系統(tǒng)的N線和PE線有一部分是共同的，局部采用分開的形式。這種系統(tǒng)兼有TN-C和TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)，相較TN-C系統(tǒng)安全，但沒(méi)有TN-S系統(tǒng)安全。通常用于配電系統(tǒng)末端環(huán)境條件較差的場(chǎng)所。

2.TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，而電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分通過(guò)與系統(tǒng)接地點(diǎn)無(wú)關(guān)的接地體直接連接。

TT系統(tǒng)的接地故障分析：假設(shè)TT系統(tǒng)一相絕緣損壞，設(shè)備外殼帶電，則由該相線、外殼和保護(hù)中性線形成閉合回路，出現(xiàn)故障電流，同時(shí)故障電流會(huì)產(chǎn)生接觸電壓。假設(shè)系統(tǒng)中電源端中性點(diǎn)直接接地部分的接地電阻為10Ω，負(fù)載端外露可導(dǎo)電部分的接地電阻為10Ω。那么，故障電流If=Uo/（Rn+Ru）=220V/（10+10）=11A，故障電壓Uf=Ru×If=110V>UL（50V）。

Uf-故障電壓

Uo-相電壓

Rn-低壓變壓器中性點(diǎn)直接接地部分的接地電阻

Ru-外露可導(dǎo)電部分接地電阻

UL-安全電壓

由此可知，上述的情況存在著危險(xiǎn)的故障電流，但11A的故障電流并不足以啟動(dòng)短路保護(hù)裝置，選擇漏電保護(hù)裝置提供保護(hù)。及I△n≤If，漏電保護(hù)裝置動(dòng)作。

In–漏電保護(hù)裝置額定剩余動(dòng)作電流

由于TT系統(tǒng)中各設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分的接地PE線是分開的，互相沒(méi)有電氣聯(lián)系，因此互相之間不會(huì)發(fā)生電磁干擾的情況，所以該系統(tǒng)適用于安全要求及對(duì)抗電磁干擾要求較高的場(chǎng)所，并且TT系統(tǒng)適用于無(wú)等電位聯(lián)接的場(chǎng)所，例如戶外照明和戶外演出場(chǎng)地等場(chǎng)所的電氣裝置。

3.IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)的低壓變壓器的中性點(diǎn)不接地或者通過(guò)高阻抗接地，電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分用PE線連接到一個(gè)公共接地極上，形成等電位聯(lián)接?；蛘唠姎庠O(shè)備外露可導(dǎo)電部分用PE線連接到各自獨(dú)立的接地極上。

IT系統(tǒng)的接地故障分析：假設(shè)IT系統(tǒng)端低壓變壓器的中性點(diǎn)通過(guò)高阻抗接地，系統(tǒng)泄漏阻抗為3000Ω。假設(shè)負(fù)載端外露可導(dǎo)電部分的接地電阻為10Ω。那么，故障電流If=Uo/（Rn+Zeq）=220V/（10+3000）=73mA，故障電壓Uf=Ru×If=0.73V

Uf-故障電壓

Uo-相電壓

Zeq-系統(tǒng)泄漏阻抗

Ru-外露可導(dǎo)電部分接地電阻

UL-安全電壓

由此可知，上述的情況存在著故障電壓，但故障電壓并不危險(xiǎn)，故障也不會(huì)引起斷路器脫扣，但必須報(bào)警。因而IT系統(tǒng)要裝設(shè)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)絕緣監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)故障電流，并且報(bào)警，指示故障回路。

IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，三相電壓維持不變，三相用電設(shè)備可以暫時(shí)繼續(xù)運(yùn)行，但是此時(shí)另外兩相對(duì)地電壓將由相電壓變?yōu)榫€電壓。因此，如果另一相再次發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，就相當(dāng)于兩相接地故障。此時(shí)必須要通過(guò)斷路器脫扣來(lái)防護(hù)。

由于IT系統(tǒng)中各設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分的接地PE線分別直接接地，因此互相之間不會(huì)發(fā)生電磁干擾的情況，所以IT系統(tǒng)適用于不間斷供電要求高和對(duì)接地故障電壓有嚴(yán)格限制的場(chǎng)所，例如礦井下的電氣裝置和手術(shù)室等等。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)以上低壓配電系統(tǒng)接地方式故障分析與保護(hù)的論述，目的是為了能夠在電氣設(shè)計(jì)中根據(jù)不同的情況可選擇不同的接地方式。不同的接地方式，采用不同的保護(hù)措施，提出盡可能完善的保護(hù)方法，以達(dá)到保護(hù)人身安全和防止停電范圍擴(kuò)大的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]李風(fēng)光.低壓配電系統(tǒng)的保護(hù)接地和保護(hù)接零[J].赤子（上中旬）.2015（18）

[2]佟劍.低壓配電系統(tǒng)中接地故障的保護(hù)[J].電子制作.2014（12）

[3]林昊.低壓配電接地形式應(yīng)用及配電系統(tǒng)接地保護(hù)研究[J].電子世界.2013（17）