低壓供電系統(tǒng)的分析

王赟赟 顧國君

摘 要：國際電工委員會規(guī)定供配電系統(tǒng)可分為TN，IT，TT三種，其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種表現(xiàn)形式。不同的供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其適應(yīng)的環(huán)境各有不同，本文我們將對其進(jìn)行細(xì)致討論，希望能給讀者帶來一定的幫助。

關(guān)鍵詞：TN；IT；TT

供電系統(tǒng)就是由電源系統(tǒng)和輸配電系統(tǒng)組成的產(chǎn)生電能并供應(yīng)和輸送給用電設(shè)備的系統(tǒng)。國際電工委員會規(guī)定供配電系統(tǒng)可分為TN，IT，TT三種，其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種表現(xiàn)形式。不同的供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及其適應(yīng)的環(huán)境各有不同，我們應(yīng)該因地制宜地進(jìn)行選擇。

1 低壓供電系統(tǒng)的基本形式及其特點(diǎn)

本文中我們以國際電工委員會（IEC）作出的統(tǒng)一規(guī)定為準(zhǔn)，即供電系統(tǒng)分為：TT系統(tǒng)，TN系統(tǒng)（其中TN系統(tǒng)分為TN-S、TN-C和TN-C-S）和IT系統(tǒng)三類。

1.1 三類供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）TT供電系統(tǒng)即電源中性點(diǎn)直接接地，負(fù)載設(shè)備外殼各自單獨(dú)接地而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān)。

此系統(tǒng)需要注意三點(diǎn)：①如電氣設(shè)備的金屬外殼帶電（相線碰殼或設(shè)備絕緣損壞而漏電）時，由于有接地保護(hù)，可大大降低觸電的危險(xiǎn)，但有時漏電電流比較小，熔斷器和低壓斷路器不一定能立即保護(hù)動作。此系統(tǒng)中，電源相電壓為220V，如果按電源中性點(diǎn)工作電阻4Ω計(jì)算，則故障回路將產(chǎn)生I=U/R=27.5A的電流。這么大的故障電流，對于容量較小的電氣設(shè)備所選用的熔絲會熔斷或斷路器跳閘。但對于大容量的電氣設(shè)備，不能保證保護(hù)裝置能自動切斷，而需要另加零序電流繼電器來補(bǔ)償；②當(dāng)發(fā)生單相對地時，其它兩相對地電壓不會升高，所以各相對地絕緣水平取決于相電壓，這就大大降低了電網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)成本；③此供電系統(tǒng)接地裝置分散、耗用鋼材多、施工較為困難。

（2）TN供電系統(tǒng)即電源中性點(diǎn)直接接地，負(fù)載設(shè)備金屬外殼采用保護(hù)接零。分為TN-S，TN-C，TN-C-S三種表現(xiàn)形式。

此系統(tǒng)需要注意七點(diǎn)：①在TN-S系統(tǒng)中PE線和N線是分開的，正常時PE線不通過電流，所以電氣設(shè)備金屬外殼正常運(yùn)行時不帶電，適用于精密儀器的供電，也可用于防爆場合；②TN-C系統(tǒng)中N線與PE線合并為PEN線，對于單相負(fù)荷及三相不平衡負(fù)荷的線路，PEN線中總有電流通過，產(chǎn)生的壓降將會呈現(xiàn)在電氣設(shè)備的金屬外殼上。所以，此系統(tǒng)不能用于精密儀器的供電和防爆場合；③TN-C-S系統(tǒng)自PE線和N線分開后，不能再合并，且N線應(yīng)對地絕緣；④TN系統(tǒng)中，當(dāng)電氣設(shè)備的金屬外殼帶電（相線碰殼或設(shè)備絕緣損壞而漏電）時，就會形成單相短路回路。因該回路內(nèi)不包含任何接地電阻，整個回路的阻抗很小，故障電流很大，足以保證在最短的時間內(nèi)使熔絲熔斷，斷路器跳閘，從而切斷故障設(shè)備的電源，保障人身安全；⑤TN系統(tǒng)中PEN或PE線需要重復(fù)接地，防止當(dāng)PEN或PE線斷線時發(fā)生外殼帶電故障時斷點(diǎn)處不能和大地形成大電流回路，同時也防止PEN或PE線斷線時會引起其它保護(hù)接零用電設(shè)備外殼帶電引起觸電安全問題；⑥在TN-S系統(tǒng)中PE線需要重復(fù)接地，而N線是不能重復(fù)接地的。因?yàn)槿绻ぷ髁憔€重復(fù)接地，設(shè)備碰殼短路時，一部分電流就可能分流至重復(fù)接地點(diǎn)，會使保護(hù)裝置不能可靠動作，使故障擴(kuò)大化，且會引起雜散電流；⑦無論是TN-C-S系統(tǒng)還是TN-S系統(tǒng)，TN-C系統(tǒng)，在同一電源供電的范圍內(nèi)，所有的PE或PEN線都是連通的，因此在TN系統(tǒng)內(nèi)PE線或PEN線上的故障電壓可在各個裝置內(nèi)互竄，對此需采取等電位聯(lián)結(jié)措施加以防范，以免故障電壓的傳導(dǎo)引起事故。正因如此，各類TN系統(tǒng)不宜用于路燈、施工場所、農(nóng)業(yè)用電等無等電位聯(lián)結(jié)的戶外場所。

（3）IT供電系統(tǒng)即電源側(cè)不接地或經(jīng)過高阻抗接地，負(fù)載金屬設(shè)備外殼各自單獨(dú)接地而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān)。

此系統(tǒng)需要注意三點(diǎn)：①此系統(tǒng)一般不引出零線，系統(tǒng)內(nèi)沒有單相220V電源，為此需安裝380/220V降壓變壓器來供給控制回路、照明回路等單相用電設(shè)備，以代替中性線的配出；②當(dāng)發(fā)生一相接地故障時，不管是電源側(cè)不接地，還是電源側(cè)經(jīng)過高阻抗接地，故障電流都是非常小的，不足以使熔斷器熔斷或斷路器跳閘；③此系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，三相之間的電壓基本不變，且不會使保護(hù)裝置動作，系統(tǒng)中的三相設(shè)備能繼續(xù)正常運(yùn)行，但是由于非故障相對地電壓會升高為線電壓，容易引起絕緣損壞，從而引起兩相或三相短路，造成事故。因此，電力系統(tǒng)規(guī)定，單相接地故障運(yùn)行時間一般不超過2小時。且當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號，即加以漏電保護(hù)報(bào)警裝置，提醒相關(guān)人員注意，及時處理。

1.2 總等電位聯(lián)結(jié)的實(shí)施

所謂接地，除了前面講到的電氣回路導(dǎo)體或電氣設(shè)備導(dǎo)電外殼與大地的連接，還有一種含義就是指需接地部分與代表大地的一導(dǎo)體相連接，這時以該導(dǎo)體的電位為參考電位而不是以大地的電位為參考電位。例如飛機(jī)內(nèi)電氣系統(tǒng)與金屬機(jī)身的連接、汽車內(nèi)電氣系統(tǒng)與金屬車身的連接以及建筑物的一些金屬部分作等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)來代替大地。前者往往對接地的電阻有要求，后者因不取大地電位為參考電位，通常不提對接地電阻的要求，而只要求等電位聯(lián)結(jié)的低阻抗（注意：建筑物除需要做總等電位聯(lián)結(jié)外，電氣裝置總是需要與大地連接而接地，不然諸如雷擊電流和靜電電荷將無從泄放入大地，雖然有等電位系統(tǒng)保護(hù)，但其導(dǎo)致的電氣危險(xiǎn)因素將會一直存在）。

其中“聯(lián)結(jié)”一術(shù)語定義為“為實(shí)現(xiàn)電位的相等而進(jìn)行的連接”。它雖然也是一種連接，但它在交流條件下對故障電流的阻抗較大，主要用來傳導(dǎo)電位使電位相等或接近，而非用來像PE線那樣傳送大幅值的故障電流。

建筑物內(nèi)作了總等電位聯(lián)結(jié)后，其電氣裝置的PE線、電氣裝置外露可導(dǎo)電部分、水管、氣管、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)和接地系統(tǒng)都互相連通，從而在建筑物內(nèi)形成一各導(dǎo)電部分電位相等或相近的區(qū)域。這樣當(dāng)任一管線（包括電氣線路）因故自建筑物外導(dǎo)入危險(xiǎn)高電位時整個建筑物將同時升高至同一電位，在其內(nèi)將不出現(xiàn)電位差，從而避免了危險(xiǎn)電擊的發(fā)生。

總等電位聯(lián)結(jié)對不同接地系統(tǒng)的作用不盡相同，下面我們來進(jìn)行分析討論：

（1）對于TN系統(tǒng)中，①當(dāng)建筑物內(nèi)發(fā)生接地故障時，它可以降低由此引起的接觸電壓（作總等電位聯(lián)結(jié)降低的接觸電壓為做重復(fù)接地降低值的3.5倍）；②當(dāng)建筑物外的電源線路發(fā)生接地故障時，它可消除沿PEN（PE）線導(dǎo)入的對地電壓在建筑物內(nèi)形成的電位差引起的電氣事故；

（2）對于TT系統(tǒng)中，總等電位聯(lián)結(jié)的作用不似TN系統(tǒng)那么重要，①當(dāng)建筑物內(nèi)發(fā)生接地故障時，雖然總等電位聯(lián)結(jié)可大大降低接觸電壓，但在TT系統(tǒng)中的防電擊主要還是靠零序電流互感器來迅速切斷電源，此時對于接觸電壓的降低已經(jīng)不是十分重要了；②此TT系統(tǒng)中的金屬外殼接地是引自與電源系統(tǒng)無任何關(guān)聯(lián)的單獨(dú)的接地極，它不存在自建筑物外引來的PE線導(dǎo)入故障電壓的問題。所以對于無總等電位聯(lián)結(jié)的區(qū)域，TT系統(tǒng)是比TN系統(tǒng)更好的選擇；

（3）IT系統(tǒng)在做總等電位聯(lián)結(jié)的環(huán)境下，可使現(xiàn)場電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分基本處于同一電位，更加提高了安全可靠性。

2 總結(jié)

通過前面的分析可知，TN，TT，IT三種供電系統(tǒng)各有各的特點(diǎn)。在實(shí)際的工作環(huán)境中，需要根據(jù)現(xiàn)場電氣裝置的特性、運(yùn)行條件、環(huán)境要求以及設(shè)計(jì)人員的意見來選擇最適合的方式。

在平時的工作中，我們需要對現(xiàn)場的接地系統(tǒng)認(rèn)真巡回檢查、運(yùn)行維護(hù)，提高供電可靠性，減少用電設(shè)備的損壞和降低人員的觸電危險(xiǎn)。

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