基于HYAD01低壓電網(wǎng)接地模擬實(shí)訓(xùn)

時(shí)慧 楊震 王東

摘要：在電網(wǎng)系統(tǒng)中，為了電網(wǎng)系統(tǒng)的正常工作和安全的需要，常將電網(wǎng)系統(tǒng)與用電設(shè)備的某些特定位置與“地”可靠相連接，電網(wǎng)系統(tǒng)中所指的“地”是指任何一點(diǎn)的電位按慣例取0的大地導(dǎo)電物質(zhì)。因?yàn)榻拥氐牟煌?，低壓電網(wǎng)可以分成不同的類型，為了使電氣工程類本科生在工程實(shí)訓(xùn)過程中，能更好地了解不同類型接地的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，設(shè)計(jì)相關(guān)模擬實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目供學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目在HYAD01安全用電技能實(shí)訓(xùn)裝置上進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：低壓電網(wǎng)接地系統(tǒng);HYAD01安全用電技能實(shí)訓(xùn)裝置;工程實(shí)訓(xùn)

1 保護(hù)接地

在低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果用電設(shè)備沒有采取接地措施，在用電設(shè)備使用時(shí)如遇絕緣損壞，可能會(huì)使得原本不應(yīng)有電的部位突然有電;設(shè)備使用者一旦接觸到帶電的部位就會(huì)發(fā)生造成人身傷害的觸電事故[12]。為了避免類似觸電事故的發(fā)生，需采取相應(yīng)的保護(hù)措施，通常是采用用電設(shè)備接地的方法[35]。

用電設(shè)備如果采用了接地保護(hù)方式，在發(fā)生單相接地短路事故時(shí)，在線路中就會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流，使上級(jí)保護(hù)器件漏電保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷事故線路電源，讓設(shè)備管理人員及時(shí)進(jìn)行檢查維修，從而避免事故造成的人身傷害或設(shè)備損壞。

2 低壓電網(wǎng)接地方式

因接地類型的不同把低壓電網(wǎng)分為不同的系統(tǒng)，按照IEC60364標(biāo)準(zhǔn)分為三類不同的低壓電網(wǎng)系統(tǒng)，使用兩個(gè)字母組成的代號(hào)IT、TT和TN來區(qū)分它們。第一個(gè)字母表示電網(wǎng)系統(tǒng)中，中性點(diǎn)與地之間的關(guān)系：T（Terre）的含義為中性點(diǎn)直接接地;I（Isolant）的含義為中性點(diǎn)不接地;第二個(gè)字母表示用電設(shè)備的外部導(dǎo)電部分與地之間的關(guān)系：T（Terre）的含義為用電設(shè)備外部導(dǎo)電部分直接接地，此接地點(diǎn)必須與電網(wǎng)系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地分開，N（Neutre）表示用電設(shè)備的外部導(dǎo)電部分與電網(wǎng)系統(tǒng)中性點(diǎn)直接連接;在電網(wǎng)TN系統(tǒng)中，根據(jù)其保護(hù)零線（PE線）、工作零線（N線）是否分開又可以分為TNC、TNS系統(tǒng)等，其中C：Combinaison表示PE線與N線合并為PEN線;S：Separateur表示PE、N線分開。

3 實(shí)訓(xùn)目的

使參加工程實(shí)訓(xùn)的電氣工程類本科生，在安全用電技能實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中了解低電網(wǎng)IT、TT、TN（TNC，TNS）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍等。

4 實(shí)訓(xùn)設(shè)備

HYAD01安全用電技能實(shí)訓(xùn)裝置，它由實(shí)訓(xùn)工作臺(tái)和實(shí)訓(xùn)掛箱組成，可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的不同選擇實(shí)訓(xùn)掛箱來完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。本實(shí)訓(xùn)選用的功能單元如下：

（1）三相五線電源輸出單元。用于在實(shí)訓(xùn)中向用電回路的供電，可提供220V、380V兩種電壓等級(jí)，使用前應(yīng)檢查急停旋鈕是否處在正常狀態(tài);檢查保險(xiǎn)座中的保險(xiǎn)管是否有燒斷的情況，如果發(fā)現(xiàn)有保險(xiǎn)管燒斷的情況應(yīng)及時(shí)告知指導(dǎo)教師進(jìn)行更換。

（2）實(shí)訓(xùn)掛箱三低壓模擬供電系統(tǒng)單元。

（3）實(shí)訓(xùn)掛箱二三相負(fù)載單元。

（4）實(shí)訓(xùn)掛箱四模擬供電系統(tǒng)單元。

（5）萬用表，連接導(dǎo)線若干。

5 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

按要求使用所給的實(shí)訓(xùn)設(shè)備連接線路，分別模擬三種不同接地類型的電網(wǎng)系統(tǒng)，并觀察實(shí)訓(xùn)中所產(chǎn)生的現(xiàn)象。

5.1 電網(wǎng)IT系統(tǒng)模擬實(shí)訓(xùn)

按照?qǐng)D1所示的電網(wǎng)IT接地系統(tǒng)圖，連接線路構(gòu)成IT系統(tǒng)。步驟如下：

圖1 電網(wǎng)IT接地系統(tǒng)

（1）將380V交流電從三相五線電源輸出單元上接出，U、V、W三個(gè)相線端接到實(shí)訓(xùn)掛箱三低壓模擬供電系統(tǒng)單元380V/220V變壓器一次側(cè)的U、V、W端。

（2）將380V/220V變壓器二次側(cè)U、V、W端分別連接到實(shí)訓(xùn)掛箱二三相負(fù)載單元U、V、W端。

（3）裝上負(fù)載（即節(jié)能燈）;閉合電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕，打開三相負(fù)載上的開關(guān)，觀察節(jié)能燈能否正常點(diǎn)亮。

（4）在電網(wǎng)IT接地系統(tǒng)中，模擬單相接地故障，在三相負(fù)載端任意一相疊加插入一條導(dǎo)線，導(dǎo)線的另一端接入萬用表mA級(jí)接入端，將萬用表COM端與實(shí)訓(xùn)掛箱四滑動(dòng)變阻器A端用連接導(dǎo)線相連;將萬用表調(diào)至20mA交流電擋位;最后將滑動(dòng)變阻器B端連接到三相五線電源輸出單元的PE端。

（5）將滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大，閉合電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕，打開三相負(fù)載上的開關(guān);觀測(cè)萬用表所顯示的電流值，并測(cè)量另外兩相電壓。

5.2 電網(wǎng)TT系統(tǒng)模擬實(shí)訓(xùn)

按照?qǐng)D2所示的電網(wǎng)TT接地系統(tǒng)圖，連接線路構(gòu)成TT系統(tǒng)，步驟如下：

圖2 電網(wǎng)TT接地系統(tǒng)

（1）將380V交流電從三相五線電源輸出單元上接出，U、V、W三個(gè)相線端接到實(shí)訓(xùn)掛箱三低壓模擬供電系統(tǒng)單元380V/220V變壓器一次側(cè)的U、V、W端。

（2）將380V/220V變壓器二次側(cè)U、V、W、N端分別連接到實(shí)訓(xùn)掛箱二三相負(fù)載單元U、V、W、N端。

（3）裝上負(fù)載（即節(jié)能燈）;閉合電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕，打開三相負(fù)載上的開關(guān)，觀察節(jié)能燈能否正常點(diǎn)亮。

（4）在電網(wǎng)TT接地系統(tǒng)中，模擬單相接地故障，在三相負(fù)載端任意一相疊加插入一條導(dǎo)線，導(dǎo)線的另一端接入萬用表mA級(jí)接入端，將萬用表COM端與實(shí)訓(xùn)掛箱四滑動(dòng)變阻器A端用連接導(dǎo)線相連;將萬用表調(diào)至20mA交流電擋位;最后將滑動(dòng)變阻器B端連接到三相五線電源輸出單元的PE端。

（5）將滑動(dòng)變阻器阻值調(diào)到最大，閉合電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕，打開三相負(fù)載上的開關(guān);觀測(cè)萬用表所顯示的電流值，并測(cè)量另外兩相電壓。

5.3 電網(wǎng)TN系統(tǒng)模擬實(shí)訓(xùn)

按照?qǐng)D3、圖4分別所示連接線路構(gòu)成相應(yīng)的電網(wǎng)TNC，TNS系統(tǒng)接地系統(tǒng)后，完成以下操作步驟：

圖3 電網(wǎng)TNC接地系統(tǒng)

圖4 電網(wǎng)TNS接地系統(tǒng)

（1）按照?qǐng)D3連接電網(wǎng)TNC接地系統(tǒng)，將模擬供電系統(tǒng)構(gòu)成TNC系統(tǒng)并接入實(shí)訓(xùn)掛箱二三相負(fù)載端。

（2）按照?qǐng)D4連接電網(wǎng)TNS接地系統(tǒng)，將模擬供電系統(tǒng)構(gòu)成TNS系統(tǒng)并接入實(shí)訓(xùn)掛箱二三相負(fù)載端。

（3）將TNC接線圖直接轉(zhuǎn)換成TNS。

（4）在TNC，TNS接線圖中PEN、N線中分別接入交流電流表，測(cè)量電流值，關(guān)閉其中任一燈泡，并測(cè)量中線電流。

（5）在TNC，TNS接線圖中斷開PEN、N線，測(cè)量負(fù)載中性點(diǎn)電壓，關(guān)閉其中任一燈泡，并測(cè)量中線PEN、N線端電壓。

6 不同電網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)及適用范圍

（1）在電網(wǎng)IT系統(tǒng)中，當(dāng)用電設(shè)備發(fā)生接地短路故障時(shí)，電流的大小為非故障相對(duì)地的電容電流，故障電流極小，發(fā)生電擊危險(xiǎn)的可能性很小，不需要立即切斷故障線路，從而確保連續(xù)地供電;這種供電系統(tǒng)在短距離供電時(shí)可靠性高、安全性好，被用于即使發(fā)生故障也不能間斷供電的工業(yè)設(shè)備和重要的醫(yī)療設(shè)備;在這種系統(tǒng)中不能采用漏電保護(hù)裝置，以免故障時(shí)自動(dòng)斷電，但應(yīng)安裝監(jiān)測(cè)裝置用來提醒工作人員及時(shí)排除故障。

（2）在電網(wǎng)TT系統(tǒng)中，中性點(diǎn)的直接接地與用電設(shè)備的外部導(dǎo)電部分的接地分別做工作接地和保護(hù)接地，它們必須是相互獨(dú)立，用電設(shè)備的接地可以是各個(gè)用電設(shè)備都有單立的接地裝置，還可以是多個(gè)用電設(shè)備共用一個(gè)接地裝置，電網(wǎng)TT系統(tǒng)多用于農(nóng)村低壓電網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)能控制電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)地電壓的升高，但不能降低到安全范圍內(nèi)，因此須安裝漏電保護(hù)裝置。如果用電設(shè)備外部可導(dǎo)電部分漏電時(shí)，電流不會(huì)延伸到其他用電設(shè)備的外殼上，發(fā)生單相接地故障時(shí)電流較大，使漏電保護(hù)裝置動(dòng)作迅速可靠地切除故障，同時(shí)，電網(wǎng)TT系統(tǒng)建設(shè)投入較大，耗時(shí)較長(zhǎng)。電網(wǎng)TT系統(tǒng)適用于沒有安裝變壓器從外面直接引進(jìn)低壓電源的用戶，另外，在對(duì)電壓敏感的設(shè)備、精密電子設(shè)備或在有爆炸火災(zāi)隱患等危險(xiǎn)的環(huán)境下，該系統(tǒng)都可以體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。

（3）在TN系統(tǒng)中，根據(jù)其PE線是否與N線分開可分為TNC、TNS系統(tǒng)。

在電網(wǎng)TNC系統(tǒng)中PE線、N線合并為PEN線，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，當(dāng)用電設(shè)備發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，短路電流較大，使漏電保護(hù)裝置迅速動(dòng)作切斷故障設(shè)備電源;該系統(tǒng)在三相負(fù)載基本平衡的狀態(tài)下效果較好，但如果三相負(fù)載不平衡，PEN線上則會(huì)出現(xiàn)電流，從而產(chǎn)生對(duì)地壓降，電壓加載在用電設(shè)備的導(dǎo)電部分上，影響敏感電子設(shè)備。在危險(xiǎn)的環(huán)境下，PEN線上的微弱電流可能會(huì)引起爆炸，所以TNC系統(tǒng)不能用在危險(xiǎn)環(huán)境中，TNC系統(tǒng)主線上使用漏電保護(hù)裝置時(shí)，N線后面的重復(fù)接地必須拆除，并且N線在任何情況下不能斷線。

在電網(wǎng)TNS系統(tǒng)中，保護(hù)零線、工作零線分開，系統(tǒng)建設(shè)成本較高。正常運(yùn)行時(shí)，PE線上沒有電流，只是N線上可能會(huì)出現(xiàn)不平衡電流，與PE線相連的用電設(shè)備外殼上沒有對(duì)地電壓，同時(shí)PE線不許斷線，也不許進(jìn)入漏電開關(guān);電網(wǎng)TNS系統(tǒng)可用于精密電子設(shè)備、危險(xiǎn)環(huán)境中的供電，在住宅建筑內(nèi)家用電器的供電采用TNS系統(tǒng)安全、可靠、方便。

7 結(jié)語

通過進(jìn)行低壓電網(wǎng)接地模擬實(shí)訓(xùn)，學(xué)生能夠?qū)Ω鞣N低壓電網(wǎng)接地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍有更進(jìn)一步的理解，在以后的各種用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中合理選擇低壓接地系統(tǒng)，從而可以使用電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更合理、更可靠、更經(jīng)濟(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：時(shí)慧喆（1990—），工程師，研究方向：安全用電、電工實(shí)訓(xùn)方面的教學(xué)。