低壓系統接地制式按配電系統和電氣設備不同的接地組合來分類。
一、表示方法
國際電工委員會規定,低壓系統接地制式一般由兩個法文字母組成,必要時可加后續字母。
1、第一個字母表示電源接地點對地的關系:T表示直接接地,I表示不接地或通過阻抗與大地相連。
2、第二個字母表示電氣設備的外露導電部分與地的關系:其中T表示獨立于電源接地點的直接接地,N表示直接與電源系統接地點或該點引出的導體相連接。
3、后續字母表示中性線與保護線之間的關系:其中C表示中性線N與保護線PE合并為PEN線,S表示中性線與保護線分開,C-S表示在電源側為PEN線,從某點分開為N及PE線。
二、低壓接地制式分類
低壓接地制式將配電系統分為TN-S、TN-C、TN-C-S、TT、IT五種。
1、TN系統
在TN系統中,所有電氣設備的外露導電部分接到保護線上,與配電系統的接地點相連。保護線應在每個變電所或變電站附近接地。配電系統引入建筑物時,保護線在其入口處接地。為了故障時保護線的電位盡量接近地電位,應盡可能將保護線與附近的接地極相連,如有必要,可增加接地點,并使其均勻分布。
當中性線截面小于相線截面時,如果回路的相線保護裝置不能保護中性線短路,或者正常工作時流過中性線的電流并不明顯小于該導線的載流量時,在中性線上必須裝設相應于該導線截面的電流檢測裝置,該裝置受到激勵時應使相線斷電,但不必斷開中性線。
根據中性線N與保護線PE是否合并的情況,TN系統又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種。
1)TN-C系統在TN-C系統中,保護線與中性線合并為PEN線,具有簡單經濟的優點。當發生接地短路故障時,故障電流大,可采用一般過電流保護電器切斷電源,保證安全。但對于單相負荷或三相不平衡負荷以及有諧波電流負荷的線路,PEN線有電流,它所產生的壓降呈現在電氣設備的金屬外殼和線路金屬套管上,對敏感性的電子設備不利。另外,PEN線上的微弱電流在爆炸危險環境也可能引起爆炸。同時由于PEN線在同一建筑物內往往互有電氣連接,因此,當PEN線斷線或相線直接與大地短路時,都將呈現相當高的對地故障電壓,可能擴大事故范圍。
2)TN-S系統
在TN-S系統中,保護線和中性線分開,具有TN-C系統的優點,但價格較貴。由于正常時PE線不通過負荷電流,與PE線相連接的電氣設備金屬外殼正常時不帶電位,所以適用于數據處理和精密電子儀器設備的供電,也可用于有爆炸危險的環境中。在民用建筑內部,家用電器大都有單獨接地的插頭,采用TN-S供電,既方便又安全。但TN-S系統仍不能解決相線對大地短路引起電壓升高和對地故障電壓的蔓延問題。
3)TN-C-S系統
如上圖所示,PEN線自A點起分為保護線和中性線,分開以后N線應對地絕緣。為了防止分開后的PE線與N線混淆,規定PE線和PEN線涂黃綠相間的色標,N線涂淺藍色的色標。PEN線自分開后,PE線與N線不能再合并,否則將失去TN-S系統的特點。
在工礦企業中,線路前端大多為固定設備,對電位敏感的電氣設備往往在線路末端,因此到了末端改為TN-S系統十分有利。在民用建筑中,電源線路采用TN-C系統,進入建筑屋內改為TN-S系統。PEN分開后即有專用的保護線,可以確保TN-S所具有的特點。
2、TT系統
在TT系統中電源直接接地,一般是變壓器或發電機的中性點接地。電氣設備的金屬外殼用單獨的接地極接地,與電源在接地上無電氣聯系,所以適用于對電位敏感的數據處理設備和精密電子設備的供電。PE線也可各自獨立,避免發生故障時對地故障電壓的蔓延問題。但對中性線斷裂后引起相電壓的升高等問題,需要采取適當措施。
TT系統發生接地短路時,短路電流由于受到電源側接地電阻和電氣設備側接地電阻的限制,短路電流不大,故可減少接地短路時產生的危險性。但除了小容量用電設備外,大多數情況下,不足以使一般的過流保護設備切斷電源,容易造成電擊事故。因此,TT系統特別適用于容量較小的電氣負荷。如果電氣負荷容量較大,必須采用剩余電流保護電器切斷電源,由于剩余電流保護電器價格較貴,且在容量上、品種上還必須滿足特殊負荷的要求,給TT系統的應用帶來一定的限制。
3、IT系統
IT系統如上圖所示,其中(a)是配電系統中性點與地絕緣;(b)是配電系統中性點經阻抗接地,電源接地極和外露導電部分的接地極分開;(c)是電源中性點經阻抗接地,外露導電部分接到電源的接地極上。
IT系統的電源不接地或通過阻抗接地,電氣設備的外露導電部分可直接接地或通過保護線接到電源的接地極上。IT系統當出現第一次故障時,故障電流受到限制,電氣設備的金屬外殼上不會產生危險性的接觸電壓,因此可以不切斷電源,電器設備尚能繼續運行。此時報警設備報警,通過檢查線路來消除故障,可減少或消除電氣設備的停電時間,所以特別適用于要求能連續工作的電氣設備。同時,由于第一次故障時的故障電流很小,因此也適用于有爆炸危險的環境。但如果在消除第一次故障前又發生第二次故障,例如不同相的雙重短路,故障點遭受線電壓,故障電流很大,非常危險,因此必須具有可靠而且易于檢測出故障點的報警設備。
IT系統強烈要求不要配出中性線,因為配出中性線后,當發生第一次故障時,lT系統將根據電氣設備外露導電部分的接地情況轉變為TN或TT系統,而保護設備原按IT系統配置,不能按TN或TT系統的要求動作,所以非常不安全。因為照明電壓的需要,IT系統往往引出中性線。在這種情況下,中性線上需要裝設過電流檢測裝置,該裝置受到激勵時,應將包括中性線在內的所有帶電導線從電源斷開。如果該中性線短路已受到電源側保護電器的有效保護或該回路中剩余電流保護裝置的保護,且其額定剩余電流動作不超過該中性線載流量的0.15倍,該裝置動作時又能將所有帶電導線包括中性線斷開,則可不裝設檢測設備。
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