在談到接地系統的國際標準和國家標準之前,我們先把認識一下電力變壓器,見下圖:
左圖是電力變壓器內部接線的實物圖。我們看到了黃色、綠色、紅色和藍色四組鍍錫銅排,這四組銅排分別是L1、L2、L3三相繞組和中性線N。
右圖是接線圖。我們看到了L1、L2、L3三相繞組,還有中性線N,以及黃綠色的接地線PE。
右側的接線圖有一個名字,叫做低壓配電網的線制。
值得注意的是:線制中的三相就是變壓器的三相繞組,線制中的“線”指的是正常運行時有電流流過的線路。
我國國家標準GB156-2009《標準電壓》規定,電力變壓器低壓側出口處的電壓,相與相之間的線電壓是400V,相與中性線之間的相電壓是230V。
三相繞組在正常運行時有電流流過,因此三相繞組所在線路符合“線”的規定;中性線在正常運行時也有三相不平衡電流流過,因此中性線N也符合“線”的規定;地線PE在正常運行時是沒有電流流過的,因此它不屬于“線”。
所以,上圖所示的線制叫做三相四線制。若某些人認為這種線制是三相五線制,這種認識不符合國際標準和國家標準,請自行更正。
現在,我們來認識一部很重要的有關接地系統的IEC標準——IEC60364:1。此標準對應的國家標準是GB16895.1《低壓電氣裝置_第1部分:范圍、目的和基本原則》。此標準規定了低壓配電網的接地形式。
在IEC60364中,接地系統用兩個相連的字符表示。
第一個字符代表電源側的工作接地:若變壓器的中性點配套了工作接地叫做T,若變壓器中性點未做工作接地,或者經過高阻接地,則叫做I;
第二個字符代表負載側的保護接地:若負載側的外露導電部分直接接地叫做T,若負載側的外露導電部分未直接接地叫做N。
根據不同的線制,IEC60364給出了三種接地形式,及TN、TT和IT。其中TN又細分為TN-C、TN-S和TN-C-S。
現在,我們來逐個地看一看這些接地形式是什么樣的。
(1)TN-S接地系統
我們先看電力變壓器,我們發現它的中性點是直接接地的,也即配套了工作接地,因此第一個字母是T。
我們看到電力變壓器的中性點接地后,分開為N和PE兩條線引出,并且引出后,N與PE之間必須絕緣。
由于TN-S負載側的外露導電部分未直接接地,因此第二個字母是N。
值得注意的是:
PE線在任何情況下不得斷開。一旦PE線斷開,則負載外殼帶電后,是會發生人身傷害事故的。因此,TN-S接地系統的PE線可以多點重復接地。但PE線與N線在分開后,必須確保兩者不會再次合并。
N線是可以斷開的。因此TN-S下,可以使用4極開關來合分N線。
TN-S的三相系統中,電纜芯線數是5芯;TN-S的單相系統中,電纜芯線數是3芯。很可能,這也是人們習慣把TN-S接地系統叫做“三相五線制”的原因。
TN-S接地系統在企事業單位中使用得非常廣泛。
(2)TN-C接地系統
我們先看電力變壓器,我們發現它的中性點是直接接地的,也即配套了工作接地,因此第一個字母是T。
我們看到電力變壓器的中性點接地后,以PEN的形式引出。PEN線有一個非常著名的名稱,叫做零線。對應地,相線又被稱為火線。
有意思的是,太多人把N線也叫做零線。卻完全不知道零線是不允許切斷的。
負載側的外露導電部分未直接接地,因此第二個字母是N。
值得注意的是:由于PEN線以保護為主,因此TN-C接地系統中,在任何情況下PEN線不得斷開。一旦PEN線斷開,則負載外殼帶電后,是會發生人身傷害事故的。因此,TN-C接地系統的PEN線必須多點重復接地。
在任何情況下,TN-C接地系統不得使用4極開關來合分PEN線。同理,對于單相兩線制的TN-C系統,PEN線也即零線不允許被切斷,PEN線絕對不允許進開關。
TN-C的三相系統中,電纜芯線數是4芯;TN-C的單相系統中,電纜芯線數是2芯。
TN-C接地系統不得用于油庫、港口、機場、礦井等易燃易爆的場所。
(3)TN-C-S接地系統
TN-C-S的前半段是TN-C接地系統,后半段是TN-S接地系統。
我們看到,PEN線在中間再次接地,然后分開為N和PE。從此以后,N和PE就不能再次合并。
TN-C-S接地系統是居家配電中的主力軍。
值得注意的是:TN-C-S的前半段中有零線PEN,它不允許被切斷。TN-C-S的后半段已經沒有了零線PEN,只有N線和PE線。在這里,N線是可以被切斷的,因此采用1P+N之類的開關用于主進線。
不過,這里的PE線是不允許切斷的,若切斷了PE,將會導致很嚴重的人身傷害事故。
現在,我們來看看TN系統的共同特征是什么:
我們已經知道,TN系統具有工作接地,因此在TN系統下一旦發生單相接地故障,故障電流經過PEN線或者PE線返回電源,并且其電流近似等于相對N的短路電流。所以,TN系統又被稱為大電流接地系統。
我們來看下圖:
此圖是典型的TN-S接地系統。我們看到主進線斷路器是4極的,并且配套了過載保護和短路保護。過載保護和短路保護統稱為過電流保護裝置。
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原文標題:淺談接地---線制與TN接地系統
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