电力系统的接地直接关系到用户的人身和财产安全,以及电气设备和电子设备的正常运行。如何针对实际情况选择合适的接地系统,确保配电系统及电气设备的安全使用,是设计人员面临的首要问题,本文简要分析了不同接地系统的特点及应用场所,仅供参考。 1接地制式按照配电系统和电气设备的不同接地组合分类。按照IEC60364规定,接地系统一般由两个字母组成,必要时可加后续字母。 第一个字母:表示电源中性点对地的关系 T:直接接地 I:不接地,或通过阻抗与大地相连 第二个字母:表示电气设备外壳与大地的关系 T:独立于电源接地点的直接接地 N:表示直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连 后续字母:表示中性线与保护线之间的关系 C:表示中性线N与保护线PE合二为一(PEN线) S:表示中性线N与保护线PE分开 C-S:表示在电源侧为PEN线,从某一点分开为中性线N和保护线PE低压配电系统有三种形式: ■TN系统 ■TT系统 ■IT系统 2不同接地系统的组成及特点: ■TN系统的组成及特点 在TN系统中,所有电气设备的外壳接到保护线(PE)上,与配电系统的中性点相连(若无中性点,即变压器二次侧三角形连接或未引出中性点,可将变压器二次侧绕组的一相接地,但该接点不能用作PEN线)。保护线应在每个变电所附近接地,配电系统引入建筑物时,保护线在其入口处接地。为了保证故障时保护线的电位尽量接近地电位,尽可能将保护线与附近的有效接地体相连,如必要,可增加接地点,并使其均匀分布。其特点是故障电流较大,仅与电缆的阻抗大小有关。出现绝缘故障时,需要短路电流保护装置瞬时断开电路。 国际标准IEC60364规定,根据中性线与保护线是否合并的情况,TN系统分为如下三种: □TN-C □TN-S □TN-C-S 注:对电网来说,当铜导线截面积≤10mm2,铝导线截面积≤16mm2时,必须采用TN-S系统,而不允许采用TN-C系统。 下面介绍其组成及特点: 21TN-C系统: 本系统中,保护线与中性线合二为一,称为PEN线。 优点: □TN-C方案易于实现,节省了一根导线,且保护电器可节省一极,降低设备的初期投资费用。 □发生接地短路故障时,故障电流大,可采用一过流保护电器瞬时切断电源,保证人员生命和财产安全 缺点: □线路中有单相负荷,或三相负荷不平衡,及电网中有谐波电流时,由于PEN中有电流,电气设备的外壳和线路金属套管间有压降,对敏感性电子设备不利 □PEN线中的电流在有爆炸危险的环境中会引起爆炸 □PEN线断线或相线对地短路时,会呈现相当高的对地故障电压,可能扩大事故范围 □不能使用剩余电流保护装置RCD(由于检测不出漏电流,RCD会拒动),因此绝缘故障时,不能有效地对人身和设备进行保护 22TN-S系统 本系统保护线(PE)和中性线(N)分开 优点: □正常时PE线不通过负荷电流,适用于数据处理和精密电子仪器设备,也可用于爆炸危险场合 □民用建筑中,家用电器大都有单独接地触点的插头,采用TN-S系统,既方便,又安全 □如果回路阻抗太高或者电源短路容量较小,需采用剩余电流保护装置RCD对人身安全和设备进行保护,防止火灾危险 缺点: □由于增加了中性线,初期投资较高 □TN-S系统相对地短路时,对地故障电压较高 23TN-C-S系统 在系统某一点起,PEN分为保护线和中性线,分开后,中性线(N)对地绝缘(注:PEN线分开后,不能再合并) 优点: □适用于工矿企业供电,前面TN-C系统可满足固定设备的需要,后端TN-S系统可满足对电位敏感的电子设备的需要 □民用建筑中,电源线路采用TN-C,进入建筑物后,采用TN-S系统,可确保TN-S系统的优点 24TT系统的组成及其特点: TT系统的变压器或发电机的中性点直接接地,电气设备的所有外壳用保护线连在一起,接在与电源中性点独立的接地点。如下图所示: 优点: □电气设备的外壳与电源的接地无电气联系,适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备 □故障时对地故障电压不会蔓延 □接地短路时,由于受电流接地电阻和电气设备接地电阻的限制,短路电流较小,可减小危险 缺点: □短路电流小,发生短路时,短路电流保护装置不会动作,易造成电击事故 □短路保护装置的过电流保护不能提供绝缘故障保护,需采用剩余电流保护器RCD进行人身和设备安全保护 25IT系统的组成及特点: IT系统的电源不接地或通过阻抗接地,电气设备的外壳可直接接地或通过保护线接至单独接地体。 优点: □单相接地第一次故障时,故障电流小,可不切断电源,警报设备报警,通过检查线路消除故障,供电连续性较高,适用于大型电厂的厂用电和重要生产线用电 □可采用剩余电流保护器(RCD)进行人身和设备安全保护 缺点:如果消除第一次故障前,又发生第二次故障,如不同相的接地短路,故障电流很大,非常危险,因此对一次故障探测报警设备的要求较高,以便及时消除和减少出现双重故障的可能性,保证IT系统的可靠性。 26接地系统中性线保护 以下情况选用4极开关断开中性线: ■TT和TN系统的中性线截面积小于相线 ■终端配电中避免中性线、相线接反 中性线必须有保护和能分断: ■IT系统中进行第二次故障保护的装置,防止中性线第一次故障后引发二次故障 ■在TT和TN-S系统中,中性线的截面积小于相线的截面积 ■所有接地系统中,会产生3次或多次谐波电流的场合(尤其是中性线截面积减少时) 在TN-C系统中,中性线也是保护线不能断开,由于负载电流不平衡和绝缘故障电流,会产生危险的中性点电压偏移。为此,用户必须做好等电位连接和每个区域的接地。 27接地系统的选择: 选择接地系统应根据电气装置的特性、运行条件和要求以及维护能力的大小,综合用户和设计安装人员的意见因地制宜地选用。只要符合安装和运行规范要求,三种接地系统是等效的,没有什麽优先级。 选择接地系统的步骤: ■首先,为保证最大的安全性和灵活性,三种接地系统可以应用在同一供电电网中。 如下图所示,不同接地系统的串联连接和并联连接: ■必须遵守当地标准和法规的规定 ■弄清楚用户的要求和现有的维护资源: □运行连续性要求 □是否有维护服务 □是否有火灾危险 3系统选择及应用 31通常按照如下方式选择: □运行连续性要求较高有维护服务的场合:选择IT系统 □运行连续性要求较高无维护服务的场合:无完全满意的选择,可选择TT系统(其跳闸选择性易于实现)或选择TN系统(减少危险) □运行连续性要求不重要并且有维护能力:选择TN-S系统易于快速维修和扩展 □运行连续性要求较低无维护服务的场合:选择TT系统 □有火灾危险的场合:可选择IT系统(有人员维护)或选择TT系统(使用05A的剩余电流保护装置) 32特殊电网和负载的选择: □对于线路长,泄漏电流大的电网:选择TN-S系统 □有备用电源的电网:选择TT系统 □对大的故障电流比较敏感的负载(电机):选择TT或IT系统 □绝缘等级较差(电炉)或有大型高频滤波的设备(大型计算机):选择TN-S系统 □控制和监测系统:选择TT(通讯设备间可进行等电位连接)或IT系统(运行连续性高)
IT系统就是保护接零系统是对的。就是电源系统的带电部分不接地,或通过阻抗接地,电气设备的外露导电部分接地的系统。
现今的接地,接零系统多采用国际电工委员会(IEC)规定的标准。对于这5种形式,其特点和应用范围分述如下:
1TT系统:三相四线供电系统,属保护接地。如电源侧中性点接地,其接地电阻大,则较为安全,此时属小接地电流系统。在接地短路时,其余两相对地电压变大,介于220一380V之间,但设备正常运行时,其外壳没有接零保护的三相不平衡电流和电压,这是IT系统的主要优点。为安全起见,IT系统常与漏电保护和断零保护相配合使用。
2IT系统:三相三线供电系统,属保护接地,电源侧个性点与地绝缘。或经大阻抗接地。在单相碰壳接地时,接触电压易于控制在安全值内;在保证人身和设备安全的同时,用电设备仍能正常工作。这种系统的漏电电流值不会很大,不能使保护装置及时动作,由于这种系统没有断零保护,因而不能设置零线N,故无法取得220V电压用于照明,这是其缺点,并且其一相碰地时,其他两相对地电压为380V,对人身更为危险。
3TN—C系统:三相四线供电系统,属保护接零。电源侧中性点接地,接地电阻很小,是大电流接地系统。该系统保护零线和工作零线共用一根导线(PEN),简单经济,但PEN线不能装熔断器,并且一旦断线将破坏系统稳定,构成对人体和设备的危险。
这一系统出现单相接地故障时,其故障电流较大,但不及相间短路电流大,因而以相同短路来设计的线路保护装置一般不能及时切断故障线路。此外,这一系统的PEN线上除有中线正常的三相不平衡电流外,还会有对人体有危险的高次谐波电流。因此,这一系统是一个弊大于利的系统。
4TN—S系统:三相五线供电系统,属保护接零,中线N与零线PE分开。电源侧中性点同样接地,也是大电流接地系统。
系统的三相不平衡电流不经PE线,减轻了TN—C系统的缺点,但中性点对地电位仍会通过PE线使设备外壳有电流和电压,未能彻底解决TN—C系统的缺点。因此,这一系统常与漏电开关联用方能达到较好的保护效果。
5TN—C—S系统:是一种TN—C与TN—S系统的混合配电方式,同属保护接零。PEN线分出独立的N线后,不能再使之与保护零线PE线合并或互换。在我国的物业管理区自配变压器的独立电网中,一般都是采用此系统。
IT系统是国际标准IEC60364区分了三类不同的接地系统,使用两个字母代号表示TN,TT和IT。 第一个字母表示电源端与地的关系: T 表示电源端有一点直接接地;I 表示电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。 第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系: T 表示电气装置的外露可导电部分直接接地,此接地点在电气上独立于电源端的接地点;N 表示电气装置的外露可导电部分与电源端接地有直接电气连接。
IT系统与大地间不直接连接,电气装置的外露可导电部分通过保护接地线与接地极连接。
保护接地与保护接零是防止间接接触电击的基本方法,主要采用 IT系统法、 TT 系统法 TN 系统法。 TN 系统法又分TN-C系统法、 TN-C-S 系统法、 TN-S 系统法 。
第一个字母表示电源部分的,第二个字母表示用电设备部分的。
I:表示不接地或经阻抗接地
T:表示接地
N:表示零线
C:表示设备的外壳与电源系统接地的中性点公用一根零线
S:表示是在电源中性点接地系统中,从接地体敷设专用的回路与设备的外壳连接。
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