施奈德2010年培訓(xùn)講義07-不同接地系統(tǒng)的特性-200906

第七章

不同接地系統(tǒng)的特性TT系統(tǒng)接地故障與保護(hù)TN系統(tǒng)接地故障與保護(hù)IT系統(tǒng)接地故障與保護(hù)接地系統(tǒng)的選擇低壓變壓器中性點(diǎn)直接與接地極相連接設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（外殼）連接到一個(gè)獨(dú)立的接地電極上L1L2L3NRnRuPETT系統(tǒng)故障電流值

If=Uo/(Rn+Ru) =220/(10+10) =11A

故障電壓值

Uf=Ru×If =10×11 =110V>UL(50V)故障電流產(chǎn)生危險(xiǎn)接觸電壓斷路器通常不適合消除這類故障

Uo－相線對(duì)地標(biāo)稱電壓，220VUL－安全電壓限值，50V380V/220VL1L2L3NIf=11ARu10Rn10Uo=220VUf=110V設(shè)備外露可導(dǎo)電部分負(fù)載TT系統(tǒng)的接地故障分析裝設(shè)剩余電流保護(hù)器(RCD)用于間接接觸防護(hù)脫扣條件接觸電壓≤安全電壓Ru×IΔn≤UL即：IΔn≤UL/Ru舉例，圖中：

IΔn≤UL/Ru=50/10=5A

IΔn可取1A(或3A)Ru－外露可導(dǎo)電部分的接地電阻IΔn－RCD額定剩余動(dòng)作電流380V/220VL1L2L3NIn=3ARu10Rn10Uo=220VSCPD25A設(shè)備外露可導(dǎo)電部分負(fù)載TT系統(tǒng)的間接接觸防護(hù)TT系統(tǒng)接地故障分析本例中UL=50V

故障電流值If多大？故障電壓值Uf多大？

RCD額定剩余動(dòng)作電流應(yīng)如何設(shè)定？380V/220VL1L2L3NRu6Rn4Uo=220V設(shè)備外露可導(dǎo)電部分負(fù)載

If=220/(4+6)=22A

Uf=22x6=132VRCD額定剩余動(dòng)作電流：IΔn≤UL/Ru=50/6=8.3A取1A(或3A)TT系統(tǒng)應(yīng)用習(xí)題RCD：ResidualCurrentDevice，剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，俗稱漏電保護(hù)器RCD的主要功能什么是RCD剩余電流的檢測(cè)原理：傳感器檢測(cè)相線與中線電流的矢量和無故障有故障i1i2i3iNi1i2i3iNi1i2i3iNi1i2i3iN0ididRCD的工作原理通過安裝于所有帶電導(dǎo)體之上的電流互感器，檢測(cè)故障電流測(cè)量并計(jì)算電流瞬時(shí)值的矢量和通過磁線圈或繼電器令保護(hù)裝置脫扣，將故障回路斷開RCD的工作原理（續(xù)）lphM檢測(cè)Ir測(cè)量SN脫扣magnetlNM檢測(cè)差動(dòng)繼電器測(cè)量獨(dú)立電壓供電脫扣三種不同類型用于檢測(cè)不同的故障電流AC類：只用于檢測(cè)AC剩余電流tIdtIdtIdMulti9系列Multi9系列Vigirex

系列

VigiCompactNSX系列A類：用于檢測(cè)AC型及脈動(dòng)直流型剩余電流B類：用于檢測(cè)AC及A以及平滑直流型剩余電流RCD的不同類型RCD的動(dòng)作靈敏度根據(jù)IEC61008,61009,755,60947-2

等標(biāo)準(zhǔn)，分為高靈敏度 6mA 10mA

30mA中靈敏度

100mA

300mA

500mA

1A低靈敏度

3A 10A

20A

30ARCD用于防電氣火災(zāi)過熱、污染以及意外的損傷都會(huì)導(dǎo)致線路絕緣的失效隨著線路對(duì)地泄漏電流的增大，可能產(chǎn)生電弧，進(jìn)而引起火災(zāi)危險(xiǎn)研究表明，有70-80%的電氣火災(zāi)與電氣線路的絕緣故障有關(guān)。300

mA

額定動(dòng)作值的RCD可以有效地檢測(cè)到危險(xiǎn)的泄漏電流，防止電氣火災(zāi)的發(fā)生垂直選擇性剩余動(dòng)作電流的設(shè)定：IΔn1＞2×IΔn2延時(shí)時(shí)間的設(shè)定：

T1＞T2(total)水平選擇性RCD1RCD2E95454E95455RCD間的配合－選擇性人身保護(hù)危險(xiǎn)的故障電流故障電流不足以啟動(dòng)短路保護(hù)裝置保護(hù)幾乎必須瞬動(dòng)由經(jīng)過計(jì)算選擇的RCD提供保護(hù)防電氣火災(zāi)限制故障電流用于保護(hù)人身的RCD可兼做防電氣火災(zāi)供電連續(xù)性通過RCD之間選擇性獲得TT系統(tǒng)的主要特點(diǎn)低壓變壓器中性點(diǎn)直接與接地極相連接保護(hù)接地線PE和中性線N合并成一根PEN線常采用重復(fù)接地的措施L1L2L3PENRnTN-C系統(tǒng)低壓變壓器中性點(diǎn)直接與接地極相連裝置的外露可導(dǎo)電部分都用PE線連接到同一個(gè)接地電極上PE和中性線分離L1L2L3NPERnTN-S系統(tǒng)在TN-C-S系統(tǒng)中上游部分是TN-C下游部分是TN-S注意：禁止在TN-C系統(tǒng)的上游使用TN-S系統(tǒng)當(dāng)銅芯電纜的截面積小于10mm2，鋁芯電纜(和軟電纜)的截面積小于16mm2時(shí),應(yīng)使用TN-S系統(tǒng)重復(fù)接地的作用L1L2L3NPERnPENTN-C-S系統(tǒng)故障電流等于相線對(duì)PE線短路電流故障電流產(chǎn)生危險(xiǎn)的接觸電壓電源電壓降至0.8Uo當(dāng)PE線和相線尺寸相同，接觸電壓是

Uf=0.8×Uo/2=88V>UL(50V)斷路器脫扣380V/220VL1L2L3NPEIfRnUo=220VUf設(shè)備外露可導(dǎo)電部分故障TN系統(tǒng)的接地故障分析計(jì)算接地故障時(shí)的短路電流If=0.8Uo/(RPE+Rph)其中

RPE=ρL/SPE

Rph=ρL/Sph

令m=Sph/SPE

短路電流計(jì)算式為：

If=（0.8×Uo×Sph

）/（ρ×(1+m)×L）

斷路器脫扣的條件：

If＞Imt==>L＜LmaxTN系統(tǒng)的間接接觸防護(hù)380V/220VL1L2L3NPEIfRnUo=220VUf設(shè)備外露可導(dǎo)電部分故障校驗(yàn)斷路器脫扣條件

0.8×Uo×Sph

Lmax= ρ×(1+m)×Imt

U0－相電壓，220Vρ－正常溫度條件下的電阻率Imt－斷路器瞬時(shí)動(dòng)作脫扣電流m=Sph/SPE

當(dāng)脫扣條件不滿足時(shí)減少磁脫扣設(shè)定值零序保護(hù)配置RCDTN系統(tǒng)的間接接觸防護(hù)（續(xù)）校正系數(shù)表TN系統(tǒng)回路最大長(zhǎng)度表通用型斷路器保護(hù)的回路Multi9斷路器C型曲線Multi9斷路器D型曲線TN系統(tǒng)回路最大長(zhǎng)度表（續(xù)）方法1：計(jì)算最大允許長(zhǎng)度

0.8×Uo×Sph

Lmax= ρ×(1+m)×Imt =72m>L(50m)方法2：查表

Lmax≈67m>50m380V/220VL1L2L3NPERnSph=95mmSPE=50mmL=50m外露可導(dǎo)電部分故障NSX250NMIC2.2250Cu=22.5mmm2/mTN系統(tǒng)接地故障習(xí)題PEN：保護(hù)導(dǎo)線和中性線PEN線的保護(hù)功能優(yōu)先于中性線，即PEN線必須總是先連接到用電設(shè)備的“接地”端子，然后再與中性端子作跨接PEN必須不被切斷，要確保PEN的可靠連接RnUo=220VL1L2L3PEN380V/220V設(shè)備外露可導(dǎo)電部分負(fù)載短路保護(hù)裝置TN-C系統(tǒng)中的保護(hù)中性線PEN根據(jù)IEC防火標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于TN-S系統(tǒng)，如有火災(zāi)危險(xiǎn)建議使用一個(gè)300mA

剩余電流保護(hù)裝置由RCD提供保護(hù)對(duì)If無限制與TT系統(tǒng)相同提供RCDRCD保護(hù)設(shè)備的選擇性與TT系統(tǒng)相同剩余動(dòng)作電流IΔn的設(shè)定延時(shí)的設(shè)定L1L2L3L4In2

In1

2L1L2L3L4In300mATN-S系統(tǒng)的附加保護(hù)人身防護(hù)故障電流是危險(xiǎn)的故障電流通常大到足以被短路保護(hù)裝置切斷脫扣必須是瞬時(shí)的如斷路器本身的保護(hù)條件不能滿足要求，可用RCD提供保護(hù)防火故障電流大必須用附加的RCD來處理供電連續(xù)性通過短路保護(hù)裝置之間的選擇性來實(shí)現(xiàn)TN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)人身防護(hù)故障電流是危險(xiǎn)的故障電流通常大到足以被短路保護(hù)裝置切斷脫扣必須是瞬時(shí)的不能用RCD提供保護(hù)防火保護(hù)不能提供防火漏電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用供電連續(xù)性通過短路保護(hù)裝置之間選則性實(shí)現(xiàn),同TN-STN-C系統(tǒng)的特點(diǎn)低壓變壓器中性點(diǎn)不與接地極相連接負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分都用PE導(dǎo)線連接到一個(gè)公共接地極上，形成一個(gè)等電位聯(lián)結(jié)L1L2L3NPEIT系統(tǒng)低壓變壓器中性點(diǎn)不與接地極相連接負(fù)載的外露可導(dǎo)電部分都用PE導(dǎo)線連接各自獨(dú)立的接地極上IT系統(tǒng)（續(xù)）L1L2L3NPEPEPE對(duì)于1km長(zhǎng)的電纜：

R1=R2=R3=10M

C1=C2=C3=0.3μF50Hz時(shí)1km長(zhǎng)的電纜：

Zeq= =3540

1+R2C22R123Zeq123C3C2C1R3R2R1equivalentto1Req=1R1+1R21R3+Req=3.33MXeq=3.54kXeq

=13CIT系統(tǒng)泄漏阻抗IT系統(tǒng)第一次接地故障分析計(jì)算示例Ru=10Rf=0Zeq=3540(以1Km長(zhǎng)電纜為例)If=U0/(RN+Ru+Rf+Zeq)

≈

220/3540=62

mAUf=RuxIf=0.062x10=0.62VRNRUPEZeqRfUf123If電流并不危險(xiǎn)，但是必須報(bào)警系統(tǒng)泄漏阻抗接觸電壓不危險(xiǎn)無火災(zāi)危險(xiǎn)故障不引起脫扣但必須報(bào)警L1L2L3PEIT系統(tǒng)第一次接地故障分析（續(xù)）持續(xù)工作的絕緣監(jiān)測(cè)裝置(PIM)監(jiān)測(cè)原理：中性點(diǎn)與大地之間施加一電壓，產(chǎn)生注入系統(tǒng)的電流信號(hào)(Iinj)低頻交流發(fā)生器或直流發(fā)生器測(cè)量絕緣電阻IR注入的電流信號(hào)：直流：直接測(cè)量IR交流低頻(2.5Hz)：計(jì)算IR遠(yuǎn)程報(bào)警

L1L2L3NPERIeIinjIinjIinjIinjIinjPIM首次絕緣故障的定位故障定位裝置(FTD)工作原理：檢測(cè)故障電流通過環(huán)形電路互感器檢測(cè)并指示故障回路FTD

的類型：手動(dòng)故障定位儀固定安裝的自動(dòng)故障定位儀FTDL1L2L3PEIT系統(tǒng)第二次接地故障分析如果設(shè)備共用接地極原理同TN-S系統(tǒng)（校驗(yàn)回路最大長(zhǎng)度）由斷路器提供保護(hù)中性線的保護(hù)強(qiáng)制使用(4P4T)適用于IT系統(tǒng)，即單極斷路器線電壓下的分?jǐn)嗄芰?IEC60947-2)施耐德低壓斷路器適用于IT系統(tǒng)L1L2L3PEIT系統(tǒng)第二次接地故障分析（續(xù)）設(shè)備共用接地，用TN系統(tǒng)的校驗(yàn)方法系統(tǒng)不配出中性線，二次故障為相間短路系統(tǒng)配出中性線，二次故障為相中短路1.7320.8.Uo.Sph=

(1+m).ImtLmaxSphSpEm=SNSpEm=

10.8.Uo.(SphorSN)=

(1+m).ImtLmax負(fù)載Rsnu123PENRsnu123PE如果設(shè)備獨(dú)立接地原理同TT系統(tǒng)由RCD提供保護(hù)L1L2L3NCPIIT系統(tǒng)第二次接地故障分析（續(xù)）人身防護(hù):不需要自動(dòng)斷電由PIM持續(xù)監(jiān)測(cè)絕緣狀況由FTD定位絕緣故障點(diǎn)防火:無故障電流=不需要由PIM監(jiān)測(cè)供電連續(xù)性:完整IT系統(tǒng)的特點(diǎn)第一次故障電流很微弱第一次故障接觸電壓很低第二次故障后產(chǎn)生危險(xiǎn)接觸電壓第二次故障脫扣發(fā)生第一次故障時(shí)是安全的第一次故障發(fā)生后不影響供電連續(xù)性使用PIM作故障檢測(cè)檢查脫扣條件必要的補(bǔ)充計(jì)算IT系統(tǒng)的特點(diǎn)（續(xù)）接地系統(tǒng)的選擇在選擇接地系統(tǒng)類型時(shí)，必須考慮下面幾方面因素按照IEC60364對(duì)人身保護(hù)的要求按照IEC60364對(duì)設(shè)備保護(hù)的要求供電連續(xù)性的要求電磁兼容性的影響安裝維護(hù)方便經(jīng)濟(jì)性分析比較L1L2L3NPELV/LVMV/LVRnRuRuTNCTNSTTITCPI123PENNPE串聯(lián)模式接地系統(tǒng)的組合應(yīng)用TT(動(dòng)力設(shè)備)IT(特殊負(fù)載)123NPE1NPE2NPETNS(照明燈具)RnHV/LV123NPE123NPE并聯(lián)模式接地系統(tǒng)的組合應(yīng)用（續(xù)）四極斷路器的選擇應(yīng)用選擇三極還是四極斷路器？L1L2L33PNL1L2L34P四極斷路器的選擇應(yīng)用采用四極斷路器，中性極的作用是？對(duì)中性線保護(hù)？對(duì)中性線隔離？問題的引發(fā)檢修時(shí)候中性線帶電引發(fā)的事故雙電源切換時(shí)的雜散電流L1L2L3四極斷路器的選擇應(yīng)用

三相斷電后，中性線可能帶危險(xiǎn)電壓的分析（一）

配電系統(tǒng)存在單相接地故障RnL1L2L3NPERnUf四極斷路器的選擇應(yīng)用

三相斷電后，中性線可能帶危險(xiǎn)電壓的分析（二）

10kV變電所出現(xiàn)高壓接地故障123NLVMVATNRs123NLVMVTTCRS低壓線路上感應(yīng)雷電過電壓沿中性線進(jìn)入電氣裝置四極斷路器選用引發(fā)的優(yōu)缺點(diǎn)

缺點(diǎn)：斷零問題

優(yōu)點(diǎn)：保證電氣檢修時(shí)候的電氣安全性誤區(qū)1：中性線由于三次諧波的問題而出現(xiàn)過載，三極開關(guān)無法保護(hù)。國(guó)外的做法是在中性線上加裝過電流檢測(cè)元件誤區(qū)2：TN-C-S系統(tǒng)中，中性線過載，電壓降超過50V四極斷路器的選擇應(yīng)用

根據(jù)IEC4651.1.5的規(guī)定，正常供電電源與備用發(fā)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)？？？？？？？

帶漏電保護(hù)的雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)

不同接地系統(tǒng)間的電源切換開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)

TN-C系統(tǒng)嚴(yán)禁采用四極開關(guān)

TN-S系統(tǒng)一般不需要設(shè)四極開關(guān)

TT系統(tǒng)的電源進(jìn)線開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)

IT系統(tǒng)中當(dāng)有中性線時(shí)應(yīng)采用四極開關(guān)四極斷路器的選擇應(yīng)用

TN-C系統(tǒng)嚴(yán)禁采用四極開關(guān)

IEC60364-4-473第461.2條規(guī)定：PEN線嚴(yán)禁被隔離電器隔離或被開關(guān)切斷。四極斷路器的選擇應(yīng)用

TN-S系統(tǒng)一般不需要設(shè)四極開關(guān)GB標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)中同樣規(guī)定了設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)的要求

TN-S系統(tǒng)根據(jù)規(guī)范要求，有等電位聯(lián)結(jié)措施，使得中性線與PE線、外露及裝置外可導(dǎo)電部分相互連通。沒有觸電危險(xiǎn)，可不用四極開關(guān)。有局部等電位聯(lián)結(jié)的地方同樣不需要等電位聯(lián)結(jié)四極斷路器的選擇應(yīng)用

TT系統(tǒng)的電源進(jìn)線開關(guān)應(yīng)采用四極開關(guān)

TT系統(tǒng)中，中性線除在電源中性點(diǎn)處接地外，不得再有重復(fù)接地，往往與總等點(diǎn)位系統(tǒng)不連通。為保證檢修安全，宜設(shè)四極開關(guān)。L1L2L3NRnRuPE四極斷路器的選擇應(yīng)用

IT系統(tǒng)中當(dāng)有中性線時(shí)應(yīng)采用四極開關(guān)IT系統(tǒng)當(dāng)一相接地故障時(shí)候，中性線對(duì)地電壓是220V

IT系統(tǒng)強(qiáng)烈建議不配出中性線，如配出N線則應(yīng)采用四極開關(guān)。L1L2L3NPE關(guān)于中性線的保護(hù)保護(hù)中性線，可采用四極斷路器NL1L2L3NL1L2L3保護(hù)中性線，也可采用三極斷路器

IEC60364-473.2.1的規(guī)定

如果是下列情況，對(duì)中性線不需要設(shè)過電流檢測(cè):—由電路的相線保護(hù)電器來保護(hù)中性線的短路時(shí)—在正常供電時(shí)在中性線可能流過的最大電流是明顯地小于中性線的載流量值PEPhPhPhNSN=SPhPEPhPhPhNSN<SPhPEPhPhPhN例外TT系統(tǒng)

IEC60364-473-3.2.1