有關(guān)TN-C、TN-S和TN-C-S三種系統(tǒng)常見問題及解答

-.z有關(guān)TN-C、TN-S和TN-C-S三種系統(tǒng)常見問題及解答1.14我國在給一排靠墻布置的設(shè)備以TN-C系統(tǒng)配電時，將三根相線架空走線，而PEN線則用不絕緣的扁鋼沿墻腳明敷。這一做法妥否.不妥。這一做法使PE線遠(yuǎn)離相線，降低了過電流防護電器對接地故障的動作靈敏度，而不絕緣的PEN線中的中性線上的對地電位又將產(chǎn)生雜散電流，所以這一布線方式對保護接地是十分不妥的。保護接地的設(shè)置還有許多要求，在下面的問答中將逐一表達。1.15我國原采用的接零系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、不接地系統(tǒng)、零線等術(shù)語為什么被廢止不用而改用TN-C、TN-S、TN-C-S、TT、IT等接地系統(tǒng)和中性線、PE線、PEN線等術(shù)語.被廢止的術(shù)語是20世紀(jì)50年代采用前蘇聯(lián)電氣規(guī)*時用的術(shù)語。大家知道由于用電技術(shù)的開展，IEC標(biāo)準(zhǔn)將接地系統(tǒng)科學(xué)細(xì)微地進展了劃分，前蘇聯(lián)的“接零系統(tǒng)〞僅是IEC標(biāo)準(zhǔn)中TN系統(tǒng)之一的TN-C系統(tǒng)，顯然“接零系統(tǒng)〞這一術(shù)語不能說明全部TN系統(tǒng)的內(nèi)涵。又如前蘇聯(lián)規(guī)*內(nèi)的“接地系統(tǒng)〞就是IEC標(biāo)的TT系統(tǒng)，但是“接零系統(tǒng)〞也需接地，何嘗不是接地系統(tǒng).這樣在概念上就十分模糊不清。又如“零線〞這一術(shù)語前蘇聯(lián)規(guī)*定義為接地的中性線，還要求零線作重復(fù)接地，它實際只是指TN-C系統(tǒng)中的PEN線。由于零線的概念不清，原本不應(yīng)重復(fù)接地的中性線被錯誤地重復(fù)接地，產(chǎn)生雜散電流而導(dǎo)致許多不應(yīng)有的事故。名不正則言不順，由于術(shù)語不嚴(yán)謹(jǐn)導(dǎo)致的技術(shù)錯誤不勝枚舉。為此這些過時的術(shù)語在我國已停頓使用，但由于建筑電氣技術(shù)對外交流溝通不夠，我國有些國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)的電氣規(guī)*仍在因循舊習(xí)使用這些舊術(shù)語，在執(zhí)行這些規(guī)*時應(yīng)加注意以免被誤導(dǎo)。1.16請說明TN、TT和IT這三種接地系統(tǒng)文字符號的含義。這些接地系統(tǒng)的文字符號的含義是：第一個字母說明電源的帶電導(dǎo)體與大地的關(guān)系，也即如何處理系統(tǒng)接地：T：電源的一點〔通常是中性線上的一點點〕與大地直接連接〔T是“大地〞一詞法文Terre的第一個字母〕。I：電源與大地隔離或電源的一點經(jīng)高阻抗〔例如l000Ω〕與大地連接〔I是“隔離〞一詞法文Isolation的第一個字母〕。第二個字母說明電氣裝置的外露導(dǎo)電局部與大地的關(guān)系，也即如何處理保護接地。T：外露導(dǎo)電局部直接接大地，它與電源的接地?zé)o聯(lián)系。N：外露導(dǎo)電局部通過與接地的電源中性點的連接而接地〔N是“中性點〞一詞法文Neutre的第一個字母〕。1.17在TN系統(tǒng)中又分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種系統(tǒng)，它們之間有何不同.IEC標(biāo)準(zhǔn)將IN系統(tǒng)按N線和PE線的不同組合又分為三種類型：TN-C系統(tǒng)——在全系統(tǒng)內(nèi)N線和PE線是合一的〔C是“合一〞一詞法文hine的第一個字母〕。注意，此處的全系統(tǒng)是從電源配電盤出線處算起。下同。TN-S系統(tǒng)——在全系統(tǒng)內(nèi)N線和PE線是分開的〔S是“分開〞一詞法文Separe的第一個字母〕。TN-C-S系統(tǒng)——在全系統(tǒng)內(nèi)，通常僅在低壓電氣裝置電源進線點前N線和PE線是合一的，電源進線點后即分為兩根線。1.18TN-C系統(tǒng)較適用于哪些場所.從圖1.18-1可知，TN-C系統(tǒng)內(nèi)的PEN線兼起PE線和N線的作用，可節(jié)省一根導(dǎo)線，比擬經(jīng)濟。但從電氣平安著眼，這個系統(tǒng)存在以下問題。(l〕如系統(tǒng)為一個單相回路，當(dāng)PEN線中斷時，設(shè)備金屬外殼對地將帶220V的故障電壓，電擊死亡的危險很大，220V電壓傳導(dǎo)路徑如圖1.18-2虛線所示?！?〕如PEN線穿過剩余電流動作保護器RCD，因接地故障電流產(chǎn)生的磁場在RCD內(nèi)互相抵消而使RCD拒動作，所以在TN-C系統(tǒng)內(nèi)不能裝用RCD防電擊。(3〕進展電氣維修時需用四極開關(guān)來隔斷中性線上可能出現(xiàn)的故障電壓的傳導(dǎo)。因PEN線含有PE線而不允許被開關(guān)切斷，所以TN-C系統(tǒng)內(nèi)不能裝用四極開關(guān)來保證維修人員的平安，見問答17.5。(4)PEN線因通過中性線電流產(chǎn)生電壓降，從而使所接設(shè)備的金屬外殼對地帶電位。此電位可能在爆炸危險場所內(nèi)打火引爆。按IEC標(biāo)準(zhǔn)易爆場所內(nèi)是不允許出現(xiàn)PEN線和采用TN-C系統(tǒng)的。另外，帶電位的與地接觸的設(shè)備金屬外殼可在地內(nèi)產(chǎn)生雜散電流，在一定程度上腐蝕地下金屬構(gòu)造和管道，為此IEC標(biāo)準(zhǔn)要求PEN線應(yīng)按可能遭受的最高電壓加以絕緣。另外，由于PEN線通過電流，各點對地電位不同，它也不得用于信息技術(shù)系統(tǒng)，以免各信息技術(shù)設(shè)備地電位的不同而引起干擾。由于上述一些不平安因素，除維護管理水平較高的一般場所外，現(xiàn)時TN-C系統(tǒng)已很少采用。1.19TN-S系統(tǒng)較適用于哪些場所.從圖1.19可知，在整個TN-S系統(tǒng)內(nèi)，PE線和N線被分為兩根線。除非施工安裝有誤，除微量對地泄漏電流外，PE線平時不通過電流，也不帶電位。它只在發(fā)生接地故障時通過故障電流，因此電氣裝置的外露導(dǎo)電局部對地平時幾乎不帶電位，比擬平安，但它需在回路的全長多敷用一根導(dǎo)線。TN-S系統(tǒng)適用于內(nèi)部設(shè)有變電所的建筑物。因為在有變電所的建筑物內(nèi)為TT系統(tǒng)分開設(shè)置在電位上互不影響的系統(tǒng)接地和保護接地是比擬麻煩的。即使將變電所中性線的系統(tǒng)接地用絕緣導(dǎo)體引出另打單獨的接地極，但它和與保護接地PE線連通的戶外地下金屬管道間的距離常難滿足要求。而在此建筑物內(nèi)如采用TN-C-S系統(tǒng)時，其前段PEN線上中性線電流產(chǎn)生的電壓降將在建筑物內(nèi)導(dǎo)致電位差而引起不良后果，例如對信息技術(shù)設(shè)備的干擾。因此在設(shè)有變電所的建筑物內(nèi)接地系統(tǒng)的最正確選擇是TN-S系統(tǒng)，特別是在爆炸危險場所，為防止電火花的發(fā)生，更宜采用TN-S系統(tǒng)。1.20TN-C-S系統(tǒng)較適用于哪些場所.從圖1.20可知，TN-C-S系統(tǒng)自電源到另一建筑物用戶電氣裝置之間節(jié)省了一根專用的PE線。這一段PEN線上的電壓降使整個電氣裝置對地升高△UPEN的電壓，但由于電氣裝置內(nèi)設(shè)有總等電位聯(lián)結(jié)，且在電源進線點后PE線即和N線即分開，而PE線并不產(chǎn)生電壓降，整個電氣裝置對地電位都是△UPEN，在裝置內(nèi)并沒有出現(xiàn)電位差，因此不會發(fā)生TN-C系統(tǒng)的種種電氣不平安因素。在建筑物電氣裝置內(nèi)，它的平安水平和TN-S系統(tǒng)是相仿的。就信息技術(shù)設(shè)備的抗干擾而言，因為在采用TN-C-S系統(tǒng)的建筑物內(nèi)同一信息系統(tǒng)內(nèi)的信息技術(shù)設(shè)備的“地〞即其金屬外殼，都是連接只通過正常泄漏電流的PE線的，PE線上的電壓降很小，所以TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)一樣都能使各信息技術(shù)設(shè)備取得比擬均等的參考電位而減少干擾。但就減少共模電壓干擾而言TN-C-S系統(tǒng)內(nèi)的中性線和PE線是在低壓電源進線處才分開，不像TN-S系統(tǒng)在變電所出線處就分開，所以在低壓用戶建筑物內(nèi)TN-C-S系統(tǒng)內(nèi)中性線對PE線的電位差或共模電壓小于TN-S系統(tǒng)。因此對信息技術(shù)設(shè)備的抗共模電壓干擾而言TN-C-S優(yōu)于TN-S系統(tǒng)。綜上所述可知，當(dāng)建筑物以低壓供電如果采用TN系統(tǒng)時宜采用TN-C-S系統(tǒng)而不宜采用TN-S系統(tǒng)。一些興旺國家就是這樣做的。1.21TT系統(tǒng)較適用于哪些場所.從圖1.21可知，TT系統(tǒng)的電氣裝置的保護接地各有其自己的接地極。正常時裝置內(nèi)的外露導(dǎo)電局部為地電位，電源側(cè)和各裝置出現(xiàn)的故障電壓不互竄。但發(fā)生接地故障時因故障回路內(nèi)包含兩個接地電阻RA和RB，故障回路阻抗較大，故障電流較小，一般不能用過電流防護兼作接地故障防護。因此為防人身電擊事故必須裝用RCD來快速切斷電源。從圖1.21也可知，TT系統(tǒng)的中性線除在電源的一點作系統(tǒng)接地外，為防雜散電流的產(chǎn)生不得在其他處再接地。我國有些供電部門不理解IEC標(biāo)準(zhǔn)，要求用戶在電源進線處除圖示RA的保護接地外，還仿照過去的TN-C系統(tǒng)，將TT系統(tǒng)的中性線作重復(fù)接地，認(rèn)為可借TT系統(tǒng)中的接地通路，防*中性線中斷〔俗稱“斷零〞〕引起的三相四線系統(tǒng)中燒壞大量單相用電設(shè)備的事故，殊不知由于大地通路與中性線通路的阻抗值相差懸殊，這一措施在理論上就不成立〔這在問答16.4中將予說明〕。相反，中性線的重復(fù)接地卻可產(chǎn)生雜散電流而引起種種事故，對供電部門這一不當(dāng)要求在電氣裝置的設(shè)計安裝中應(yīng)予注意。TT系統(tǒng)內(nèi)各個電氣設(shè)備或各組電氣設(shè)備可各有自己的接地極和PE線。各PE線之間在電氣上沒有聯(lián)系。這樣在TT系統(tǒng)供電*圍內(nèi)的接地故障電壓就不會像TN系統(tǒng)那樣通過PE線的導(dǎo)通而傳導(dǎo)蔓延，導(dǎo)致一處發(fā)生接地故障，多處發(fā)生電氣事故，必須在各處設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)或采取其他措施來消除這種傳導(dǎo)電壓導(dǎo)致的事故。因此TT系統(tǒng)較適用于無等電位聯(lián)結(jié)的戶外場所，例如農(nóng)場、施工場地、路燈、庭園燈、戶外臨時用電場所等。1.22IT系統(tǒng)較適用于哪些場所.從圖1.22可知，IT系統(tǒng)的電源端不做系統(tǒng)接地，在發(fā)生第一次接地故障時由于不具備故障電流返回電源的通路，其故障電流僅為兩非故障相對地電容電流的相量和，其值甚小，因此在保護接地的接地電阻RA上產(chǎn)生的對地故障電壓很低，不致引發(fā)電擊事故。所以發(fā)生第一次接地故障時不需切斷電源而使供電中斷。但它一般不引出中性線，不能提供照明、控制等需用的220V電源，且其故障防護和維護管理較復(fù)雜，加上其他原因，使其應(yīng)用受到限制b它適用于對供電不連續(xù)和防電擊要求很高的場所，在我國規(guī)定礦井下、鋼鐵廠以及醫(yī)院手術(shù)室等場所采用IT系統(tǒng)。興旺國家電氣平安要求高，諸如玻璃廠、發(fā)電廠的廠用電、鋼鐵廠、化工廠、爆炸危險場所、重要的會議大廳的平安照明、計標(biāo)機中心以及高層建筑的消防應(yīng)急電源、重要的控制回路等都采用IT系統(tǒng)。我國對IT系統(tǒng)不甚了解，還不習(xí)慣采用IT系統(tǒng)，很少應(yīng)用。這從一個側(cè)面說明我國建筑電氣與興旺國家水平上的差距。1.23巖石山洞內(nèi)對不連續(xù)供電無要求的一般電氣裝置打低阻值的系統(tǒng)接地十分困難，是否可采用IT系統(tǒng).這是一個適于采用IT系統(tǒng)的一個特例。IT系統(tǒng)本不需作系統(tǒng)接地，這就免除了在巖石洞里打低阻值系統(tǒng)接地的麻煩。由于IT系統(tǒng)的接地故障電流十分小，防電擊的保護接地的接地電阻較大時也能滿足接觸電壓小于50V的要求。既然電氣裝置對不連續(xù)供電無要求，它就可以引出中性線來提供220v用電電壓，不需裝設(shè)昂貴的絕緣監(jiān)測器，在發(fā)生第一次接地故障時就報警來及時排除故障。如果發(fā)生了中性線接地故障而不報警，此，IT系統(tǒng)不過是轉(zhuǎn)變?yōu)榘碩T系統(tǒng)或TN系統(tǒng)來運作。需注意在回路的首端必須安裝額定剩余電流動作值I△n不大于30mA的RDD，用以在發(fā)生第二次接地故障時切斷電源。附帶說明，有的北歐國家出于同樣的考慮，在地區(qū)公用電網(wǎng)內(nèi)也采用了IT系統(tǒng)。1.24TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)孰優(yōu)孰劣.各種接地系統(tǒng)各有短長，我國國家標(biāo)準(zhǔn)接地規(guī)*不區(qū)分具體情況，規(guī)定：“在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，電力設(shè)備的外殼宜采用低壓接零保護，即接零〞是不妥當(dāng)?shù)?。TN系統(tǒng)有優(yōu)于TT系統(tǒng)之處，例如：(1)TN系統(tǒng)往往可利用保護線路絕緣的過電流防*電器兼作接地故障防護，比擬簡單，而TT系統(tǒng)通常需裝設(shè)RCD作接地故障防護，比擬復(fù)雜。(2)TN系的PE線自中性線分支引出，發(fā)生對地過電壓時，設(shè)備絕緣承受的應(yīng)電壓〔VoltageStress〕較??；而TT系統(tǒng)的PE線引自就地的零電位的接地極，設(shè)備對地絕緣較易受過電壓損害。TN系統(tǒng)有遜于TT系統(tǒng)之處，例如：(l〕在同一變壓器供電*圍的TN系統(tǒng)內(nèi)PE線都是連通的，任一處發(fā)生接地故障，其故障電壓可沿PE線傳導(dǎo)至他處而可能引起危害；而在TT系統(tǒng)內(nèi)，可視情況就地設(shè)置電氣上互不聯(lián)系的單獨的接地極和PE線，消除或減少故障電壓的蔓延。因此TN系統(tǒng)必須作等電位聯(lián)結(jié)來消除沿PE線傳導(dǎo)來的故障電壓的危害，因此一般不適用于無等電位聯(lián)結(jié)的戶外場所；而TT系統(tǒng)則可適用于戶外場所。(2〕TT系統(tǒng)可就地接地引出PE線，而TN系統(tǒng)則需自電源端引來PE線，因此TN系統(tǒng)設(shè)置PE線的投資往往較大。世上沒有最好的接地系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)具體情況選用適宜的接地系統(tǒng)。1.25TN-C-S系統(tǒng)的PEN線在建筑物電源進線處應(yīng)先接中性線母排，還是先接PE線母排.IEC標(biāo)準(zhǔn)要求TN-C-S系統(tǒng)在電源進線處〔例如總配電箱處〕PEN線必須先接PE母排，然后通過一連接板〔線〕接中性線母排，如圖1.25所示。這是因為如果連接板〔線〕導(dǎo)電不良，中性線電路不通，設(shè)備不工作，故障可及時發(fā)現(xiàn)加以修復(fù)，不致發(fā)生電氣事故。如PEN線先接中性線母排，如果連接板導(dǎo)電不良，則這時整個裝置內(nèi)的設(shè)備都失去PE線的接地，而設(shè)備仍工作正常，存在的不接地隱患將不被發(fā)現(xiàn)，這對人身平安是十分不利的，而人身平安則是頭等重要的。1.26“三相五線制〞是否就是TN-S系統(tǒng).否?！叭辔寰€制〞是我國建筑電氣技術(shù)中的一個錯誤的名詞。IEC標(biāo)準(zhǔn)對低壓配電系統(tǒng)有兩種獨立的分類體系：一是解答1.16中所述的接地系統(tǒng)分類；二是按配電系統(tǒng)中的相數(shù)和帶電導(dǎo)體數(shù)進展的分類，它被稱作帶電導(dǎo)體系統(tǒng)分類。所謂帶電導(dǎo)體是指正常工作時通過負(fù)載電流的相線和中性線，而不是指不帶負(fù)載電流的PE線。圖1.26所示為常見的幾種帶電導(dǎo)體系統(tǒng)。以我國通用的220／380V配電系統(tǒng)為例，圖1.26(a〕為220V單相兩線系統(tǒng)，例如給一套住宅供電的系統(tǒng)。圖1.26(b〕為220乃80V兩相三線系統(tǒng)，例如為減少電壓損失給庭園燈供電的系統(tǒng)。圖1.26(c〕為380V三相三線系統(tǒng)，例如給沒有控制回路的電動機配電的系統(tǒng)。圖1.26(d〕為380V單相兩線系統(tǒng)，例如給單相大功率電焊機之類的大功率單相設(shè)備配電的系統(tǒng)，注意勿將這一系統(tǒng)誤稱為兩相兩線系統(tǒng)。圖1.26(e〕為我國廣泛采用的220/380V三相四線系統(tǒng)，它用以給建筑物電氣裝置配電。圖126(f〕為有些興旺國家采用的120/240V兩相三線系統(tǒng)，它從變壓器240V二次側(cè)繞組的中點抽出一根中線，從而取得120V和240V兩種單相電壓。它多