探索低压配电系统:IT、TT和TN接地制度解析

陈哲玮 解决方案 2024-09-26 13 0

根据目前的国家标准《低压配电设计规范》(GB 50054-2011),低压配电系统包括IT系统、TT系统、TN系统三种接地形式。

  1. IT系统:

  • IT系统的第一个字母 "I" 表示电源端的中性点不直接接地,或者通过高阻抗接地。

  • 第二个字母 "T" 表示电气装置的外露可导电部分直接接地,但该接地点与电源端的接地点是独立的。

  • TT系统:

    • TT系统的第一个字母 "T" 表示电源变压器中性点直接接地。

    • 第二个字母 "T" 表示电气装置的外露可导电部分直接接地,并且该接地点是独立的。

  • TN系统:

    • TN系统的第一个字母 "T" 表示电源变压器中性点直接接地。

    • 第二个字母 "N" 表示电气装置的外露可导电部分与电源端的接地点有直接的电气连接。

    对于IT系统,它的特点在于电源中性点不直接接地,而是通过设备的外露可导电部分接地。虽然IT系统可以有中性线,但是国际电工委员会(IEC)强烈建议不设置中性线。这是因为如果在IT系统中设置了中性线,当N线的任何一点发生接地故障时,整个系统将失去IT系统的特性。

    IT系统的特点:

    1. 首次接地故障发生时,只有非故障相对地的电容电流流动,其大小微乎其微,外部导电部分对地电压不超过50V,无需立即中断故障回路,以确保电力持续供应;

    2. 发生接地故障时,地面电压升高1.73倍;

    3. 220V负载需要配备降压变压器,或者由外部电源专门供电;

    4. 安装绝缘监控器,适用于供电连续性要求较高的场所,如紧急电源和医院手术室等;

    5. IT方式供电系统在供电距离不太长的情况下,具有较高的供电可靠性和安全性。通常用于不允许停电的场所,或者对连续供电有严格要求的场所,如电力冶炼、大型医院手术室和地下矿井等;

    6. 使用IT方式供电系统,即使电源中性点未接地,当设备发生漏电时,单相对地漏电流仍然很小,不会破坏电压平衡,因此比接地系统更安全。但是,在供电距离较长时,需考虑供电线路与大地之间的分布电容;

    7. 在负载短路或漏电导致设备外壳带电时,漏电电流通过大地形成回路,保护设备不一定会触发动作,存在危险。只有在供电距离不太长的情况下,才相对安全。这种供电方式在工地上很少见。

    2、TT系统

    TT系统是一种电源中性点直接接地,同时用电设备外露可导电部分也直接接地的系统。一般来说,将电源中性点的接地称为工作接地,而设备外露可导电部分的接地称为保护接地。在TT系统中,工作接地和保护接地必须相互独立。设备接地可以是每个设备都有各自独立的接地装置,也可以是若干设备共用一个接地装置。

    TT系统的主要优点:

    1. 可以有效抑制高压线与低压线之间或配变高低压绕组间的绝缘击穿,从而减少低压电网出现的过电压现象。

    2. 对低压电网的雷击过电压具有一定的泄漏能力。

    3. 相比于低压电器外壳接地的情况,当电器发生碰壳事故时,可以降低外壳的对地电压,从而减轻人身触电危害的程度。

    4. 单相接地时接地电流较大,可以使保护装置(如漏电保护器)可靠动作,及时切除故障。

    TT系统的主要缺点:

    1. 低、高压线路雷击时,配变可能会发生正、逆变换过电压。

    2. 低压电器外壳接地的保护效果不及IT系统。

    3. 当电气设备的金属外壳带电时,由于接地保护的存在,可以减少触电危险,但低压断路器不一定能跳闸,导致漏电设备的外壳对地电压高于安全电压,属于危险电压。

    4. 当漏电电流较小时,即使有熔断器也不一定能熔断,因此需要额外的漏电保护器作为保护,这导致TT系统难以推广。

    5. TT系统的接地装置消耗大量钢材,且回收困难,需要费时费料。

    TT系统的应用:

    1. 由于接地装置位于设备附近,PE线断线的几率小,易于发现。

    2. 在TT系统设备正常运行时,外壳不带电,故障时外壳高电位不会传递至全系统,适用于对电压敏感的数据处理设备及精密电子设备的供电。

    3. TT系统能够降低漏电设备上的故障电压,但通常不能降低到安全范围内,因此必须装设漏电保护装置或过电流保护装置,优先考虑前者。

    4. 主要用于低压用户,即未装备配电变压器,从外部引进低压电源的小型用户。

    ◆ TN-C系统

    在TN-C系统中,PE线和N线的功能被整合到一根称为PEN线的导体中,这一线路既连接到负载中性点,也连接到设备外露的可导电部分。然而,由于其固有的技术缺陷,如今很少采用,特别是在民用配电领域,已经基本被禁止采用TN-C系统。

    TN-C系统的特点:

    1. 当设备外壳带电时,接零保护系统可以将漏电电流提升为短路电流,实际上是对地的单相短路故障,这将导致熔丝熔断或自动开关跳闸,从而使故障设备断电,提高了安全性。

    2. TN-C系统仅适用于三相负载基本平衡的情况,如果三相负载不平衡,工作零线上将出现不平衡电流,导致对地电压的存在,因此与保护线连接的电气设备金属外壳可能会带有一定电压。

    3. 如果工作零线断线,那么保护接零的设备外壳可能会带电。

    4. 如果电源的相线接地,设备的外壳电位将升高,使中线上的危险电位扩散。

    5. 在TN-C系统中使用漏电断路器时,所有重负载接地必须拆除,否则漏电开关将无法合闸;此外,工作零线在任何情况下都不能断开。因此,在实际应用中,工作零线只能在漏电断路器的上侧重复接地。

    ◆ TN-S系统

    在TN-S系统中,中性线N与TT系统相同。然而,与TT系统不同的是,用电设备外露的可导电部分通过PE线连接到电源中性点,与系统中性点共用接地体,而不是连接到独立的接地体。中性线(N线)和保护线(PE线)是分开的。TN-S系统的最显著特征是N线与PE线在系统中性点分开后,不得再有任何电气连接,一旦这一条件被破坏,TN-S系统便不再成立。

    TN-S系统的特点:

    1. 在系统正常运行时,专用保护线上没有电流,只有工作零线上可能有不平衡电流。PE线对地没有电压,因此电气设备金属外壳接地保护是通过专用的保护线PE实现的,非常安全可靠。

    2. 工作零线仅用于单相照明负载回路。

    3. 专用保护线PE不允许断线,也不允许连接到漏电开关。

    4. 可在干线上使用漏电保护器,因此TN-S系统的供电干线上也可以安装漏电保护器。

    5. TN-S方式供电系统具有安全可靠的特性,适用于工业和民用建筑等低压供电系统。

    ◆ TN-C-S系统

    TN-C-S系统是TN-C系统和TN-S系统的结合形式。在TN-C-S系统中,从电源出来的那一段采用TN-C系统。因为在这一段中无用电设备,只起电能传输作用。到达用电负荷附近某一点处,将EN线分开形成单独的N线和PE线。从这一点开始,系统相当于TN-S系统。

    TN-C-S系统的特点:

    1. TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压,但不能完全消除这个电压。这个电压的大小取决于负载不平衡的情况和线路的长度。要求负载不平衡电流不能过大,并且在PE线上应该进行重复接地。

    2. 在任何情况下,PE线都不能进入漏电保护器,因为线路末端的漏电保护器动作会导致前级漏电保护器跳闸,造成大范围停电。

    3. 对于PE线,除了在总箱处必须和N线连接外,在其他各分箱处都不得将N线和PE线相连接。PE线上不得安装开关和熔断器。

    实际上,TN-C-S系统是在TN-C系统上的一种变通做法。当三相电力变压器的接地情况良好,三相负载比较平衡时,TN-C-S系统在施工用电实践中效果还不错。但是,在三相负载不平衡或建筑施工工地使用专用的电力变压器时,必须采用TN-S方式供电系统。

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