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低压配电接地形式TN系统详解

时间:2017-10-05 19:55 来源:电工之家
【摘要】低压接地系统的接地分成两部分,一是电源侧的接地,二是负载侧,即电气设备的接地。如果电源侧中性点直接接地,电气设备外露导电部分通过PE线(或PEN线)与电源接地中性点作金属性连接,则此低压系统称为TN接地系统。 1. TN-S系统 如果从电源中性点引出专用保......

低压接地系统的接地分成两部分,一是电源侧的接地,二是负载侧,即电气设备的接地。如果电源侧中性点直接接地,电气设备外露导电部分通过PE线(或PEN线)与电源接地中性点作金属性连接,则此低压系统称为TN接地系统。
1. TN-S系统
如果从电源中性点引出专用保护线(PE线),中性线N与保护线PE在电源中性点分开,之后二者不再相连,则此低压系统称为TN-S接地系统,如下图所示: 


TN-S系统中的中性点N和保护线PE在整个过程中各自独立分开敷设,但在电源端两者合并在一起接入电源设备的中性点,电源设备的中性点直接接地。TN-S系统为三相四线制带电导体系统。
2. TN-C系统
如果中性线N与保护线PE二者合用一根导体,此导体为PEN线,电气设备外露可导电部分通过PE线接入PEN线,则此低压系统称为TN-C接地系统。如下图所示。 

TN-C系统中的中性线N和保护线PE在整个过程中作为PEN导线敷设,TN-C系统属于三相四线制带电导体系统。该系统要求在用电设备的内部范围内设置有效的等电位环境,且需要均匀地分布接地极,所以TN-C能同时承载三相不平衡电流和高次谐波电流。为此,TN-C的PEN线应当在用电设备内与若干接地极相连,即重复接地;其次,当TN-C系统的用电设备端PEN线断线后则外壳将带上与相电压近似相等的电压,(http://www.dgzj.com/ 电工之家)其安全性较低。为了消除这种影响,也要求在PEN线上采取重复接地的措施。正是因为TN-C采取了PEN线重复接地的措施,使得系统不能使用剩余电流动作保护装置。
值得注意的是,TN-C系统的PEN线定义中,“保护线”的功能优于“中性线”的功能。所以PEN线首先接入用电设备的接地接线端子,然后再用连接片接到中性线端子。
3. TN-C-S系统
如果从电源中性点N线与PE线合用一段,然后再分出N线与PE线,且分开后不再合并,则此低压系统称为TN-C-S接地系统。 

TN-C-S系统的TN-C部分适用于不平衡负载,而TN-C-S系统的TN-S部分适用于平衡负载。TN-C-S系统可以配套使用剩余电流动作保护装置,只是后部的TN-S系统其PE线不能穿过剩余电流动作保护装置的零序电流互感器铁芯。
4. TN系统的应用及优缺点
TN系统在我国占主导地位,无论是工厂、机关,还是商住大厦、居民小区,几乎毫无例外地采用此种接地系统。
在早期我国配电设计中,TN系统应用比较广泛,尤其是工厂中的大型车间内由变压器低压侧树干式配电方式,大都采用TN-C方式,也就是变压器经出口总开关后,以铝排作干线跨屋架或沿屋架明设。为了解决PEN干线的末端发生接地故障,短路电流比较小,使变压器低压侧保护开关无法跳开的问题,在PEN干钱加装电流互感器,通过电流继电器、中间继电器等元件来跳开低压总开关,即采用零序保护来解决。
目前干线不再采用明敷裸铝母排,而是采用母线槽了。如果采用四线式母线槽,其中一线为PEN线。若采用五线式母线槽,则N线与PE线分开。
有的母线槽金属壳体为铝合金的,这样采用铝合金外壳作PE干线,内置四根导体,分别作相线及中性线,这样也可组成TN-S系统。从严格意义上来说,目前我国尚未有绝对的TN-S系统,因为配电变压器低压端子只有L1、L2、L3及O端子,即使从变压器O端子分别引出PE线及N线,由于低压中性点在变压器壳体内部,从中性点至变压器的O端子这段导体实际上N线与PE线共用了,应当是PEN线,严格来讲,这种情况应属于TN-C-S系统。
在实际应用中,有时从变压器O端子分出PE线及N线不方便,因为尚有中性点接地线也从此桩头引出直接与接地极相连,O桩头接线太多,不易施工。也可以从变电所的低压总开关柜上再分出PE线及N干线。如果从变压器O端子至总开关柜这一段导体看成PEN干线,则此系统为TN-C-S系统。如果此段距离小,不平衡电流在其上的压降可以忽略不计。在低压总柜上PEN干线电位与变压器中性点电位基本相同,此种接线虽然在低压总柜分出N干线与PE干线,但也可以看作是TN-S系统。
TN系统的优越性是可引出N线,这样单相及三相负荷均可一台变压器供电,可采用过流保护兼作接地故障保护,在一定程度上省掉了价格昂贵的漏电断路器。目前大量采用TN系统,但不能就认为此系统有多优越。TN系统也有不易克服的缺点,如三相供电时,各相负荷不平衡时,若中性线断裂,会造成负荷小的相电压升高,而负荷大的相电压降低,这样有的设备无法正常工作,有的设备因电压高而被烧坏。TN系统还有其不足之处是转移高电位。例如低压侧一相落地后,电流通过落地处的接地电阻及变压器中性点的接地电阻流回,在中性点的接地电阻上产生的压降会沿着与中性点相连的PEN干线、PE线传至各处,这种电压危险连漏电开关也无能为力了。另外,若因种种原因造成高压侧接地故障电流通过变压器低压中性点的接地电阻,也会产生对人有危险的压降且沿PEN线、PE传播,为了降低此种电压的数值,只得降低变压器中性点的接地电阻值或采取总等电位措施,但这会增加投资,有时在高土壤电阻率地区是无法实现的。
TN系统采用过流保护兼作接地保护方案,在有些情况下是行不通的,比如所带负荷比较小,按载流量选择导体截面时也随之减小,但线路较长时,末端发生接地故障时。首端的保护电器的过流脱扣器可能不动作,或熔断器也不能在规定时间切除故障。若采取过流保护切除接地故障,即使开关的保护灵敏度能达到要求,在故障点往往产生电弧,电弧是引发电气火灾的主要原因。对安全要求高的场所或连续供电要求高的场所,TN系统是不适宜或不允许采用的