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1、浅谈低压供电系统的几种供电方式国际电工委员会(IEC)标准规定,低压供电系统按照其形式不同,可分为 TT 供电系统、TN 供电系统和 IT 供电系统。现在将此 3 种供电系统作一个简单的论述 ,并进行综合比较。1 供电系统符号的意义第一个字母表示电力(电源)系统的对地关系。T 指中性线直接接地;I 指所有带电部分与大地绝缘或高阻抗(经消弧线圈)接地。第二个字母表示用电装置处外露的可导电金属部分与大地的关系。T 指用电设备外露可导电金属部分与大地有直接的电气连接,而与低压系统的任何接地点无关;N 指用电设备外露可导电金属部分与低压系统的接地点有直接的电气连接。第三个字母表示工作零线与保护线的组合
2、关系。S 指整个电力系统工作零线(N 线)与保护线(PE 线)是严格分开的;C 指整个电力系统工作零线与保护线是共同使用的即 PEN 线;(CS)指系统中有一部分工作零线与保护线是共同使用的。2 供电的基本方式 2.1 TT 供电系统的电源中性点直接接地,并且引出中性线 (N),称作三相四线制系统,此系统的用电设备的外壳可导电金属部分通过设备本身的保护接地线(PE)与大地直接连接,称为保护接地系统。常见的各种低压交流(220/380V,50Hz)供电系统有:IT、TN一 C、TN 一 S、TN 一 C 一 S、TT 供电系统。供电的安全性指供电配电时不能伤害人或损坏设备。可靠性指在一定条件和时
3、间内连续供电的能力。这是电源系统中的一对矛盾，当人身与设备安全性受到危险时，需要切断电源;而切断电源又对用电设备连续供电产生影响。以下对供电系统常用的五种交流电源系统及接地方式进行介绍，并在安全性与可靠性分析进行比较。IT 供电系统及接地方式IT 系统是三相三线式供电及接地系统，该系统变压器(或发电机组三相输出)中性点不接地或经高阻抗接地，无中性线(俗称零线)N，只有线电压(380V)，无相电压(220V)，电器设备保护接地线(PE 线)各自独立IT 系统在供电距离不长时，供电可靠性高，安全性好。电源侧也可采取中性点经高阻抗接地。IT 系统在一相接地时，单相对地漏电电流小，不破坏电源的电压平衡
4、。一般用于不允许停电的场所，或是严格要求连续供电的地方。如果一相发生接地故障，通过熔断器 F 等可以切断该相，其它两相可以供电。而且，用电设备有接地保护，当单相绝缘损坏碰到外壳，使金属外壳呈带电状态时，人员触及带电金属外壳可以避免触电事故的发生。这是因为电流经过两条并联电路流通，一路通过接地线、大地，另一路是通过人体、大地。由于接地电阻(要求不超过 4，最大不超过 10)比人体电阻(最小 l000)小得多，所以大部分电流通过接地体入地，只有很小部分电流通过人体，即通过人体的电流不超过人体安全电流，从而保护了设备和人员安全。此时中性点漂移，另外两相对地电压将升高为 380V，也就是说，另外两相原
5、来对地电压为 220V,一相接地故障发生时，另外两相对地电压升高为 380V。但各相间电压(线电压)仍然对称平衡，因此，三相用电设备仍可以继续运行。为防止非接地相再有一相发生接地，造成两相短路，所以规程规定单相接地时继续运行时间不得超过 2 小时。如果不及时排除故障，绝缘设施长时间承受过高电压将导致事故。当中性点不接地系统单相接地电流超过规定值时，为了避免产生断续电弧，避免引起过电压或造成短路，减小接地电弧电流并使电弧容易熄灭，中性点应经消弧线圈接地。消弧线圈实际上就是电抗线圈。假设，C 相对地短路，由于中性点接地电抗的存在，感性对抗电流滞后 90。，而线路分布电容电流超前 90，从而有效减小
6、了短路电流的电弧，如图 2 所示。TT 供电系统由于没有配中性线 N，不适台于有单相用电的通信设备。这种设备只适合有特殊要求的场所，如电力炼钢、重要的手术室、重要的实验室、地下矿井或坑道指挥所、重要通信枢纽特定设备等，该供电系统对用电设备的耐压要求较高。另外，中性点直接接地的情况又是怎样的呢?中性点直接接地系统发生单相接地时，通过接地中性点形成单相短路，产生很大的短路电流，保护单元动作切除故障线路，使系统的其他部分正常运行。由于中性点直接接地，发生单相接地时，中性点对地电压为零，非接地的相对地电压不发生变化。3TN-C 供电系统及接地方式TN 系统的电源中性点直接接地，并引出有中性线 N 线、
7、保护线 PE 线或保护中性线 PEN 线，属于三相四线制系统。如果系统中 N 线与 PE 线全部合为 PEN 线，则系统称为 TN 一C 系统。如果系统中 N 线与 PE 线全部分开，则系统称为 TN 一 S 系统。如果系统中前一部分 N 线与 PE 线合为 PEN 线，而后一部分N 线与 PE 线全部分开则称为 TN 一 C 一 S 系统。TN 系统中设备发生单相碰壳漏电故障时，会形成单相短路回路，因该回路内不包含任何接地电阻，整个回路内阻抗很小，短路电流很大，足以保证在最短的时间内熔断熔丝，保护装置或自动开关跳闸，从而切除故障设备的电源，保障人身及设备安全。TN 一 C 供电系统常称为三相
8、四线制供电系统，该系统中性线N 与保护接地线 PE 合二为一，即其工作零线兼作保护线，通称为PEN 线，极不稳定，造成中性线接地电位漂移。不但使设备外壳带电，对人身不安全，而且由于在电位基准点上叠加了这个漂移电位，从而使以其为基准电位的电子设备受到噪声电压的干扰，增加了话音的噪声电平，使设备工作不稳定。因此，TN-C 系统不应作为通信枢纽的供电及接地方式。4TN-S 供电系统及接地方式TN 一 S 供电系统有五根线，即三根相线 U、V、W，一根中性线 N 和一根保护接地线 PE，电力系统仅一点接地，用电设备的外露可导电部分(如外壳、机架等)接 PE 线，这种供电系统对接地故障灵敏度高，线路经济
9、简单。在一般情况下，只要选用适当的开关保护装置和足够的导线截面积，就能满足安全要求。目前，采用这种供电系统的比较多，适用于三相负荷比较平衡且单相负荷容量较小的场所。使用该系统时不能有些设备接零保护、有些设备接地保护，这是非常危险的。因为一旦接地设备发生相线绝缘损坏时，而保险丝熔断电流叉较大，不能及时切断故障部分电器，接零设备的外壳将带危险电压。所以，应特别注意不能接地、接零混用。在通信枢纽中由于存在一定数量的单相负载，难以实现三相负载平衡。PEN 线上的不平衡电流，加上线路中存在着开关电源或整流器产生的三次谐波电流及荧光灯等引起的高次谐波电流，在非故障情况下，会在中性线 N 上叠加，且电流时大
10、时小。TN 一 S 供电系统的特点是，中性线 N 与保护接地线 PE 除在变压器中性点共同接地外，两线不再连接。中性线 N 在三相负载不平衡时有电流流过，而 PN 线在正常情况下没有电流流过。该供电系统接地后完金具备安全性和可靠性。在建筑物或军事设施内设有独立变配电所时常用该系统。只是多了一根 PE 线，增加了工程投资费用。另外因 PE 线上不流过电流，该系统有较强的电磁适应性。TN 一 S 系统可以作为通信枢纽等优选供电及接地系统。5TN-C-S 供电系统及接地方式TN 一 C 一 S 供电系统由两个接地系统组成，前部分有四根线，是 TN 一 C 供电系统;后部分有五根线，是 TN 一 S
11、供电系统。分界点在 N 线与 PR 线的连接点处，分开后就不允许再合并。这种供电系统一般用在民用建筑物的供电由区域变电所引来的场所。迸户前采用 TN-C 供电系统，迸户后变成了 N-S 供电系统。目前，新建通信及其它设施中也常见。由于该系统 PEN 线上正常工作时有电流，使系统的 PE 线上和接于 PE 线上的电气设备金属外壳有对地电压存在，只是该系统 PEN 线多是系统干线，阻抗小，对地电压较低。因此，这种系统接地方式不适宜作为通信枢纽最佳供电系统及接地方式。6TT 供电系统及接地方式通常称 TT 供电系统属于三相四线制供电接地系统。该系统常用于设备供电来自于公用电网的地方，民用郊区较常见。
12、TT 供电系统的特点:中性线 N 与保护地线 PE 无电气连接，即中性点接地与 PE 线接地是分开的，因此设备的外壳与电源的接地无直接联系。即设备的外露可导电部分均与系统接地点无关，各自的接地装置单独接地。设备外壳是地电位，不会产生火花或电弧，因此较为安全。但当接地发生故障时，接地电流需流过设备接地电阻 Re 和电源中性线接地电阻 Rn，回路阻抗较大，故障电流比 TN 供电系统小，降低了线路保护装置的动作灵敏度。该系统在正常运行时，不管三相负载是否平衡，在中性线 N 带电的情况下，PE 线均不带电，当设备发生一相(线)绝缘损坏，将导致设备外壳上带有电压。此时如有人员触接中性点连接线或与此中性线
13、相连的设备外壳都不安全，并且其余两相对地电位也将上升超过 300V，所以，这种供电系统必须特别注意合理配置高灵敏度的过流保护装置。当相线与外壳相碰时，因为线路电阻很小，W 相电压就几乎全部加在两个接地电阻电源中线点接地电阻 Rn，保护接地电阻Re)上，按照接地电阻规程规定，这两个电阻都不得超过 4(有些地区实际上要求不超过 10)，所以，接地短路电流值可由下式求得I1=U/(Re+Rn)=220/(4+4)=27.5(A)I2=U/(Re+Rn)=220/(10+10)=11(A)对应单相的电功率为 P=Ulcos=220110.8=1936(W)27.5A 电流可以使额定电流 10A 的熔丝
14、熔断(熔丝通过大于额定电流 3 倍以上才能迅速熔断)，切断电源,IIA 电流可以使额定电流 4A 的熔丝熔断切断电源，从而防止触电事故发生。但是对于熔丝额定电流大于 10A 的用电设备，这个短路电流就不能便其迅速熔断，这样 Rn 和 Re 上都有 110V 的电压，即所有与该接地装置相连的电气设备的金属外壳，对地郡有 110V 电压。当人体与设备金属外壳接触时，会发生触电。所以这种系统可以在小功率范围使用，如不超过 1kW 时是可靠的。另外，该系统故障电流较小时可以通过加装漏电保护开关来弥补，以完善保护接地的功能。由上述可见，保护接地适用于中性点没有接地的电源供电系统中的电气设备，对于电源中性点接地的供电电网中，保护接地有局限性。为了保护电气设备，使熔断器等保护设备可靠动作，避免触电危险，中性点接地时采用保护性接零，如 TN 供电系统。值得注意的是，在一个地区应使用同一种供电系统，不可同时混用多种供电系统，以确保用电设备安全可靠运行
