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文檔簡介
接零保護(hù)和TN系統(tǒng)
1引言
人身觸電事故的發(fā)生,一種狀況是人體直接觸及或過分靠近設(shè)備
的帶電部分,即直接接觸觸電;另一種狀況是人體接觸平常不帶電,
因絕緣損壞而帶電的電氣設(shè)備的外露金屬部分(如金屬外殼、金屬護(hù)
罩、金屬構(gòu)架等),即間接接觸觸申I。接地與接零是進(jìn)行間接接觸觸
電的防護(hù)而采用的兩項(xiàng)保護(hù)性接地措施,是電氣安全技術(shù)中兩個重要
的基本概念。
2TN系統(tǒng)
我國380/220V低壓配電網(wǎng)廣泛采納中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方
式。依據(jù)國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn),低壓配電網(wǎng)中性點(diǎn)工作制度有3
種:TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。其中依據(jù)各國不同的做法,TN系
統(tǒng)又分為TN-S、TN-C、TN-C-S三種型式。TN-S系統(tǒng)的特征是中性線
(N線)和保護(hù)線(PE線)嚴(yán)格分開,又稱三相五線制系統(tǒng),見圖1。
圖1TN-S系統(tǒng)
TN-C系統(tǒng)的特征是將N線和PE線的功能合在一根保護(hù)中性線
(PEN線)上,故又稱為三相四線制系統(tǒng),或稱為接零保護(hù)系統(tǒng),這
根PEN線在我國通稱為“零線〃,俗稱“地線〃,見圖2。
圖TN-C系統(tǒng)
TN-C-S系統(tǒng)中有一部分其N線和PE線結(jié)合成PEN線,有一部分
N線和PE線全部或部分分開。N線的功能是:供單相設(shè)備使用,傳導(dǎo)
三相系統(tǒng)中的不平衡電流,減上三相負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。而PE
線的功能則是保證人身安全,防止發(fā)生觸電事故。TN-C系統(tǒng)在我國
的工廠企業(yè)和居民住宅中是一種常用的中性點(diǎn)工作制度。
3接地保護(hù)型式在TN系統(tǒng)中運(yùn)用的局限性
接地保護(hù)是為防止因電氣設(shè)備絕緣損壞而使人體有遭受觸電的
危險,將電氣設(shè)備E常狀況下不帶電的外露金屬部分(如金屬外殼)
與接地體作直接的電氣連接。其基本原理是限制漏電設(shè)備外殼對地電
壓,使之不超過安全范圍。有人認(rèn)為在TN系統(tǒng)中采納接地保護(hù)型式
可以保證人身安全,這種看法是不對的。
在TN系統(tǒng)中,電氣設(shè)備的金屬外殼采納接地保護(hù),一般僅能減
輕觸電的危險程度,并不能絕對保證安全。分析如下:見圖3(a)
所示中性點(diǎn)直接接地低壓電網(wǎng),當(dāng)一相碰殼使設(shè)備外殼帶電時,假設(shè)
人體觸及設(shè)備外殼,則有接地短路電流流經(jīng)人體電阻和接地電阻,并
通過中性點(diǎn)形成回路,其等值電路見圖3(b)。假設(shè)中性點(diǎn)接地電阻
Ro和保護(hù)接地電阻Rd均為4Q,人體電阻Rr約1000。,在計算流
經(jīng)接地體的電流Id時可忽略不計Rr的影響,則流經(jīng)人體的電流Ir
約為:
I廠Ur/Rr=IdRd/Rr=UxRd/(Rd+Ro)Rr=100mA
圖3中性點(diǎn)直接接地配電網(wǎng)保護(hù)接地分析
設(shè)備的接地,一般可區(qū)分為保護(hù)性接地和功能性接地;保護(hù)性接地又
可分為接地和接零兩種型式。可見嚴(yán)格意義上講不應(yīng)再采納“保護(hù)接
零〃一詞。
接零保護(hù)是為防止因電氣設(shè)備絕緣損壞而使人體有遭受觸電的
危險,將電氣設(shè)備E常狀況下不帶電的外露金屬部分(如金屬外殼)
與電網(wǎng)的保護(hù)線(PE線或PEN線)相連接。當(dāng)一相碰殼而使接零設(shè)
備金屬外殼帶電時,單相接地短路電流通過該相線和PE(PEN)線形
成回路,而不經(jīng)過電源中性點(diǎn)接地裝置,見圖4。由于故障回路相線、
PE(PEN)線阻抗很小,所以單相短路電流很大,它可使線路上的保
護(hù)裝置〔如熔斷器、開關(guān)等)迅速動作,從而切除漏電設(shè)備電源,以
起到保護(hù)作用。接零保護(hù)適用于TN系統(tǒng),一般和熔斷器、脫扣器等
配合。需要注意的是,“接零〃的概念是指將設(shè)備金屬外殼接到PE線
和PEN線上,而不是接到N線上。
圖4保護(hù)按零原理
-C系統(tǒng)中采納接零保護(hù)應(yīng)注意的問題
經(jīng)驗(yàn)說明,在TN-C系統(tǒng)中,除電源中性點(diǎn)必須采納工作接地外,
零線應(yīng)在規(guī)程規(guī)定的地點(diǎn)采納重復(fù)接地,見圖5。重復(fù)接地電阻與工
作接地電阻構(gòu)成零線的并聯(lián)分支,降低了相線一零線回路電阻,當(dāng)發(fā)
生一相碰殼時,使短路電流增大,加速保護(hù)裝置的動作,可縮短故障
的繼續(xù)時間;另重復(fù)接地還可限制漏電設(shè)備的對地電壓和零線上的電
壓降。
圖5TN—C系統(tǒng)重復(fù)接地
4.2.2零線(PEN線)斷線問題
假設(shè)零線斷線,如不采納重復(fù)接地,那么在斷線點(diǎn)后有一臺設(shè)備
發(fā)生碰殼時,則斷線點(diǎn)后所有接零設(shè)備金屬外殼對地電壓均接近于相
電壓,這是很危險的,見圖4。采納重復(fù)接地,斷線點(diǎn)后的接零設(shè)備
就成為接地設(shè)備,重復(fù)接地此時起到后備保護(hù)的作用。另零線斷線時,
假設(shè)三相負(fù)荷不平衡,則會使負(fù)荷中性點(diǎn)電位嚴(yán)重漂移,造成三相電
壓不對稱從而燒壞亙相設(shè)備。零線不應(yīng)在短路電流的作用下發(fā)生斷
線,并為防止零線斷線,零線上不得單獨(dú)安裝熔斷器、開關(guān)裝置。假
設(shè)采納自動開關(guān),只有當(dāng)過流脫扣器動作后能同時切除相線時,才同
意在零線上裝設(shè)過流脫扣器。當(dāng)相線(鋁絞線或鋼芯鋁絞線)截面為
70mniVsup>2V/sup>以下時,零線截面與相線截面相同;相線截面
在70mm<sup>2V/sup>及以上時,零線截面不宜小于相線截面的
50%o
當(dāng)三相負(fù)荷不立衡時,不平衡電流在零線上產(chǎn)生電壓降,另一方
面由于大量非線性電氣設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波電流也疊加到零線上,即
使零線沒有斷線,同時也沒有設(shè)備漏電,如人體接觸零線或設(shè)備金屬
外殼,也會產(chǎn)生麻電的感覺。重復(fù)接地可減輕這種麻電現(xiàn)象。
電氣設(shè)備的金屬外殼,必須采納單獨(dú)的引線同零干線作可靠的連
接。三相380V四孔插座和單相220V三孔插座的保護(hù)接零極(PE線
極)也應(yīng)單獨(dú)引線接到零干線上(并聯(lián)的形式)。不能將三孔插座的
保護(hù)接零極(PE線極)直接與工作零線極(N線極)相連,這樣連接
假設(shè)工作零線松扣脫落時,就會使設(shè)備的金屬外殼帶相電壓;并且此
時如將工作零線(N線)和相線(L線)接反,也會使設(shè)備的金屬外
殼帶相電壓,從面造成人身觸電事故。如圖6所示,即為插座的錯誤
接法。此時假設(shè)三孔插座的工作零線發(fā)生斷線,則接在三孔插座上的
單相設(shè)備不但不能E常工作且其金屬外殼存在相電壓,而接在四孔插
座上的三相設(shè)備是能工作但其金屬外殼也帶有相電壓。
在同一臺變壓器或發(fā)電機(jī)供電的低壓電網(wǎng)中,不同意將接零保護(hù)
與接地保護(hù)混合使月。這樣做的后果是如果接地設(shè)備發(fā)生漏電而熔斷
器未及時熔斷時,會使整條零線上出現(xiàn)危險的電壓,從而使所有接零
設(shè)備的金屬外殼也同時出現(xiàn)危險電壓,(如采納第3段中的數(shù)據(jù),則
該電壓達(dá)110VJ
圖6三孔插座和四孔插座的錯誤接法
5TN—C系統(tǒng)存在的缺陷
過去我國對民月建筑特別是居民住宅一直采納以TN-C型式單
相兩線入戶的居多。隨著人民生產(chǎn)水平的提升,家用電器的增多,原
先符合住宅制定規(guī)范的TN-C系統(tǒng)已不能保證電氣安全的要求。TN
—C系統(tǒng)的缺陷主要表現(xiàn)在:
門)現(xiàn)在的家用電器大多采納單相三孔插頭,而很多地方
單相三孔插座的PE線極卻是虛設(shè)的,并未單獨(dú)引接PEN線,結(jié)果用
戶在處理時有的干脆就不接線,有的將插座的PE線極與N線極直接
相連,也有的用一根導(dǎo)線將PE線極引接到電網(wǎng)PEN線上或四周的自
然接地體上,等等。這些處理方法都存在安全隱患。
(2)按《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ46-88)要
求:短路電流應(yīng)大亍熔斷器額定電流的4倍,但此時熔斷時間卻為
10~15S。顯然保險絲在規(guī)定時間內(nèi)熔斷,仍然不能滿足保證人身安全
的要求。
〔3〕由于三相負(fù)荷不平衡和高次諧波的影響而使PEN線和
接零設(shè)備金屬外殼浮現(xiàn)較高的電位,產(chǎn)生麻電現(xiàn)象。雖采納重復(fù)接地
可減輕此現(xiàn)象,這和現(xiàn)象一般也有能造成人身傷亡,但可能會對地引
起火花,故不適宜在居民住宅、醫(yī)院、計算機(jī)中心等場所使用。
[4)對零線(PEN線)斷線所帶來的危害,即使采納了重
復(fù)接地的措施,也不能完全消除。
(5)假設(shè)碰殼設(shè)備容量較大、距離電源較遠(yuǎn),相線一零線
回路電阻較大,短路電流較小,保護(hù)裝置不能迅速動作,故障設(shè)備電
源不能及時切除,PEN線和設(shè)備金屬外殼就會長期帶電。雖采納重復(fù)
接地,但仍不能完全消除危險。
[6)由于零線[PEN線)不同意切斷,不能作電氣隔離,
故在電氣檢修時可能因零線對地帶電壓而引起人身傷亡事故。
(7)容易將相線和零線接錯,或者因互換而引起設(shè)備外殼
帶電。在同一系統(tǒng)中,容易出現(xiàn)保護(hù)接地與按零同時存在的狀況等等。
由于上述原因,《住宅制定規(guī)范》(GB50096-1999)規(guī)定了居民住
宅應(yīng)采納TT系統(tǒng)(三相四線制、接地保護(hù)系統(tǒng))、TN-C-S系統(tǒng)(部
分接零、部分為三相五線制)或
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