低壓供電系統(tǒng)的分析

王赟赟 顧國君

摘 要：國際電工委員會規(guī)定供配電系統(tǒng)可分為TN，IT，TT三種，其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種表現(xiàn)形式。不同的供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點及其適應的環(huán)境各有不同，本文我們將對其進行細致討論，希望能給讀者帶來一定的幫助。

關鍵詞：TN；IT；TT

供電系統(tǒng)就是由電源系統(tǒng)和輸配電系統(tǒng)組成的產(chǎn)生電能并供應和輸送給用電設備的系統(tǒng)。國際電工委員會規(guī)定供配電系統(tǒng)可分為TN，IT，TT三種，其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S、TN-C-S三種表現(xiàn)形式。不同的供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點及其適應的環(huán)境各有不同，我們應該因地制宜地進行選擇。

1 低壓供電系統(tǒng)的基本形式及其特點

本文中我們以國際電工委員會（IEC）作出的統(tǒng)一規(guī)定為準，即供電系統(tǒng)分為：TT系統(tǒng)，TN系統(tǒng)（其中TN系統(tǒng)分為TN-S、TN-C和TN-C-S）和IT系統(tǒng)三類。

1.1 三類供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點

（1）TT供電系統(tǒng)即電源中性點直接接地，負載設備外殼各自單獨接地而與系統(tǒng)如何接地無關。

此系統(tǒng)需要注意三點：①如電氣設備的金屬外殼帶電（相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電）時，由于有接地保護，可大大降低觸電的危險，但有時漏電電流比較小，熔斷器和低壓斷路器不一定能立即保護動作。此系統(tǒng)中，電源相電壓為220V，如果按電源中性點工作電阻4Ω計算，則故障回路將產(chǎn)生I=U/R=27.5A的電流。這么大的故障電流，對于容量較小的電氣設備所選用的熔絲會熔斷或斷路器跳閘。但對于大容量的電氣設備，不能保證保護裝置能自動切斷，而需要另加零序電流繼電器來補償；②當發(fā)生單相對地時，其它兩相對地電壓不會升高，所以各相對地絕緣水平取決于相電壓，這就大大降低了電網(wǎng)的建設和維護成本；③此供電系統(tǒng)接地裝置分散、耗用鋼材多、施工較為困難。

（2）TN供電系統(tǒng)即電源中性點直接接地，負載設備金屬外殼采用保護接零。分為TN-S，TN-C，TN-C-S三種表現(xiàn)形式。

此系統(tǒng)需要注意七點：①在TN-S系統(tǒng)中PE線和N線是分開的，正常時PE線不通過電流，所以電氣設備金屬外殼正常運行時不帶電，適用于精密儀器的供電，也可用于防爆場合；②TN-C系統(tǒng)中N線與PE線合并為PEN線，對于單相負荷及三相不平衡負荷的線路，PEN線中總有電流通過，產(chǎn)生的壓降將會呈現(xiàn)在電氣設備的金屬外殼上。所以，此系統(tǒng)不能用于精密儀器的供電和防爆場合；③TN-C-S系統(tǒng)自PE線和N線分開后，不能再合并，且N線應對地絕緣；④TN系統(tǒng)中，當電氣設備的金屬外殼帶電（相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電）時，就會形成單相短路回路。因該回路內不包含任何接地電阻，整個回路的阻抗很小，故障電流很大，足以保證在最短的時間內使熔絲熔斷，斷路器跳閘，從而切斷故障設備的電源，保障人身安全；⑤TN系統(tǒng)中PEN或PE線需要重復接地，防止當PEN或PE線斷線時發(fā)生外殼帶電故障時斷點處不能和大地形成大電流回路，同時也防止PEN或PE線斷線時會引起其它保護接零用電設備外殼帶電引起觸電安全問題；⑥在TN-S系統(tǒng)中PE線需要重復接地，而N線是不能重復接地的。因為如果工作零線重復接地，設備碰殼短路時，一部分電流就可能分流至重復接地點，會使保護裝置不能可靠動作，使故障擴大化，且會引起雜散電流；⑦無論是TN-C-S系統(tǒng)還是TN-S系統(tǒng)，TN-C系統(tǒng)，在同一電源供電的范圍內，所有的PE或PEN線都是連通的，因此在TN系統(tǒng)內PE線或PEN線上的故障電壓可在各個裝置內互竄，對此需采取等電位聯(lián)結措施加以防范，以免故障電壓的傳導引起事故。正因如此，各類TN系統(tǒng)不宜用于路燈、施工場所、農(nóng)業(yè)用電等無等電位聯(lián)結的戶外場所。

（3）IT供電系統(tǒng)即電源側不接地或經(jīng)過高阻抗接地，負載金屬設備外殼各自單獨接地而與系統(tǒng)如何接地無關。

此系統(tǒng)需要注意三點：①此系統(tǒng)一般不引出零線，系統(tǒng)內沒有單相220V電源，為此需安裝380/220V降壓變壓器來供給控制回路、照明回路等單相用電設備，以代替中性線的配出；②當發(fā)生一相接地故障時，不管是電源側不接地，還是電源側經(jīng)過高阻抗接地，故障電流都是非常小的，不足以使熔斷器熔斷或斷路器跳閘；③此系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，三相之間的電壓基本不變，且不會使保護裝置動作，系統(tǒng)中的三相設備能繼續(xù)正常運行，但是由于非故障相對地電壓會升高為線電壓，容易引起絕緣損壞，從而引起兩相或三相短路，造成事故。因此，電力系統(tǒng)規(guī)定，單相接地故障運行時間一般不超過2小時。且當發(fā)生單相接地故障時，應發(fā)出報警信號，即加以漏電保護報警裝置，提醒相關人員注意，及時處理。

1.2 總等電位聯(lián)結的實施

所謂接地，除了前面講到的電氣回路導體或電氣設備導電外殼與大地的連接，還有一種含義就是指需接地部分與代表大地的一導體相連接，這時以該導體的電位為參考電位而不是以大地的電位為參考電位。例如飛機內電氣系統(tǒng)與金屬機身的連接、汽車內電氣系統(tǒng)與金屬車身的連接以及建筑物的一些金屬部分作等電位聯(lián)結系統(tǒng)來代替大地。前者往往對接地的電阻有要求，后者因不取大地電位為參考電位，通常不提對接地電阻的要求，而只要求等電位聯(lián)結的低阻抗（注意：建筑物除需要做總等電位聯(lián)結外，電氣裝置總是需要與大地連接而接地，不然諸如雷擊電流和靜電電荷將無從泄放入大地，雖然有等電位系統(tǒng)保護，但其導致的電氣危險因素將會一直存在）。

其中“聯(lián)結”一術語定義為“為實現(xiàn)電位的相等而進行的連接”。它雖然也是一種連接，但它在交流條件下對故障電流的阻抗較大，主要用來傳導電位使電位相等或接近，而非用來像PE線那樣傳送大幅值的故障電流。

建筑物內作了總等電位聯(lián)結后，其電氣裝置的PE線、電氣裝置外露可導電部分、水管、氣管、建筑物的金屬結構和接地系統(tǒng)都互相連通，從而在建筑物內形成一各導電部分電位相等或相近的區(qū)域。這樣當任一管線（包括電氣線路）因故自建筑物外導入危險高電位時整個建筑物將同時升高至同一電位，在其內將不出現(xiàn)電位差，從而避免了危險電擊的發(fā)生。

總等電位聯(lián)結對不同接地系統(tǒng)的作用不盡相同，下面我們來進行分析討論：

（1）對于TN系統(tǒng)中，①當建筑物內發(fā)生接地故障時，它可以降低由此引起的接觸電壓（作總等電位聯(lián)結降低的接觸電壓為做重復接地降低值的3.5倍）；②當建筑物外的電源線路發(fā)生接地故障時，它可消除沿PEN（PE）線導入的對地電壓在建筑物內形成的電位差引起的電氣事故；

（2）對于TT系統(tǒng)中，總等電位聯(lián)結的作用不似TN系統(tǒng)那么重要，①當建筑物內發(fā)生接地故障時，雖然總等電位聯(lián)結可大大降低接觸電壓，但在TT系統(tǒng)中的防電擊主要還是靠零序電流互感器來迅速切斷電源，此時對于接觸電壓的降低已經(jīng)不是十分重要了；②此TT系統(tǒng)中的金屬外殼接地是引自與電源系統(tǒng)無任何關聯(lián)的單獨的接地極，它不存在自建筑物外引來的PE線導入故障電壓的問題。所以對于無總等電位聯(lián)結的區(qū)域，TT系統(tǒng)是比TN系統(tǒng)更好的選擇；

（3）IT系統(tǒng)在做總等電位聯(lián)結的環(huán)境下，可使現(xiàn)場電氣設備的外露可導電部分基本處于同一電位，更加提高了安全可靠性。

2 總結

通過前面的分析可知，TN，TT，IT三種供電系統(tǒng)各有各的特點。在實際的工作環(huán)境中，需要根據(jù)現(xiàn)場電氣裝置的特性、運行條件、環(huán)境要求以及設計人員的意見來選擇最適合的方式。

在平時的工作中，我們需要對現(xiàn)場的接地系統(tǒng)認真巡回檢查、運行維護，提高供電可靠性，減少用電設備的損壞和降低人員的觸電危險。

參考文獻：

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