《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50052-2009中規(guī)定低壓配電系統(tǒng)接地型式,可采用TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。這些接地系統(tǒng)中的第一個(gè)字母表示電源(一般為變壓器或發(fā)電機(jī))的中性點(diǎn)與大地之間的關(guān)系,即系統(tǒng)接地;如果電源中性點(diǎn)與大地直接連接用字母T(法語(yǔ)“Terre”含義為大地的首字母)表示,如果電源中性點(diǎn)與大地隔離或者經(jīng)高阻抗接地用字母I(法語(yǔ)“Isolation”含義為隔離的首字母)表示。系統(tǒng)中第二個(gè)字母表示電氣裝置外漏可導(dǎo)電部分與大地的關(guān)系,即保護(hù)接地,如果電氣裝置外漏可導(dǎo)電部分與大地直接連接用字母T表示,但是這個(gè)地與電源處接地是相互獨(dú)立的,兩者直接沒(méi)有電氣聯(lián)系;如果電氣裝置外漏可導(dǎo)電部分通過(guò)與接地的電源中性點(diǎn)連接而接地用字母N(法語(yǔ)“Neutre”含義為中性點(diǎn)的首字母)表示。
TN系統(tǒng)又可以分為TN-C系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng),那么它們?nèi)咧g又有什么不同呢?它們主要是中性線(N線)和保護(hù)導(dǎo)體(PE線)的配置方式不同。對(duì)于TN-C系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)的N線和PE線是合一的;對(duì)于TN-C-S系統(tǒng),系統(tǒng)中有一部分線路的N線和PE線是合一的;對(duì)于TN-S系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)的N線和PE線是分開(kāi)的。目前新建或者改建建筑物的低壓配電系統(tǒng)接地型式選擇的是TN-S系統(tǒng)或者TN-C-S系統(tǒng),而不是TN-C系統(tǒng)。為什么目前不采用TN-C系統(tǒng)呢,它有哪些缺點(diǎn)及不足呢?
TN-C系統(tǒng)
TN-C-S系統(tǒng)
TN-S系統(tǒng)
在建國(guó)初期我國(guó)低壓配電系統(tǒng)接地廣泛采用TN-C系統(tǒng),該系統(tǒng)中PEN線兼做PE線和N線,可以節(jié)約一根導(dǎo)線,與TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)相比工程造價(jià)較經(jīng)濟(jì)。但是從電氣安全角度進(jìn)行分析,TN-C系統(tǒng)存在很多安全隱患,易發(fā)生電氣事故。
(1)PEN線斷開(kāi)時(shí),易發(fā)生人身觸電事故。在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-2011第3.1.4規(guī)定“在TN-C系統(tǒng)中不應(yīng)將保護(hù)接地中性導(dǎo)體隔離,嚴(yán)禁將保護(hù)接地中性導(dǎo)體接入開(kāi)關(guān)電器”。以一個(gè)單相回路為例,如下圖所示。PEN線不僅要接設(shè)備的接線端子,還要接設(shè)備的金屬外殼,如果當(dāng)相線發(fā)生碰設(shè)備金屬外殼接地故障時(shí),設(shè)備金屬外殼的預(yù)期接觸電壓為故障電流乘以PEN線的阻抗,如果相線和PEN線選擇導(dǎo)體截面相同,則設(shè)備金屬外殼的預(yù)期接觸電壓為220/2 V=110V(忽略故障點(diǎn)的接觸阻抗)。如果PEN線由于外界原因被折斷,這時(shí)設(shè)備的金屬外殼對(duì)地帶220V電壓,IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定干燥環(huán)境下人體的安全電壓為50V,潮濕環(huán)境下人體安全電壓為25V,此時(shí)如果人體觸摸到設(shè)備金屬外殼必然會(huì)發(fā)生人體心室纖維性顫動(dòng)而死亡。
(2)TN-C系統(tǒng)中不能使用RCD。短路一般可以分為金屬性短路和電弧接地短路,金屬性短路電流較大可以使電源側(cè)的斷路器或者熔斷器自動(dòng)切斷電源,從而避免發(fā)發(fā)生電氣事故。如果發(fā)生了電弧性短路,由于電弧接地故障處阻抗較大,產(chǎn)生的短路電流不足以使斷路器或者熔斷器動(dòng)作從而切斷電源,但是電弧產(chǎn)生的溫度高達(dá)2000到3000度足以使周圍的可燃物點(diǎn)燃,從而發(fā)生電氣火災(zāi)。還有對(duì)于手握式設(shè)備,如果該設(shè)備發(fā)生漏電時(shí),人手因?yàn)橛|電痙攣而很難擺脫,觸電時(shí)間一長(zhǎng),就會(huì)發(fā)生死亡。對(duì)于這種防止發(fā)生電弧性接地短路和漏電保護(hù)需要采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器(RCD),俗稱漏電保護(hù)器。在TN-C系統(tǒng)中使用RCD時(shí),相線和PEN線同時(shí)穿過(guò)RCD時(shí),故障電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在RCD內(nèi)相互抵消而使RCD拒動(dòng)。所以TN-C系統(tǒng)中不能使用RCD,從而對(duì)發(fā)生電氣火災(zāi)和人體觸電事故埋下了隱患。(3)無(wú)法實(shí)現(xiàn)電氣檢修隔離。為了保證電氣檢修時(shí)工作人員的安全,要求切斷所有帶電導(dǎo)體。但是在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-2011第3.1.4規(guī)定“在TN-C系統(tǒng)中不應(yīng)將保護(hù)接地中性導(dǎo)體隔離,嚴(yán)禁將保護(hù)接地中性導(dǎo)體接入開(kāi)關(guān)電器”,并且這是強(qiáng)制性條文。在TN-C系統(tǒng)中不允許斷開(kāi)PEN線,如果檢修時(shí)只斷開(kāi)相線沒(méi)有斷開(kāi)PEN線的話,容易引發(fā)電氣事故。比如,在低壓線路上雷電感應(yīng)過(guò)電壓會(huì)通過(guò)中性線進(jìn)入電氣裝置內(nèi);還有系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)會(huì)使PEN線對(duì)帶危險(xiǎn)電壓,這個(gè)問(wèn)題在(4)進(jìn)行分析。
(4)PEN線有時(shí)對(duì)地存在危險(xiǎn)電位,易引發(fā)電氣事故。在低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生了相對(duì)地故障時(shí),故障電流通過(guò)接地故障點(diǎn)通過(guò)大地經(jīng)過(guò)變壓器的系統(tǒng)接地電阻回到變壓器的中性點(diǎn),這時(shí)會(huì)在變壓器系統(tǒng)接地電阻上產(chǎn)生電壓降,由于PEN線由變壓器的中性點(diǎn)引出,所以PEN線此時(shí)對(duì)地帶危險(xiǎn)電壓;還有一般情況下10KV變電所高壓開(kāi)關(guān)柜的保護(hù)接地與變壓器的系統(tǒng)接地共用一個(gè)地,當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生相對(duì)地故障時(shí)也會(huì)引起變壓器系統(tǒng)接地電阻上具有電壓降,使得PEN線對(duì)地帶危險(xiǎn)電壓;在TN-C系統(tǒng)中由于PEN線會(huì)通過(guò)電流,從而產(chǎn)生電壓降,由于PEN線接在了設(shè)備金屬外殼上所以會(huì)使設(shè)備金屬外殼對(duì)地帶電位,在危險(xiǎn)爆炸環(huán)境中非常危險(xiǎn),設(shè)備金屬外殼容易對(duì)地打火引發(fā)爆炸。