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标准化的接地系统的定义

来自电气装置应用(设计)指南

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不同的接地系统 (常被称作电源系统类型或系统接地方式) 表征了中压 / 低压变压器二次绕组以下电气装置接地方式的特性和它所供电的低压电气装置的外露导电部分采用的接地方法。


接地系统的选用影响防间接接触危险的必要措施的采用。

配电系统或电气装置的设计者可从三种不同的接地系统中挑选其一:

  • 电气系统 (通常指中性线) 和外露导电部分与接地极连接的方式。
  • 采用专门的保护线还是采用与中性线合一的保护线。
  • 采用只能切断大故障电流的过电流防护开关设备作接地故障防护还是另采用继电器来检测和切断小的对地绝缘故障电流。

实际上这类选择已被归纳和标准化如下文所述。

这类选择的每一种都形成一标准化的接地系统,它们具有三个优点和缺点:

  • 设备外露导电部分以及中性线与 PE 线的连接实现了等电位,降低了过电压,但增大了接地故障电流。
  • 设置专门的保护线,即使其截面不大也增加了费用,但与中性线兼作保护线相比,它减少了诸如电压降和谐波对系统的污染,在外界可导电部分上也减少了正常泄漏电流。
  • 剩余电流动作电器和绝缘监测器的装用大大提高了灵敏度,在许多情况下能在大事故 (电动机、火灾、电击) 发生前清除故障。


TT 系统 (中性点接地)

(见图表 E3)

电源有一点直接接地,所有的外露导电部分和外界可导电部分则在电气装置处与单独的接地极连接。此接地极与电源的接地极在电气上可以有关连,也可以没有关连。两接地极的作用范围若不引起保护电器的动作可以重叠。


图表 E3.jpg


图表 E3 : TT 系统


TN 系统 (外露导电部分与中性线连通)

电源和 TT 系统一样接地 (见上文),在电气装置处所有的外露可导电部分和外界可导电部分都与中性线连通。TN 系统的几种做法如下述。

TN-C 系统

(见图表 E4)

其中性线也兼用作保护线,因此被称作 PEN 线。此系统不允许采用小于 10 mm2 的导线或将它用于移动式设备。

TN-C 系统要求在装置范围内设置有效的等电位环境,均匀地布置接地极,因为 PEN线兼作中性线,所以它同时承载三相不平衡电流和 3 次谐波电流 (及其倍数谐波电流)。为此 PEN 线应在电气装置内与若干接地极连接。

注意:在 TN-C 系统中,“保护线”的功能优先于“中性线”的功能。特别是 PEN 线必须总是与负载的接地端子相连接而且采用连接片将此端子与中性点端子连接。


图表 E4.jpg


图表 E4 : TN-C系统

TN-S 系统

(见图表 E5)

对于用于移动式设备且截面小于 10 mm2 的回路,采用 TN-S 系统 (5 根线) 是强制性的。

其保护线和中性线是分开的。当为带铅包护套的地下电缆系统时,通常铅包护套即是保护线。对于用于移动式设备且 PEN 截面小于 10 mm2 的回路,将 PE 线和 N 线分开 (5 根线) 是强制性的要求。


图表 E5.jpg


图表 E5 : TN-S 系统

TN-C-S 系统

(见图表 E6图表 E7)

TN-C 和 TN-S 系统可用于同一电气装置内,在 TN-C-S 内,TN-C 系统 (4 根线) 不得位于 TN-S 系统 (5 根线)的下游,因为上游中性线任何意外的中断将导致下游保护线的中断,从而引起危险。


图表 E6.jpg


图表 E6 : TN-C-S 系统



图表 E7.jpg


图表 E7 : 在 TN-C 系统内 PEN 线的连接

IT 系统 (绝缘的或经阻抗接地的中性点)

IT 系统 (中性点与地绝缘)

在电源中性点和地间不做有意的连接 (见图表 E8)。

电气装置的外露导电部分和外界可导电部分与一接地极连接。


图表 E8.jpg


图表 E8 : IT 系统 (中性点对地绝缘)


因为绝缘都不是绝对完善的,所以实际上所有的回路对地都有泄漏阻抗。与这一 (分布的) 电阻性泄漏电流通路并联的还有分布的电容性电流通路,这两个通路一起组成了对地正常的泄漏阻抗 (见图表 E9)。


图表 E9.jpg


图表 E9 : IT 系统 (中性点对地绝缘)


示例 (见图表 E10)

在低压 3 相 3 线系统内,1 km 的电缆由于 C1、C2、C3 和 R1、R2、R3 的存在就有一相当于中性点对地阻抗 Zct,其值为 3000 ~ 4000 Ω,此值未计入电子设备的滤波电容的影响。


图表 E10.jpg


图表 E10 : 在 IT 系统内阻抗 Zct 相当于一泄漏阻抗


IT 系统 (中性点经阻抗接地)

变压器低压绕组的中性点经一阻抗 Zs (约 1000 ~ 2000 Ω) 永久性地与地连接 (见图表E11),所有的外露导电部分和外界可导电部分与一接地极连接而接地。采用这种电源接地型式的理由是它可将一小电网的对地电位固定住 ( Zs 的值远小于系统的泄漏阻抗值),并可降低过电压水平,例如由中压绕组传送来的电涌,对地静电充电等等。因此这种 IT 系统第一次故障的故障电流将稍增大一些。


图表 E11.jpg


图表 E11 : IT 系统 (中性点经阻抗接地)