常用低压配电系统接地型式问题浅析

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  接地在电气安全中是一种最广泛采用的安全措施。不论是强电设备还是弱电设备,交流设备还是直流设备,高压设备还是低压设备,固定式设备还是移动式设备,都采用不同方式的接地保护措施。
   接地这种保护措施是在电气系统发生对地短路时,使得接点的故障点电位升高,以降低通过设备及人身的故障电流,达到设备的保护和人身的安全。在GB14050-93《系统接地的型式及安全技术要求》中,系统接地型式分为三大类。TN系统、TT系统、IT系统。
   GB14050-93的标准中,TT系统是电源端一点直接接地,电气装置的外露可导电部分直接接地,在该系统保护下设备和人身上的对地故障电压都可能远远超过安全电压,并且过电流保护装置不能及时切断电源,一般情况下不采用此系统。IT系统是电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地,电气装置的外露可导电部分直接接地,此种系统是限制故障设备的对地电压,不宜配置中性线,以简化过电流保护和便于寻找故障,因此一般是用于矿山井下的配电网。在一般企业,用的最多的接地型式是TN系统,本文着重探讨的也是该系统的一些问题。
   TN系统,是指电源端有一点直接接地,电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到此接地点。根据中性导体和保护导体的组合情况,TN系统的型式可分为三种:a、TN-S系统:整个系统的中性导体和保护导体是分开的(见图1)。b、TN-C系统:整个系统的中性导体和保护导体是合一的(见图2)。c、TN-C-S系统:系统中一部分线路的中性导体和保护导体是合一的(见图3)。
   TN系统的保护,也称为保护接零。其保护措施就是把电气设备在正常情况下不带电的金属部分与电网的保护零线(保护导体)连接起来,对于TN-C系统和TN-C-S系统来说,保护导体就是PEN线,对于TN-S系统来说,保护导体就是PE线(N线成为工作零线)。保护的原理在于当某相带电部分碰连设备外壳(即外露导电部分)时,通过设备外壳形成该相对零线的单相短路,短路电流能促使线路上的过电流保护装置迅速动作,从而把故障部分断开电源,消除触电危险。此种系统的保护作用是比较有效的。但深究一下,在TN系统中,如果保护零线断线,在故障情况下设备外壳直接与相电压连通,有触电危险。或当相线断线与大地发生短路时,由于故障电流的存在造成了保护零线电位的升高,当断线点与大地间电阻较小时,保护零线的电位很有可能超过安全电压。这种危险电压沿保护零线传至各用电设备外壳乃至危及人身安全。因此在TN系统需设置重复接地,重复接地是指零线上工作接地以外其他点的接地。
   对于TN-C系统和TN-C-S系统来说,重复接地是对PEN线的重复接地,对于TN-S系统来说,重复接地是对系统中的PE线的重复接地,其作用如下:(1)可以减小保护零线(即PE线)的断线带来的危险。没有重复接地,当PE断线时,系统处于既不接零也不接地的无保护状态,而设备外壳将承受全部的相电压,可导致人身触电和设备损坏。而对其进行重复接地以后,当PE处于正常状态时,系统处于接零保护状态;当PE断线时,如果断线处在重复接地前侧,系统则处在接地保护状态。进行了重复接地的TN-S系统具有一个非常有趣的双重保护功能,即PE断线后由TN-S转变成TT系统的保护方式(PE断线在重复接地前侧)。(2) 降低PE线对地电压。如果相线断线与大地短路,会使得PE线电压的升高,由于断线点与大地间电阻较小,PE线的电压很有可能远大于安全电压。这种危险电压沿PE线将引起各用电设备外壳带电,危及人身安全。实行重复接地以后,由于重复接地的接地电阻与电源工作接地电阻形成并联,其并联后的等效电阻小于电源工作接地电阻,使得相线断线接地处的接地电阻处的电压值上升,从而有效降低PE线对地电压,减少触电危险。(3)可以降低漏电设备对地电压。当相线与设备外壳短路时,外壳对地电压等于故障点与变压器中性点间的电压。进行了PE线重复接地后,从故障点起,PE零线的阻抗与重复接地电阻同工作接地电阻串联后的电阻为并联关系。一般情况下,由于重复接地电阻同工作接地电阻串联后的电阻远大于PE线本身的阻抗,因而从故障点至变压器中性点的等效阻抗,仍接近于从故障点至变压器中性点的PE线本身的阻抗,可以认为进行重复接地后的故障点与中性点之间的电压与进行重复接地前近乎相同。基于这个结果,由于有重复接地电阻的分压作用,故障点的对地电压减小,触电危险减轻。(4)可缩短故障持续时间。重复接地和工作接地构成零线的并联分支,当发生短路时能增加短路电流,加速线路保护装置的动作。
   对于TN-S系统来说,其电气装置中的设备外壳是与PE线连接,和N线没有相连。如果重复接地只是针对N线重复接地,那么只具有上文中(2)、(4)项的作用。如果TN-S系统中的重复接地是将PE线和N线分别重复接地,一方面它可以降低N线断线时产生的中性点电位的漂移,有利于用电设备和人身的安全,但这种中性点电位的漂移产生的电压升高在实际应用中效果并不明显。另一方面一旦工作零线重复接地,其重复接地点前侧的系统便成为TN-C系统,不能采用漏电保护,使得原来的TN-S系统实际上已变成了TN-C-S系统,就称不上是TN-S系统,也会失去该系统相应所具备的一些安全保护作用。并且将N线和PE线分别重复接地,虽然能保证PE线电位的稳定,以避免受N线电位的影响,但N线的重复接地必须与PE线的重复接地及建筑物的基础钢筋、埋地管道等所有进行了等电位连结的接地部分保持较长的距离,以避免受其干扰,由于接地装置是隐蔽工程,在实际施工作要保持PE线和N线存在相当的接地距离存在一定难度。因此,在TN-S系统中的重复接地针对PE线的重复接地,更有利于系统的安全运行,防止设备和人身伤害事故的发生。
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