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低压配电系统接地与漏电保护装置的应用

2013-10-24  风我是星海

低压配电系统接地与漏电保护装置的应用

1 引言
低压配电系统接地是十分重要的,它与采取什么样的电击防护措施,选用什么样的保护装置,这些防护措施怎样实施,都与配电系统接地有关系。如果选择不当,不但不能实现所要求的保护,反而会降低供电系统的可靠性。在我国的电网中TNTTIT并存使用,但同时也存在着许多不足和缺陷,给人身安全带来一定的威胁。为了提高低压配电系统安全用电水平,人们发现漏电保护装置(RCD)的应用在很大程度上弥补了这些缺陷,从而防止触电和火灾事故的发生,大幅度提高安全用电水平。为此本文先分析配电系统接地的适用范围和优缺点,然后介绍在不同的配电系统接地下正确安装使用漏电保护装置的必要性,使漏电保护装置在不同的配电系统接地中能够有效和正确安装使用。
2 配电系统接地形式接地形式分为TNTTIT三大类,系统特性以符号表示,字母含义为:第一个字母表示电源与地的关系。T表示在某一点上牢固接地;I表示所有带电零件与地绝缘或某一点经阻抗接地。第二个字母表示电气设备外壳与地的关系。T表示外壳牢固的接地,且与电源接地无关;N表示外壳牢固地接到系统接地点。其后的字母表示电网中中性线与保护线的组合方式。C表示中线与保护线是合一的(PEN线);S表示中性线与保护线是分开的。
2.1 TN系统
TN系统的电源端有一个直接接地点,并引出N线,属三相四线制系统。系统中用电设备外壳通过保护线与该点直接连接,俗称保护接零。按照系统中中性线与保护线的不同组合方式,又分为如下三种形式。
(1) TNC系统
整个系统的中性线与保护线是合一的,称为TNC系统,如图1。由于投资较少,又节约导电材料,因此在过去我国应用比较普遍。当三相负荷不平衡或只有单相用电设备时,PEN线上有正常负荷电流流过,有时还要通过三次谐波电流,其在PEN线上产生的压降呈现在用电设备外壳上,使其带电位,对地呈现电压。正常工作时,这种电压视情况为几伏到几十伏,低于安全电压50V,但当发生PEN线断或相对地短路故障时,使PEN线电位升高,其对地电压大于安全电压,使触电危险加大。同时,同一系统内PEN线是相通的,故障电压会沿PEN线传至其它未发生故障处,可能会引起新的电气故障,另外由于该系统全部用PEN线作设备接地,它无法实现电气隔离,不能保证电气检修人身安全,在国际上基本不被采用,名存实亡。
整个系统的中性线与保护线是分开产的,称为TNS系统,如图2。这种系统的优点在于PE线在正常情况下不通过负荷电流,它只在发生接地故障时才带电位,因此不会对接地PE线上其它设备产生电磁干扰,所以这种系统适用于数据处理,精密检测装置等使用。在N线断线也并不影响PE线上设备的防止间接触电安全,这种系统多作于环境条件较差,对安全可靠性要求较高及设备对电磁干扰要求较严的场所。但是这种系统不能解决对地故障电压蔓延和相对地短路引起中性点电位升高等问题。
(3) TNCS系统
系统中的中性线与保护线先是合一的,然后又分开称为TNCS系统,如图3PEN分为PE线和N线后,不能再与PE线合并或互换,否则它们是TNC系统。这种系统兼有TNC系统和TNS系统的特点,电源线路结构简单,又保证一定安全水平,常用于配电系统末端环境条件较差或有数据处理等设备的场所,PE线带有前端PEN线上某种程度电压,这样设备外壳就带上电压,人体接触后有电击的可能。
2.2 TT系统
TT系统的电源端有一个直接接地点,也引出N线,属三相四线制系统。系统中用电设备外壳与地作直接的电气连接,俗称保护接地。如图4,这个接地点与电源端接地点是没有关连的,该系统由于所有设备的外壳是经各自的PE线分别直接接地的,各自的PE线间无电磁联系,因此也适用于对数据处理,精密检测装置等供电,这样就杜绝了危险故障电压沿PE线传到其它未发生故障处。而TN系统由于PE(PEN)线相通的,查找接地故障的原因、地点比较难,因此TT系统被供电部门规定为给城市公用低电网向用户供电的接地系统,但是这种接地保护系统在某些情况下,也并不能保证安全,当系统中设备的绝缘损坏或发生相对地短路故障时,将使设备的外壳带电。如果人体触及带电外壳时,因人体接触电阻(平均为20008)远大于保护接地电阻,因此这部分单相短路电流通过接地装置引入大地,通过人体的电流比较小,从而减少了人体触电的危险性。若中性点接地电阻RN=4,设备外壳与大地之间的电阻Rd=4,则故障电流Rd=27.5A而一般情况下RD很难做到4,假若RD=711,则ID=14.720A,由于这么小的单相接地短路电流不足以使线路中的断路器动作,故障电压持续存在,设备外壳电压也持续存在,要想把ED控制在50以下,RD必须小于1.2。要想使用电设备实现这样小的接地电阻是困难的。由此只能选用漏电保护装置,并可降低接触电阻Rd的要求。
2.3 IT系统
IT系统的电源中性点不接地或经阻抗(1000)接地且通常不引出N线,为三相三线制系统,习惯称为不接地系统。系统中的用电设备外壳与地作直接的电气连接,如图5。用电设备外壳经各自的PE线直接接地,PE线间无电磁联系,适用于数据处理精密检测装置供电。当发生单相接地故障时,所有三相用电设备仍可暂时继续运行,另两相对地电压将由相电压升高到线电压。当接地电流大于发生电弧的最小燃弧电流时,会对用电设备造成火灾等危险,人触及会造成人身事故。因此对IT系统来说,应装绝缘监察装置,以此来达到保护设备和人身安全的目的。
3  漏电保护装置在不同的接地形式下的安装使用
TN系统中装漏电保护装置时,应使设备的外壳与保护中性线(PEN线)的连接必须在漏电保护装置的电源侧,若保护线PE接在漏电保护的负载侧,则因漏电故障电流的整个回路均穿过漏电保护装置而检测不出来,漏电保护装置不动作,同时漏电保护装置的负载侧不能设置重复接地,如有重复接地,会使在无故障情况下发生误动作。TNC系统安装漏电保护装置前,N线PE线要分开,这就变成TNCS系统。TNCS系统安装漏电保护装置时,必须将相线和N线一同穿过漏电保护装置的零序电流互感器,这就应选用2极或4极漏电保护装置。对TT系统装设漏电保护装置时,要认真检查线路上重复接地设施。在漏电保护装置的负载侧不能设置重复接地,否则将造成漏电保护装置的误动和失效。在分级保护方案中尤应注意这一问题。因为重复接地对末端漏电保护装置来说为电源侧,但对前一级的漏电保护则为负载侧。
IT系统,因系统对地是绝缘的,电气设备发生漏电故障时其外壳对地电压很小,达不到危险电压,故不必装漏电保护装置

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