车间供电系统中三相四线制和三相五线制供电安全性比较

壹品茗 2016-07-13

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1、 什么是三相五线制?
目前车间在三相四线制（TN-C）如下图1供电系统中，三相四线制就是工作零线(N)和保护零线(PE)不分开敷设，就是没有单独的零线和地线。
图1 三相四线制接线示意图

三相四线制特点：

1）由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压。

2）如果工作零线断线，则保护接零的漏电设备外壳带电。

3）如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。

4）TN-C系统干线上使用漏电保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上；而且，工作零线在任何情况下都不得断线。所以，实用中工作零线只能让漏电保护器的上侧有重复接地。

5）TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。

而把零线的两个作用分开，即一根线做工作零线(N)，另外用一根线专做保护零线(PE)，这样的供电结线方式称为三相五线制供电方式。三相五线制包括三根相线、一根工作零线、一根保护零线。三相五线制的接线方式如下图2所示。

图2三相五线制接线示意图

该接线的特点是:工作零线N与保护零线PE 除在变压器中性点共同接地外，两线不再有任何的电气连接。由于该种接线能用于单相负载、没有中性点引出的三相负载和有中性点引出的三相负载，因而得到广泛的应用。在三相负载不完全平衡的运行情况下，工作零线 N是有电流通过且是带电的，而保护零线 PE 不带电，因而该供电方式的接地系统完全具备安全和可靠的基准电位。

2、三相五线制与三相四线制的比较

(1) 国际电工委员会(IEC)对供电系统作了统一规定称为TN-C、TN-S 系统。 TN-C 方式供电系统是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，可用NPE 表示，即常用的三相四线制供电方式，车间现在使用供电系统。 TN-S 式供电系统是把工作零线N 和专用保护线PE 严格分开的供电系统，称作TN-S 供电系统，即常用的三相五线制供电方式。

(2) 三相四线制(TN-C)与三相五线制(TN-S)系统的比较

在三相四线制供电方式中，由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时，零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化、导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。在零线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压，这是不允许的。
采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的工作零线 N 和保护零线 PE 是分别敷设的，一根为零线（N线），另一根PE线，这两根线除在变压器中性点处接在一起外，在之后一直到负荷末端，必须绝缘良好，不准再有电气连接，因此PE线上对地电压始终为零，始终无电流流过，它的作用是使人员免受电击，保护人的安全。这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压，使用电设备外壳上电位始终处在'地'电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。

一般情况下，中线是以大地作为导体，故其对地电压应为零，称为零线。因此相线对地必然形成一定的电压差，可以形成电流回路，称其为火线。正常供电回路由相线(火线)和中线(零线)形成。地线是仪器设备的外壳或屏蔽系统就近与大地连接的导线，其对地电阻小于4 欧姆;它不参与供电回路，主要是保护操作人员人身安全或抗干扰用的。很多情况下，中线和大地的连接问题会导致用电端中线对地电压大于零，因此三相五线制种将中线和地线分开对消除安全隐患具有重要意义。
在三相四线制供电方式中，主要采用 TN-C 系统供电系统，对于单相回路存在较大的安全缺陷。单相二线供电方式，最大缺陷是在发生电器外壳碰相线时，直接将 220V 相电压施加给此时正巧触摸到的人，从而发生触电事故。但如果把接外壳的保护线 PE 和中性线 N 并联合用一根，实际上这也是极不安全的。建筑物的配电线路由于接头松脱、导线断线等故障，很可能造成如下图 3所示A点处开路，此时当其中一台设备开关接通后，在 A点后面所有中性线上，将出现相电压，这个高电压又被设备接地引至所有插入插座的用电设备外壳上，而且其后的设备即使并未开启，外壳上也有 220V 电压，这是十分危险的。

图3 TN-C系统单相回路断零示意图

如果采用三相五线制的TN-S 供电系统，则不会出现这种情况。如下图4所示，只有当保护线断开，而且又有一台设备发生相线碰外壳，两故障同时出现时，才会出现与前述二线制中类似情况的事故。从而也极大地降低了事故出现的可能性。

图4 TN-S系统单相回路示意图

3、综上所述中性点接地的三相四线制系统，单靠保护接地不能有效地防止人身触电，即不能将电源碰壳的设备脱离电源，设备外壳上长期存在对地电压，可达110Ｖ或更高，危险性很大。在防人身触电上考虑应对在用三相四线制(TN-C)逐步改造成三相五线制(TN-S)系统，即在配电室输出工作零线 N 增加1套保护零线 PE 线，同时车间所有电器工作零线 N 和增加保护零线 PE 线也应进行区分，此项工作需外购大量保护零线 PE 线，车间内部须进行重复保护零线 PE 线接地体制作。