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在TN-S低壓配電系統裡,用電裝置側如果直接把PE線和N線短接在一起會如何?

作者:由 Patrick Zhang 發表于 體育時間:2021-12-16

首先要明確一個重要原則:不管是哪種接地系統,其目的都是為了用電安全。我們在分析接地系統時以用電安全為切入點,來分析它們的異同。對於題主的問題,也必須從這個觀點出發來解析。

為了解析題主的問題,我們首先要把TN-C接地系統和TN-S接地系統的異同點弄明白。

1。TN-C接地系統

我們看IEC60364定義的TN-C接地系統:

在TN-S低壓配電系統裡,用電裝置側如果直接把PE線和N線短接在一起會如何?

圖1:TN-C接地系統

我們仔細看圖1,有幾個要點:

要點1:TN-C接地系統的線制是三相四線制的,TN-C接地系統有四根引出線。TN-C接地系統的線制是三相四線制。

IEC對線制的規定是:在正常執行狀態下有電流流過的線才被稱為“線”。這一點要充分引起注意,事實上,三種TN接地系統都屬於三相四線制,不存在三相五線制。

要點2:在圖1的左側,我們看到電力變壓器低壓側繞組的中性點直接接地,然後引出。這條接地極叫做系統接地,或者工作接地,其目的是構建系統的零電位參考點。這就是TN-C中的”T“的意義。

要點3:從系統接地引出的線叫做保護中性線,符號是PEN,它的俗稱就是零線。三條相線的符號是L1、L2和L3,在TN-C接地系統中稱呼為三相火線。

注意到零線的始端電位被強制性地限制在大地的零電位,且與零線中流過的電流無關,見下圖:

在TN-S低壓配電系統裡,用電裝置側如果直接把PE線和N線短接在一起會如何?

圖2:零線的零電位與零線中流過多少電流沒有關係

在圖2的用電裝置處,也即配電系統的末端,由於零線本身的線路電阻的原因,零線電位會高於大地的零電位,故要求零線要多點重複接地,以確保零線的零電位。

由於地網電阻遠大於零線電阻,地網中分流的電流很小,基本上不會影響到零線中的電流分佈。

要點4:在負載側,用電裝置的外殼與來自電源的保護線連線,這就是TN-C接地系統中“N”的意義,由於這裡的保護線事實上是保護中性線,也即零線,所以在IEC標準中用“-C”來表示。我們把用電裝置外殼接零線叫做保護接零。

從圖1看到,零線首先接到用電裝置的外殼,再轉接到電源輸入端,可見保護中性線的保護功能是優先的,中性線功能次之,這就是零線被稱為保護中性線PEN的意義之所在。

要點5:如果我們讓零線在兩臺用電裝置中間斷裂,則斷裂點後部的零線會因為三相不平衡的原因發生電壓的零點漂移,電壓幅值最高可達相電壓。

我們看見下圖:

在TN-S低壓配電系統裡,用電裝置側如果直接把PE線和N線短接在一起會如何?

圖3:TN-C接地系統中因為零線斷裂引起零線電壓的零點漂移

由於用電裝置外殼採取了保護接零的措施,故零線斷裂點前端的用電裝置外殼電位依然在大地的零電位附近,但斷裂點後部的用電裝置外殼就有可能出現較高電壓,可能對人體產生電擊,發生用電安全事故。

要點6:在TN-C接地系統下,零線絕對不能斷裂:零線不得進開關,也不得進熔斷器。這是IEC和國家標準(見GB50054《低壓配電設計規範》)中強制性規定的。

也因此,在TN-C接地系統下不得使用2P和4P開關。這裡的P指的是極,也即英文POLE(極)的首字母。

要點7:TN-C接地系統不得使用在具有爆炸性和安全性要求較高的場所,例如油庫、煤礦、港口、機場、倉庫等場所。

要點8:當TN-C接地系統中發生單相接地故障(漏電)時,線上路上火線與零線短路出現短路電流,在用電裝置內部發生火線與外殼搭接,其電流近似為短路電流。短路電流將引起過電流保護電器動作。我們把TN-C接地系統的這種特徵叫做大電流接地系統。

要點9:當發生用電裝置發生漏電事故時,不等人體接觸到用電裝置的外殼發生電擊前,供配電系統就切斷線路,我們把這種防護措施叫做間接防護。

要點10:間接防護非常重要。事實上,TN系統均具有間接防護功能。

由此可見,TN-C接地系統下實現漏電保護的措施依靠的是各級開關,與裝設漏電保護器RCD沒有什麼關係。

要點11:三相漏電保護器的零序電流互感器必須同時穿過3條火線和零線,由於零線電流與三相不平衡電流大小相等方向相反,故漏電保護器的零序電流互感器鐵芯中不會產生磁通,漏電保護器不會動作;當發生漏電時,三相不平衡電流與零線電流依然大小相等方向相反,故漏電保護器也不會動作。單相漏電保護器也類似,發生漏電時某相火線電流與零線電流大小相等方向相反。故在TN-C接地系統中裝設漏電保護器無意義。

要點12:TN-C接地系統下的斷路器可以實現過載長延時L引數保護+短路短延時S引數保護和短路瞬時I引數保護,不得加配單相接地故障G引數保護。

雖然在TN-C系統中裝設漏電保護器不能實現單相接地故障的間接防護,但對於人體直接接觸帶電體漏電保護器還是會動作的。可見,在TN-C接地系統中安裝漏電保護器還是能實現電擊防護的。

2。TN-S接地系統

我們看IEC60364定義的TN-S接地系統:

在TN-S低壓配電系統裡,用電裝置側如果直接把PE線和N線短接在一起會如何?

圖4:TN-S接地系統

從圖4中我們看到用電裝置的外殼是接在地線PE上的。

要點1:TN-S接地系統具有系統接地,中性線從系統接地極引出時分開為中性線N和地線PE,隨同三條相線引至負載側,所以TN-S接地系統有5根引出線。TN-S接地系統屬於三相四線制,TN-S接地系統屬於大電流接地系統。

不要把TN- S接地系統理解為三相五線制。作為保護線的地線PE不算第五根載流導體,事實上三相五線制根本就不存在。

要點2:TN-S的負載側用電裝置的外殼接地線PE,並且地線PE在任何情況下不得斷裂,這叫做保護導體連續性。

要點3:由於TN-S接地系統的中性線N與保護無關,故中性線可以斷裂,也因此,TN-S接地系統下可以使用1P、2P、3P和4P開關。

要點4:TN-S接地系統下可以對中性線實施保護,也即斷路器可以實現過載長延時L引數保護+短路短延時S引數保護+短路瞬時I引數保護+單相接地故障G引數保護,又叫做四段保護。這是TN-S接地系統與TN-C接地系統的最大區別。

要點5:當TN-S接地系統的系統接地處中性線N和地線PE分開後,從此兩者必須相互絕緣,不得再次合併。

要點5與題主的問題直接相關。

要點6:由於用電裝置的外殼是接地線PE的,當發生單相接地故障時,雖然接地電流會流過用電裝置的外殼接PE地線處,但引起的電壓降不高,又因為過電流保護裝置會在很短時間內執行保護,以此確保人身安全和裝置安全,從而間接防護了人體電擊現象和電氣火災的發生。

可見,TN-S接地系統與TN-C接地系統相比還是有區別的。

3。在TN-S接地系統下把N線和PE線短接會發生什麼?

現在我們把TN-S接地系統的中性線N和地線PE在中間短接,見下圖:

在TN-S低壓配電系統裡,用電裝置側如果直接把PE線和N線短接在一起會如何?

圖5:在TN-S接地系統中把中性線N和地線PE短接會怎樣?

我們仔細看圖5,我們把TN-S下的N線和PE線短接,如此一來事實上都變成了TN-C系統。由於用電裝置的外殼是接在PE線上的,但等效於保護接零。如此一來,地線PE在正常執行條件下也不可避免地會有電流流過,繼而產生一定的電壓,用電裝置的外殼將因此而帶電,對人體安全產生不利影響。同時,若中性線N和地線PE某處斷裂,用電裝置的外殼將出現較高電壓,對人體產生電擊;若用電裝置內發生的漏電故障,雖然過程比較短暫,但因為所有用電裝置的外殼都將帶電,也會對人體產生電擊作用。

在TN- S描述中的要點5已經明確說明了這一點。

這就是題主問題的答案了。我們由此認識到,為何TN-S接地系統的中性線N與地線PE不得在離開系統接地後再次短接。

問題回答完畢。

標簽: TN  接地系統  零線  用電  中性線