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電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

作者:由 Patrick Zhang 發表于 體育時間:2016-01-26

保護接零和保護接地的區別還是很大的。

其實,這也是一個老話題了。任何一個電氣網站,任何一本有關低壓配電的書中都有N多相關的討論話題和解釋,也是電工們和建築設計院的工程師們最熱衷的討論話題。

事實上,我在知乎上也寫過N多的相關內容。

今天下午比較沒事,就來寫帖子吧。

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第一,什麼叫做接地

接地有兩種,一種是工作接地,一種是保護接地。工作接地的目的是為了取得大地的零電位,保護接地的目的是為了人身安全。

第二,有關接地的國際標準和國家標準

國際標準是IEC 60364,國家標準是GB16895。這兩部標準都是強制性標準,也即任何配電系統,都必須無條件地百分百執行的標準。

第三,什麼叫做零線

零線,指的就是PEN線,它的正確名稱又叫做保護中性線。

我們來看我們早已熟知的IEC60364中有關TN-C接地系統的圖,如下:

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

相信,這張圖大家不陌生,至少我在知乎中也引用了N遍。現在,我們來仔細看看這張圖。

這張圖的接地系統是TN-C。這裡的T指的是變壓器中性點直接接地。注意看圖的左側,我們看到變壓器中性點直接接地,其用途是獲得地電位,也即零電位。所以,變壓器中性點直接接地又被稱為工作接地。

從變壓器中性點接地開始,這條線被稱為PEN線,也即零線。

零線這個名詞頗有爭議。不過,零線的知名度相當高,連老奶奶級別的人都知道,可見這個詞彙還會長久存在下去。

第四,什麼叫做保護接零

注意看,上圖的中下部有兩隻負載,左邊一隻需要引入三條相線和中性線,右邊一隻僅需要引入三條相線即可。我們來看PEN線是如何接到負載中去的。

我們看到,PEN線首先接到負載的外殼,然後再接到中性線輸入端子。這就是保護接零。

這樣做的目的是什麼?

大家已經知道,零線的正確名稱是保護中性線,並且保護是第一位的,中性線是第二位的。由此可知,在國際標準IEC60364中,TN-C接地系統的PEN線被首先引至裝置外殼的意義就是保護人身安全。

注意:負載的外殼也即外露導電部分不直接接地,而是接到保護中性線PEN線上或者保護線PE上,這種做法在IEC60364中用符號N來表示。所以上圖的接地系統屬於TN接地系統,而將PEN線也即零線直接連線到使用者端,這種接地系統被稱為TN-C系統。

實際接線中,PEN線首先引入零線端子,再引入到外露導電部分的專用端子,和IEC60364的TN-C原圖恰好相反。第五,TN-C系統存在的問題

在上圖中,如果PEN線在兩隻負載的中間斷裂,前面一隻負載的外殼不會發生什麼問題,但後面一隻負載的外殼就會有問題。

我們來看下圖:

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

我們看到,PEN線在中間斷裂。如果恰好斷點前後的負載都發生了單相接零故障,斷裂點前部的PEN接地良好,由IEC60364的TN-C原圖可知,PEN線和用電裝置的外殼電壓不會上升;然而PEN線斷裂點後部,因為PEN線與用電裝置的外殼直接連線,而用電裝置的外殼已經出現了單相接零,因此斷裂點後部的PEN線上的電壓會上升,最高會升到相電壓220V。

這是TN-C接地系統最薄弱之處。也因此,TN-C系統嚴禁使用在會發生爆炸的場合,例如油庫、煤礦等等。

為了防止出現上述情況,TN-C系統必須重複接地:

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

注意看,上圖在最右下側重複接地,這樣就可以避免出現PEN線斷裂點後部在單相接地故障狀態下電壓上升的情況。

第六,什麼叫做保護接地?

那麼什麼叫做保護接地呢?我們來看下圖:

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

這個接地系統叫做TN-S。根據前面的解釋,我們知道T表示變壓器中性點直接工作接地,而負載的外殼則與來自電源的保護線相接。

從圖中我們看到,變壓器的中性點在接地後,分開為N線和PE線,而負載的外殼直接與PE線相接。這種做法就叫做保護接地。

顯然,這是最好的接地方法。

另外,PE線允許多點重複接地。

我們再看看TN-C-S接地系統:

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

我們看到,PEN線在兩個負載中間分開為N線和PE線。左邊的負載接在TN-C的系統中,而第二個負載接在TN-C-S的系統中。

TN-C-S接地系統大量應用在居家配電系統中。

值得注意的是:在PE與N的分開點PEN線需要再次接地,之後才分開,而且分開後不得再次合併。

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對於居家配電的TN-C-S系統,有一個值得注意的情況。我們來看下圖:

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

我們看到,家家戶戶的居家配電箱都從MEB點獲取N線。我們根本就不可能規定某家人家只能擁有多少用電裝置,以及何時用電。這樣一來,在MEB後部的N線電流In會很大,也即三相嚴重不平衡。

三相不平衡的結果造成N線產生一定的電壓,這對於居家配電不是很有利,會降低供電的可靠性。

因此,對於居家配電來說,一定要做好PE線的連線工作。同時,在戶內一定要杜絕N線和PE線混用。如果有條件,做好PE線的二次重複接地。特別在浴房,最好能有接地體的等電位聯結。

第七,TT系統和IT系統

下圖是TT系統:

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

我們看到,TT系統中負載的外殼直接接地,也即保護接地。這裡第二個T表示直接接地的意思。

TT系統中發生單相接地故障時,故障電流較小,因此需要安裝RCD來保護。

下圖是IT系統:

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

電氣裝置中保護接地與保護接零有什麼區別?

我們看到,IT系統的變壓器中性點不接地,這就是I的含義。同時,T的含義是負載外殼直接接地。這一點我們從上圖中可以明確看到。

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總結一下:

1)保護接零專指TN-C系統中負載的外殼接到PEN線也即零線上。這種接法有很多弊端,並且需要多點接地。

2)保護接地在TN-C-S、TN-S、TT、IT接地系統中都採用,也即負載的外殼接到PE線上(TN-S、TN-C-S)或者直接接地(TT、IT)。

保護接零已經很少見了,常見的都是TN-C-S或者TN-S裡的保護接地方式。

3)TN系統的特點是,它的單相接地(接零)故障電流較大,近乎於短路電流,因此TN系統又叫做大電流接地系統。

TN系統的單相接地故障保護可以依靠斷路器或者熔斷器;TT和IT系統的特點是,它的單相接地故障電流較小,尤其是IT,單相接地後只有分佈電容造成的極小電流。因此,TT和IT又叫做小電流接地系統。

TT的單相接地故障必須配套剩餘電流保護裝置來執行線路保護。

IT需要配套絕緣監測裝置來監測單相接地故障並告警。IT系統發生異相的第二次接地故障後,故障相透過用電裝置的接地迴路構成相間短路事故,會起動斷路器或者熔斷器來保護。

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提個問題:

某低壓配電採用TN-S接地系統。系統中一級配電裝置的某饋電迴路採用四芯電纜,僅接入三相和N線,PE線未接入。又知此電纜很長,電纜終端建築物的地下鋼筋網不與主建築鋼筋網連線。

問題是:電纜終端的配電系統屬於何種接地系統?若需要配套完善的人身安全防護,需要採用何種措施?

附帶說明:

此帖中引用的圖大多為IEC60364的原圖,目的在於確保引用標準的準確性,不至於引起歧義。

標簽: 接地  TN  pen  接地系統  負載