供電系統(tǒng)及接地方式分析

　　1 低壓供電系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、類型

　　(1)供電系統(tǒng)通常由交流分系統(tǒng)、直流分系統(tǒng)兩部分組成

　　交流分系統(tǒng)通常由高壓和低壓兩部分組成。

　　直流分系統(tǒng)通常由交Z直流變換部分、蓄電池組部分組成。負(fù)載部分由低壓交流負(fù)載、直流負(fù)載設(shè)備組成。"負(fù)載"通俗地講也就是"用電設(shè)備"。

　　(2)低壓供電系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

　?、俨⒙?lián)冗余方式是提高可靠性的主要方式，無(wú)論是交流供電系統(tǒng)，還是直流供電系統(tǒng)。

　?、谝淮?a target="_blank">電源對(duì)于低壓供電系統(tǒng)來(lái)講，主要是市電或發(fā)電，是低壓供電系統(tǒng)的核心，是供電系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。其它電壓變換型電源對(duì)其有依賴性。直流供電系統(tǒng)依靠交流供電系統(tǒng)提供電源。但直流供電系統(tǒng)可以對(duì)交流供電系統(tǒng)做適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充。

　?、鄄婚g斷電源(UPS)廣泛應(yīng)用，對(duì)負(fù)載的可靠供電有極為重要的作用。

　　④應(yīng)用自動(dòng)切換(ATS)技術(shù)控制負(fù)載。

　　(3)G代電源低壓供電系統(tǒng)類型

　　常見(jiàn)的各種低壓交流(220/380V,50Hz)供電系統(tǒng)有:IT、TN一C、TN一S、TN一C一S、TT供電系統(tǒng)。

　　供電的安全性指供電配電時(shí)不能傷害人或損壞設(shè)備?？煽啃灾冈谝欢l件和時(shí)間內(nèi)連續(xù)供電的能力。這是電源系統(tǒng)中的一對(duì)矛盾，當(dāng)人身與設(shè)備安全性受到危險(xiǎn)時(shí)，需要切斷電源;而切斷電源又對(duì)用電設(shè)備連續(xù)供電產(chǎn)生影響。以下對(duì)供電系統(tǒng)常用的五種交流電源系統(tǒng)及接地方式進(jìn)行介紹，并在安全性與可靠性分析進(jìn)行比較。

　　2 IT供電系統(tǒng)及接地方式

　　IT系統(tǒng)是三相三線式供電及接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器(或發(fā)電機(jī)組三相輸出)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，無(wú)中性線(俗稱零線)N，只有線電壓(380V)，無(wú)相電壓(220V)，電器設(shè)備保護(hù)接地線(PE線)各自獨(dú)立接地力口圖士所示。圖中電容C1、C2、C3為供電線路對(duì)地的分市電容。

　　IT系統(tǒng)在供電距離不長(zhǎng)時(shí)，供電可靠性高，安全性好。電源側(cè)也可采取中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地。

　　IT系統(tǒng)在一相接地時(shí)，單相對(duì)地漏電電流小，不破壞電源的電壓平衡。一般用于不允許停電的場(chǎng)所，或是嚴(yán)格要求連續(xù)供電的地方。

　　如果一相發(fā)生接地故障，通過(guò)熔斷器F等可以切斷該相，其它兩相可以供電。而且，用電設(shè)備有接地保護(hù)，當(dāng)單相絕緣損壞碰到外殼，使金屬外殼呈帶電狀態(tài)時(shí)，人員觸及帶電金屬外殼可以避免觸電事故的發(fā)生。這是因?yàn)殡娏鹘?jīng)過(guò)兩條并聯(lián)電路流通，一路通過(guò)接地線、大地，另一路是通過(guò)人體、大地。由于接地電阻(要求不超過(guò)4Ω，最大不超過(guò)10Ω)比人體電阻(最小l000Ω)小得多，所以大部分電流通過(guò)接地體入地，只有很小部分電流通過(guò)人體，即通過(guò)人體的電流不超過(guò)人體安全電流，從而保護(hù)了設(shè)備和人員安全。

　　此時(shí)中性點(diǎn)漂移，另外兩相對(duì)地電壓將升高為380V，也就是說(shuō)，另外兩相原來(lái)對(duì)地電壓為220V,一相接地故障發(fā)生時(shí)，另外兩相對(duì)地電壓升高為380V。但各相間電壓(線電壓)仍然對(duì)稱平衡，因此，三相用電設(shè)備仍可以繼續(xù)運(yùn)行。為防止非接地相再有一相發(fā)生接地，造成兩相短路，所以規(guī)程規(guī)定單相接地時(shí)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò)2小時(shí)。如果不及時(shí)排除故障，絕緣設(shè)施長(zhǎng)時(shí)間承受過(guò)高電壓將導(dǎo)致事故。

　　當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，為了避免產(chǎn)生斷續(xù)電弧，避免引起過(guò)電壓或造成短路，減小接地電弧電流并使電弧容易熄滅，中性點(diǎn)應(yīng)經(jīng)消弧線圈接地。消弧線圈實(shí)際上就是電抗線圈。

　　假設(shè)，C相對(duì)地短路，由于中性點(diǎn)接地電抗的存在，感性對(duì)抗電流滯后90。，而線路分布電容電流超前90°，從而有效減小了短路電流的電弧，如圖2所示。

　　TT供電系統(tǒng)由于沒(méi)有配中性線N，不適臺(tái)于有單相用電的通信設(shè)備。這種設(shè)備只適合有特殊要求的場(chǎng)所，如電力煉鋼、重要的手術(shù)室、重要的實(shí)驗(yàn)室、地下礦井或坑道指揮所、重要通信樞紐特定設(shè)備等，該供電系統(tǒng)對(duì)用電設(shè)備的耐壓要求較高。

　　另外，中性點(diǎn)直接接地的情況又是怎樣的呢?

　　中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)接地中性點(diǎn)形成單相短路，產(chǎn)生很大的短路電流，保護(hù)單元?jiǎng)幼髑谐收暇€路，使系統(tǒng)的其他部分正常運(yùn)行。

　　由于中性點(diǎn)直接接地，發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為零，非接地的相對(duì)地電壓不發(fā)生變化。

　　3 TN-C供電系統(tǒng)及接地方式

　　TN系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，拜引出有中性線N線、保護(hù)線PE線或保護(hù)中性線PEN線，屬于三相四線制系統(tǒng)。

　　如果系統(tǒng)中N線與PE線金部合為PEN線，則系統(tǒng)稱為T(mén)N一C系統(tǒng)。

　　如果系統(tǒng)中N線與PE線全部分開(kāi)，則系統(tǒng)稱為T(mén)N一S系統(tǒng)。

　　如果系統(tǒng)中前一部分N線與PE線合為PEN線，而后一部分N線與PE線全部分開(kāi)則稱為T(mén)N一C一S系統(tǒng)。

　　TN系統(tǒng)中設(shè)備發(fā)生單相碰殼漏電故障時(shí)，會(huì)形成單相短路回路，因該回路內(nèi)不包含任何接地電阻，整個(gè)回路內(nèi)阻抗很小，短路電流很大，足以保證在最短的時(shí)間內(nèi)熔斷熔絲，保護(hù)裝置或自動(dòng)開(kāi)關(guān)跳閘，從而切除故障設(shè)備的電源，保障人身及設(shè)備安全。

　　TN一C供電系統(tǒng)常稱為三相四線制供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)中性線N與保護(hù)接地線PE合二為一，即其工作零線兼作保護(hù)線，通稱為PEN線，如圖3所示。極不穩(wěn)定，造成中性線接地電位漂移。不但使設(shè)備外殼帶電，對(duì)人身不安全，而且由于在電位基準(zhǔn)點(diǎn)上疊加了這個(gè)漂移電位，從而使以其為基準(zhǔn)電位的電子設(shè)備受到噪聲電壓的干擾，增加了話音的噪聲電平，使設(shè)備工作不穩(wěn)定。因此，TN-C系統(tǒng)不應(yīng)作為通信樞紐的供電及接地方式。

　　4 TN-S供電系統(tǒng)及接地方式

　　TN一S供電系統(tǒng)有五根線，即三根相線U、V、W，一根中性線N和一根保護(hù)接地線PE，電力系統(tǒng)僅一點(diǎn)接地，用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分(如外殼、機(jī)架等)接PE線，如圖4所示。

　　這種供電系統(tǒng)對(duì)接地故障靈敏度高，線路經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單。在一般情況下，只要選用適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)保護(hù)裝置和足夠的導(dǎo)線截面積，就能滿足安全要求。目前，采用這種供電系統(tǒng)的比較多，適用于三相負(fù)荷比較平衡且單相負(fù)荷容量較小的場(chǎng)所。

　　使用該系統(tǒng)時(shí)不能有些設(shè)備接零保護(hù)、有些設(shè)備接地保護(hù)，這是非常危險(xiǎn)的。因?yàn)橐坏┙拥卦O(shè)備發(fā)生相線絕緣損壞時(shí)，而保險(xiǎn)絲熔斷電流叉較大，不能及時(shí)切斷故障部分電器，接零設(shè)備的外殼將帶危險(xiǎn)電壓。所以，應(yīng)特別注意不能接地、接零混用。

　　在通信樞紐中由于存在一定數(shù)量的單相負(fù)載，難以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)載平衡。PEN線上的不平衡電流，加上線路中存在著開(kāi)關(guān)電源或整流器產(chǎn)生的三次諧波電流及熒光燈等引起的高次諧波電流，在非故障情況下，會(huì)在中性線N上疊加，且電流時(shí)大時(shí)小。

　　TN一S供電系統(tǒng)的特點(diǎn)是，中性線N與保護(hù)接地線PE除在變壓器中性點(diǎn)共同接地外，兩線不再連接。中性線N在三相負(fù)載不平衡時(shí)有電流流過(guò)，而PN線在正常情況下沒(méi)有電流流過(guò)。該供電系統(tǒng)接地后完金具備安全性和可靠性。在建筑物或軍事設(shè)施內(nèi)設(shè)有獨(dú)立變配電所時(shí)常用該系統(tǒng)。只是多了一根PE線，增加了工程投資費(fèi)用。另外因PE線上不流過(guò)電流，該系統(tǒng)有較強(qiáng)的電磁適應(yīng)性。TN一S系統(tǒng)可以作為通信樞紐等優(yōu)選供電及接地系統(tǒng)。

　　5 TN-C-S供電系統(tǒng)及接地方式

　　TN一C一S供電系統(tǒng)由兩個(gè)接地系統(tǒng)組成，前部分有四根線，是TN一C供電系統(tǒng);后部分有五根線，是TN一S供電系統(tǒng)。分界點(diǎn)在N線與PR線的連接點(diǎn)處，分開(kāi)后就不允許再合并。

　　這種供電系統(tǒng)一般用在民用建筑物的供電由區(qū)域變電所引來(lái)的場(chǎng)所。迸戶前采用TN-C供電系統(tǒng)，迸戶后變成了N-S供電系統(tǒng)。目前，新建通信及其它設(shè)施中也常見(jiàn)。

　　由于該系統(tǒng)PEN線上正常工作時(shí)有電流，使系統(tǒng)的PE線上和接于PE線上的電氣設(shè)備金屬外殼有對(duì)地電壓存在，只是該系統(tǒng)PEN線多是系統(tǒng)干線，阻抗小，對(duì)地電壓較低。因此，這種系統(tǒng)接地方式不適宜作為通信樞紐最佳供電系統(tǒng)及接地方式。

　　6 TT供電系統(tǒng)及接地方式

　　通常稱TT供電系統(tǒng)屬于三相四線制供電接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)常用于設(shè)備供電來(lái)自于公用電網(wǎng)的地方，民用郊區(qū)較常見(jiàn)。

　　TT供電系統(tǒng)的特點(diǎn):中性線N與保護(hù)地線PE無(wú)電氣連接，即中性點(diǎn)接地與PE線接地是分開(kāi)的，因此設(shè)備的外殼與電源的接地?zé)o直接聯(lián)系。即設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均與系統(tǒng)接地點(diǎn)無(wú)關(guān)，各自的接地裝置單獨(dú)接地。

　　設(shè)備外殼是地電位，不會(huì)產(chǎn)生火花或電弧，因此較為安全。但當(dāng)接地發(fā)生故障時(shí)，接地電流需流過(guò)設(shè)備接地電阻Re和電源中性線接地電阻Rn，回路阻抗較大，故障電流比TN供電系統(tǒng)小，降低了線路保護(hù)裝置的動(dòng)作靈敏度。

　　該系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，不管三相負(fù)載是否平衡，在中性線N帶電的情況下，PE線均不帶電，如圖6所示。

　　當(dāng)設(shè)備發(fā)生一相(線)絕緣損壞，將導(dǎo)致設(shè)備外殼上帶有電壓。此時(shí)如有人員觸接中性點(diǎn)連接線或與此中性線相連的設(shè)備外殼都不安全，并且其余兩相對(duì)地電位也將上升超過(guò)300V，所以，這種供電系統(tǒng)必須特別注意合理配置高靈敏度的過(guò)流保護(hù)裝置。

　　當(dāng)相線與外殼相碰時(shí)，因?yàn)榫€路電阻很小，W相電壓就幾乎全部加在兩個(gè)接地電阻電源中線點(diǎn)接地電阻Rn，保護(hù)接地電阻Re)上，按照接地電阻規(guī)程規(guī)定，這兩個(gè)電阻都不得超過(guò)4Ω(有些地區(qū)實(shí)際上要求不超過(guò)10Ω)，所以，接地短路電流值可由下式求得

　　I1=U/(Re+Rn)=220/(4+4)=27.5(A)

　　I2=U/(Re+Rn)=220/(10+10)=11(A)

　　對(duì)應(yīng)單相的電功率為P=Ulcosφ=220×11×0.8=1936(W)

　　27.5A電流可以使額定電流10A的熔絲熔斷(熔絲通過(guò)大于額定電流3倍以上才能迅速熔斷)，切斷電源,IIA電流可以使額定電流4A的熔絲熔斷切斷電源，從而防止觸電事故發(fā)生。

　　但是對(duì)于熔絲額定電流大于10A的用電設(shè)備，這個(gè)短路電流就不能便其迅速熔斷，這樣Rn和Re上都有110V的電壓，即所有與該接地裝置相連的電氣設(shè)備的金屬外殼，對(duì)地郡有110V電壓。當(dāng)人體與設(shè)備金屬外殼接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生觸電。所以這種系統(tǒng)可以在小功率范圍使用，如不超過(guò)1kW時(shí)是可靠的。

　　另外，該系統(tǒng)故障電流較小時(shí)可以通過(guò)加裝漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)來(lái)彌補(bǔ)，以完善保護(hù)接地的功能。

　　由上述可見(jiàn)，保護(hù)接地適用于中性點(diǎn)沒(méi)有接地的電源供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，對(duì)于電源中性點(diǎn)接地的供電電網(wǎng)中，保護(hù)接地有局限性。為了保護(hù)電氣設(shè)備，使熔斷器等保護(hù)設(shè)備可靠動(dòng)作，避免觸電危險(xiǎn)，+性點(diǎn)接地時(shí)采用保護(hù)性接零，如TN供電系統(tǒng)。

　　值得注意的是，在一個(gè)地區(qū)應(yīng)使用同一種供電系統(tǒng)，不可同時(shí)混用多種供電系統(tǒng)，以確保用電設(shè)備安全可靠運(yùn)行。