1 低壓配電接地方式介紹

國內的機房中一般采用TN-S的接地方式,那么這種接地方式代表什么意義?與其他的TT、IT等接地系統(tǒng)又有什么區(qū)別?這些接地系統(tǒng)各有什么優(yōu)缺點?文中將對這些接地系統(tǒng)予以簡介。

低壓交流供配電系統(tǒng)按接地方式的不同分為三類,即TT、TN和IT系統(tǒng),其中TN系統(tǒng)應用最為廣泛。TN系統(tǒng)根據(jù)其保護零線是否與工作零線分開而劃分為TN-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)。
低壓交流供配電系統(tǒng)的分類參照IEC60364-1。供配電系統(tǒng)的接地方式以拉丁文字作代號,其定義見表1。


參照以上的定義,可以得出幾種常見接地系統(tǒng)的含義,見表2。

2 低壓配電接地方式對比
提到接地方式,首先要考慮到接地系統(tǒng)的安全性和可靠性。安全性指供配電時不能傷害人或損壞設備,可靠性指不間斷供電的能力,這是電源系統(tǒng)中的一對矛盾,當人身與設備安全性受到危險時,需要切斷電源,而切斷電源又對用電設備不間斷供電產生影響。下面就供配電系統(tǒng)常用的五種交流電源系統(tǒng)及接地方式進行介紹,并結合安全性與可靠性進行分析比較。
值得注意的是,在一個地區(qū)應使用同一種供電系統(tǒng),不可同時混用多種供電系統(tǒng),以確保用電設備安全可靠運行。
(1)IT系統(tǒng)及接地方式(圖1)

IT系統(tǒng)是三相三線式供電及接地系統(tǒng),該系統(tǒng)的變壓器中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地,無中性線N,電器設備保護接地線(PE線)各自獨立接地。
IT方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時,供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所,或者是要求嚴格地連續(xù)供電的地方,例如電力煉鋼、大醫(yī)院的手術室、地下礦井或坑道指揮所、重要通信樞紐特定設備等,該供電系統(tǒng)對用電設備的耐壓要求較高。地下礦井內供電條件比較差,電纜易受潮。運用IT方式供電系統(tǒng),即使電源中性點不接地,一旦設備漏電,單相對地漏電流仍較小,不會破壞電源電壓的平衡,所以比電源中性點接地的系統(tǒng)還安全。
但是,如果供電距離很長時,供電線路對大地的分布電容就不能忽視了。在負載發(fā)生短路故障或漏電使設備外殼帶電時,漏電電流經(jīng)大地形成回路,保護設備不一定動作,這是危險的。只有在供電距離不太長時才比較安全。這種供電方式在工地上很少見。
(2) TT系統(tǒng)及接地方式(圖2)

TT系統(tǒng)是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護系統(tǒng),稱為保護接地系統(tǒng),其特點是中性線N與保護地線PE無電氣連接,即中性點接地與PE線接地是分開的,因此設備的外殼與電源的接地無直接聯(lián)系。即設備的外露可導電部分均與系統(tǒng)接地點無關,各自的接地裝置單獨接地。
TT系統(tǒng)常用于設備供電來自于公用電網(wǎng)的地方,民用郊區(qū)較常見。TT系統(tǒng)在正常運行時,不管三相負載是否平衡,在中性線N帶電的情況下,PE線均不帶電,因此該系統(tǒng)中負載的所有接地均稱為保護接地。這種供電系統(tǒng)的特點如下:
①當電氣設備的金屬外殼帶電(相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電)時,由于有接地保護,可以大大減少觸電的危險性。但是,低壓斷路器(自動開關)不一定能跳閘,造成漏電設備的外殼對地電壓高于安全電壓,屬于危險電壓;
②當漏電電流比較小時,即使有熔斷器也不一定能熔斷,所以還需要漏電保護器作保護,因此TT系統(tǒng)難以推廣;
③TT系統(tǒng)接地裝置耗用鋼材多,而且難以回收、費工時、費料。
(3)TN系統(tǒng)及接地方式
TN方式供電系統(tǒng)是將電氣設備的金屬外殼與工作零線相接的保護系統(tǒng),稱作接零保護系統(tǒng)。TN系統(tǒng)的電力系統(tǒng)有一點直接接地,電氣裝置的外露可導電部分通過保護導體與該點連接。在TN系統(tǒng)中又分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種系統(tǒng)。
①TN-C系統(tǒng)及接地方式(圖3)

TN-C系統(tǒng)的電源中性點直接接地,引出有中性線N線、保護線PE線或保護中性線PEN線,屬于三相四線制系統(tǒng)。
TN-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與保護接地線PE合二為一,即其工作零線兼作保護線,通稱為PEN線。TN-C系統(tǒng)不適用于數(shù)據(jù)中心,主要原因有如下幾點:
?當系統(tǒng)為單相回路,在PEN線中斷時,設備金屬外殼對地將帶220V的故障電壓,人身碰觸時電擊死亡的危險很大。當安裝剩余電流保護裝置時,其PEN線穿過剩余電流保護裝置,因接地故障電流產生的磁場,在剩余電流保護裝置內相抵消而使剩余電流保護裝置拒動,所以在TN-C系統(tǒng)內不能裝用剩余電流保護裝置來防人身電擊;
?因PEN線含有PE線而不允許被開關切斷,所以TN-C系統(tǒng)內不能裝用四極開關,進行電氣維修時,無法保證維修人員的安全;
?設備的金屬外殼對地帶電位,可能對電子設備產生*,也可能產生打火引爆。因此,易爆場所內是不允許采用TN-C系統(tǒng)和出現(xiàn)PEN線的。
②TN-S系統(tǒng)及接方式(圖4)

TN-S供電系統(tǒng)有五根線,即三根相線U、V、W,一根中性線N和一根保護接地線PE,電力系統(tǒng)僅一點接地,用電設備的外露可導電部分(如外殼、機架等)接PE線。
TN-S系統(tǒng)對接地故障靈敏度高,線路經(jīng)濟簡單。在一般情況下,只要選用適當?shù)拈_關保護裝置和足夠的導線截面積,就能滿足安全要求。目前,采用這種供電系統(tǒng)的比較多,適用于三相負荷比較平衡且單相負荷容量較小的場所。TN-S系統(tǒng)可以作為數(shù)據(jù)中心的優(yōu)選供電及接地系統(tǒng)。主要有以下特點:
?在整個TN-S系統(tǒng)內,PE線和N線被分為兩根線。除非施工安裝有誤,除微量對地泄漏電流外,PE線平時不通過電流,也不帶電位。它只在發(fā)生接地故障時通過故障電流,因此電氣裝置的外露導電部分對地平時幾乎不帶電位,比較安全;
?當出現(xiàn)相線碰殼的情況時,等于相線直接對地短路,由于PE線阻抗很小,瞬間短路電流很大,會直接導致前端過電流保護器(空開)斷開,不會對人身造成危害,因此TN-S系統(tǒng)可以不必增加漏電保護器;
?當出現(xiàn)N線斷開時,即使由于三相負載不平衡導致中性點帶電,但是由于中性點和外殼并無電氣連接,因此外殼對地無電位差,不會導致觸電危險;
?TN-S系統(tǒng)的PE線原則上是不允許斷開的,如果斷開了,相當于外殼懸空,容易導致觸電危險,因此TN-S系統(tǒng)也需要同時考慮重復接地,以避免PE線斷開的風險;
?TN-S系統(tǒng)雖然有較高的安全性,但整個供電系統(tǒng)的回路上需要多鋪設一條PE線,成本是比較高的。
③TN-C-S系統(tǒng)及接地方式(圖5)

TN-C-S供電系統(tǒng)由兩個接地系統(tǒng)組成,前部分有四根線,是TN-C供電系統(tǒng);后部分有五根線,是TN-S供電系統(tǒng)。分界點在N線與PE線的連接點處,分開后就不允許再合并。這種供電系統(tǒng)一般用在民用建筑物的供電由區(qū)域變電所引來的場所。進戶前采用TN-C供電系統(tǒng),進戶后變成了TN-S供電系統(tǒng)。目前,新建數(shù)據(jù)中心及其它設施中也常見。
TN-C-S系統(tǒng)由于供電線路上使用了PEN線,當N線上有電流通過時,在PEN線上產生一定的對地電位差,將會使整個電氣裝置對地之間產生對地電位差,但對于電氣裝置內部,由于PE線和N線是分離的,PE線上并無電流通過,因此整個電氣裝置對地電位是相等的,電氣裝置內部并無電位差,因此不會出現(xiàn)類似TN-C系統(tǒng)的電擊風險;當出現(xiàn)N線斷開的情況時,如果PE線斷開,和TN-C系統(tǒng)一樣會導致整個回路斷開,也會出現(xiàn)外殼帶電的問題,因此TN-C-S系統(tǒng)和其他TN系統(tǒng)一樣也要對設備外殼PE端進行重復接地,但不要對PEN線進行重復接地,如果是N線斷開,PE線不會帶電,外殼也就不會帶電,和TN-S情況類似,不會出現(xiàn)觸電風險。當出現(xiàn)相線碰殼的情況時,相當于相線直接對PE線短路,短路電流很大,前端的空開會斷開保護,因此和TN-S系統(tǒng)一樣,無需增加漏電保護開關。
總體來看TN-C-S系統(tǒng)綜合了TN-S的安全性和TN-C的成本優(yōu)勢,又避免了TN-C系統(tǒng)的系列安全問題。
3 結束語
通過以上的介紹,總結見表3。

目前這幾種接地系統(tǒng)都有一些應用,而TN-S系統(tǒng)是應用較多的,用戶應該根據(jù)自己的實際需求來選擇合適的接地系統(tǒng),滿足自建要求。