《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50052-2009中規(guī)定低壓配電系統(tǒng)接地型式,可采用tn系統(tǒng)、tt系統(tǒng)和it系統(tǒng)。這些接地系統(tǒng)中的第一個(gè)字母表示電源(一般為變壓器或發(fā)電機(jī))的中性點(diǎn)與大地之間的關(guān)系,即系統(tǒng)接地;如果電源中性點(diǎn)與大地直接連接用字母t(法語“terre”含義為大地的首字母)表示,如果電源中性點(diǎn)與大地隔離或者經(jīng)高阻抗接地用字母i(法語“isolation”含義為隔離的首字母)表示。系統(tǒng)中第二個(gè)字母表示電氣裝置外漏可導(dǎo)電部分與大地的關(guān)系,即保護(hù)接地,如果電氣裝置外漏可導(dǎo)電部分與大地直接連接用字母t表示,但是這個(gè)地與電源處接地是相互獨(dú)立的,兩者直接沒有電氣聯(lián)系;如果電氣裝置外漏可導(dǎo)電部分通過與接地的電源中性點(diǎn)連接而接地用字母n(法語“neutre”含義為中性點(diǎn)的首字母)表示。
tn系統(tǒng)又可以分為tn-c系統(tǒng)、tn-c-s系統(tǒng)和tn-s系統(tǒng),那么它們?nèi)咧g又有什么不同呢?它們主要是中性線(n線)和保護(hù)導(dǎo)體(pe線)的配置方式不同。對于tn-c系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)的n線和pe線是合一的;對于tn-c-s系統(tǒng),系統(tǒng)中有一部分線路的n線和pe線是合一的;對于tn-s系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)的n線和pe線是分開的。目前新建或者改建建筑物的低壓配電系統(tǒng)接地型式選擇的是tn-s系統(tǒng)或者tn-c-s系統(tǒng),而不是tn-c系統(tǒng)。為什么目前不采用tn-c系統(tǒng)呢,它有哪些缺點(diǎn)及不足呢?
tn-c系統(tǒng)
tn-c-s系統(tǒng)
tn-s系統(tǒng)
在建國初期我國低壓配電系統(tǒng)接地廣泛采用tn-c系統(tǒng),該系統(tǒng)中pen線兼做pe線和n線,可以節(jié)約一根導(dǎo)線,與tn-c-s系統(tǒng)和tn-s系統(tǒng)相比工程造價(jià)較經(jīng)濟(jì)。但是從電氣安全角度進(jìn)行分析,tn-c系統(tǒng)存在很多安全隱患,易發(fā)生電氣事故。
(1)pen線斷開時(shí),易發(fā)生人身觸電事故。在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50054-2011第3.1.4規(guī)定“在tn-c系統(tǒng)中不應(yīng)將保護(hù)接地中性導(dǎo)體隔離,嚴(yán)禁將保護(hù)接地中性導(dǎo)體接入開關(guān)電器”。以一個(gè)單相回路為例,如下圖所示。pen線不僅要接設(shè)備的接線端子,還要接設(shè)備的金屬外殼,如果當(dāng)相線發(fā)生碰設(shè)備金屬外殼接地故障時(shí),設(shè)備金屬外殼的預(yù)期接觸電壓為故障電流乘以pen線的阻抗,如果相線和pen線選擇導(dǎo)體截面相同,則設(shè)備金屬外殼的預(yù)期接觸電壓為220/2 v=110v(忽略故障點(diǎn)的接觸阻抗)。如果pen線由于外界原因被折斷,這時(shí)設(shè)備的金屬外殼對地帶220v電壓,iec標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定干燥環(huán)境下人體的安全電壓為50v,潮濕環(huán)境下人體安全電壓為25v,此時(shí)如果人體觸摸到設(shè)備金屬外殼必然會發(fā)生人體心室纖維性顫動而死亡。
(2)tn-c系統(tǒng)中不能使用rcd。短路一般可以分為金屬性短路和電弧接地短路,金屬性短路電流較大可以使電源側(cè)的斷路器或者熔斷器自動切斷電源,從而避免發(fā)發(fā)生電氣事故。如果發(fā)生了電弧性短路,由于電弧接地故障處阻抗較大,產(chǎn)生的短路電流不足以使斷路器或者熔斷器動作從而切斷電源,但是電弧產(chǎn)生的溫度高達(dá)2000到3000度足以使周圍的可燃物點(diǎn)燃,從而發(fā)生電氣火災(zāi)。還有對于手握式設(shè)備,如果該設(shè)備發(fā)生漏電時(shí),人手因?yàn)橛|電痙攣而很難擺脫,觸電時(shí)間一長,就會發(fā)生死亡。對于這種防止發(fā)生電弧性接地短路和漏電保護(hù)需要采用剩余電流動作保護(hù)器(rcd),俗稱漏電保護(hù)器。在tn-c系統(tǒng)中使用rcd時(shí),相線和pen線同時(shí)穿過rcd時(shí),故障電流產(chǎn)生的磁場在rcd內(nèi)相互抵消而使rcd拒動。所以tn-c系統(tǒng)中不能使用rcd,從而對發(fā)生電氣火災(zāi)和人體觸電事故埋下了隱患。
(3)無法實(shí)現(xiàn)電氣檢修隔離。為了保證電氣檢修時(shí)工作人員的安全,要求切斷所有帶電導(dǎo)體。但是在《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》gb50054-2011第3.1.4規(guī)定“在tn-c系統(tǒng)中不應(yīng)將保護(hù)接地中性導(dǎo)體隔離,嚴(yán)禁將保護(hù)接地中性導(dǎo)體接入開關(guān)電器”,并且這是強(qiáng)制性條文。在tn-c系統(tǒng)中不允許斷開pen線,如果檢修時(shí)只斷開相線沒有斷開pen線的話,容易引發(fā)電氣事故。比如,在低壓線路上雷電感應(yīng)過電壓會通過中性線進(jìn)入電氣裝置內(nèi);還有系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)會使pen線對帶危險(xiǎn)電壓,這個(gè)問題在(4)進(jìn)行分析。
(4)pen線有時(shí)對地存在危險(xiǎn)電位,易引發(fā)電氣事故。在低壓配電系統(tǒng)中發(fā)生了相對地故障時(shí),故障電流通過接地故障點(diǎn)通過大地經(jīng)過變壓器的系統(tǒng)接地電阻回到變壓器的中性點(diǎn),這時(shí)會在變壓器系統(tǒng)接地電阻上產(chǎn)生電壓降,由于pen線由變壓器的中性點(diǎn)引出,所以pen線此時(shí)對地帶危險(xiǎn)電壓;還有一般情況下10kv變電所高壓開關(guān)柜的保護(hù)接地與變壓器的系統(tǒng)接地共用一個(gè)地,當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生相對地故障時(shí)也會引起變壓器系統(tǒng)接地電阻上具有電壓降,使得pen線對地帶危險(xiǎn)電壓;在tn-c系統(tǒng)中由于pen線會通過電流,從而產(chǎn)生電壓降,由于pen線接在了設(shè)備金屬外殼上所以會使設(shè)備金屬外殼對地帶電位,在危險(xiǎn)爆炸環(huán)境中非常危險(xiǎn),設(shè)備金屬外殼容易對地打火引發(fā)爆炸。