第一,什么叫做接地
接地有兩種,一種是工作接地,一種是保護(hù)接地。工作接地的目的是為了取得大地的零電位,保護(hù)接地的目的是為了人身安全。
第二,有關(guān)接地的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是IEC 60364,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是GB16895。這兩部標(biāo)準(zhǔn)都是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),也即任何配電系統(tǒng),都必須無(wú)條件地百分百執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。
第三,什么叫做零線
零線,指的就是PEN線,它的正確名稱又叫做保護(hù)中性線。
我們來(lái)看我們?cè)缫咽熘腎EC60364中有關(guān)TN-C接地系統(tǒng)的圖,如下:
相信,這張圖大家不陌生,至少我在知乎中也引用了N遍,F(xiàn)在,我們來(lái)仔細(xì)看看這張圖。
這張圖的接地系統(tǒng)是TN-C。這里的T指的是變壓器中性點(diǎn)直接接地。注意看圖的左側(cè),我們看到變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)直接接地又被稱為工作接地。
從變壓器中性點(diǎn)接地開始,這條線被稱為PEN線,也即零線。
零線這個(gè)名詞頗有爭(zhēng)議。不過(guò),零線的知名度相當(dāng)高,連老奶奶級(jí)別的人都知道,可見這個(gè)詞匯還會(huì)長(zhǎng)久存在下去。
第四,什么叫做保護(hù)接零
注意看,上圖的中下部有兩只負(fù)載,左邊一只需要引入三條相線和中性線,右邊一只僅需要引入三條相線即可。我們來(lái)看PEN線是如何接到負(fù)載中去的。
我們看到,PEN線首先接到負(fù)載的外殼,然后再接到中性線輸入端子。這就是保護(hù)接零。
這樣做的目的是什么?
大家已經(jīng)知道,零線的正確名稱是保護(hù)中性線,并且保護(hù)是第一位的,中性線是第二位的。由此可知,在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60364中,TN-C接地系統(tǒng)的PEN線被首先引至設(shè)備外殼的意義就是保護(hù)人身安全。
注意:負(fù)載的外殼也即外露導(dǎo)電部分不直接接地,而是接到保護(hù)中性線PEN線上或者保護(hù)線PE上,這種做法在IEC60364中用符號(hào)N來(lái)表示。所以上圖的接地系統(tǒng)屬于TN接地系統(tǒng),而將PEN線也即零線直接連接到用戶端,這種接地系統(tǒng)被稱為TN-C系統(tǒng)。
實(shí)際接線中,PEN線首先引入零線端子,再引入到外露導(dǎo)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(tǒng)存在的問(wèn)題
在上圖中,如果PEN線在兩只負(fù)載的中間斷裂,前面一只負(fù)載的外殼不會(huì)發(fā)生什么問(wèn)題,但后面一只負(fù)載的外殼就會(huì)有問(wèn)題。
我們來(lái)看下圖:
我們看到,PEN線在中間斷裂。如果恰好斷點(diǎn)前后的負(fù)載都發(fā)生了單相接零故障,斷裂點(diǎn)前部的PEN接地良好,由IEC60364的TN-C原圖可知,PEN線和用電設(shè)備的外殼電壓不會(huì)上升;然而PEN線斷裂點(diǎn)后部,因?yàn)镻EN線與用電設(shè)備的外殼直接連接,而用電設(shè)備的外殼已經(jīng)出現(xiàn)了單相接零,因此斷裂點(diǎn)后部的PEN線上的電壓會(huì)上升,最高會(huì)升到相電壓220V。
這是TN-C接地系統(tǒng)最薄弱之處。也因此,TN-C系統(tǒng)嚴(yán)禁使用在會(huì)發(fā)生爆炸的場(chǎng)合,例如油庫(kù)、煤礦等等。
為了防止出現(xiàn)上述情況,TN-C系統(tǒng)必須重復(fù)接地:
注意看,上圖在最右下側(cè)重復(fù)接地,這樣就可以避免出現(xiàn)PEN線斷裂點(diǎn)后部在單相接地故障狀態(tài)下電壓上升的情況。
第六,什么叫做保護(hù)接地?
那么什么叫做保護(hù)接地呢?我們來(lái)看下圖:
這個(gè)接地系統(tǒng)叫做TN-S。根據(jù)前面的解釋,我們知道T表示變壓器中性點(diǎn)直接工作接地,而負(fù)載的外殼則與來(lái)自電源的保護(hù)線相接。
從圖中我們看到,變壓器的中性點(diǎn)在接地后,分開為N線和PE線,而負(fù)載的外殼直接與PE線相接。這種做法就叫做保護(hù)接地。
顯然,這是最好的接地方法。
另外,PE線允許多點(diǎn)重復(fù)接地。
我們?cè)倏纯碩N-C-S接地系統(tǒng):
我們看到,PEN線在兩個(gè)負(fù)載中間分開為N線和PE線。左邊的負(fù)載接在TN-C的系統(tǒng)中,而第二個(gè)負(fù)載接在TN-C-S的系統(tǒng)中。
TN-C-S接地系統(tǒng)大量應(yīng)用在居家配電系統(tǒng)中。
值得注意的是:在PE與N的分開點(diǎn)PEN線需要再次接地,之后才分開,而且分開后不得再次合并。
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對(duì)于居家配電的TN-C-S系統(tǒng),有一個(gè)值得注意的情況。我們來(lái)看下圖:
我們看到,家家戶戶的居家配電箱都從MEB點(diǎn)獲取N線。我們根本就不可能規(guī)定某家人家只能擁有多少用電設(shè)備,以及何時(shí)用電。這樣一來(lái),在MEB后部的N線電流In會(huì)很大,也即三相嚴(yán)重不平衡。
三相不平衡的結(jié)果造成N線產(chǎn)生一定的電壓,這對(duì)于居家配電不是很有利,會(huì)降低供電的可靠性。
因此,對(duì)于居家配電來(lái)說(shuō),一定要做好PE線的連接工作。同時(shí),在戶內(nèi)一定要杜絕N線和PE線混用。如果有條件,做好PE線的二次重復(fù)接地。特別在浴房,最好能有接地體的等電位聯(lián)結(jié)。
第七,TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)
下圖是TT系統(tǒng):
我們看到,TT系統(tǒng)中負(fù)載的外殼直接接地,也即保護(hù)接地。這里第二個(gè)T表示直接接地的意思。
TT系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí),故障電流較小,因此需要安裝RCD來(lái)保護(hù)。
下圖是IT系統(tǒng):
我們看到,IT系統(tǒng)的變壓器中性點(diǎn)不接地,這就是I的含義。同時(shí),T的含義是負(fù)載外殼直接接地。這一點(diǎn)我們從上圖中可以明確看到。
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總結(jié)一下:
1)保護(hù)接零專指TN-C系統(tǒng)中負(fù)載的外殼接到PEN線也即零線上。這種接法有很多弊端,并且需要多點(diǎn)接地。
2)保護(hù)接地在TN-C-S、TN-S、TT、IT接地系統(tǒng)中都采用,也即負(fù)載的外殼接到PE線上(TN-S、TN-C-S)或者直接接地(TT、IT)。
保護(hù)接零已經(jīng)很少見了,常見的都是TN-C-S或者TN-S里的保護(hù)接地方式。
3)TN系統(tǒng)的特點(diǎn)是,它的單相接地(接零)故障電流較大,近乎于短路電流,因此TN系統(tǒng)又叫做大電流接地系統(tǒng)。
TN系統(tǒng)的單相接地故障保護(hù)可以依靠斷路器或者熔斷器;TT和IT系統(tǒng)的特點(diǎn)是,它的單相接地故障電流較小,尤其是IT,單相接地后只有分布電容造成的極小電流。因此,TT和IT又叫做小電流接地系統(tǒng)。
TT的單相接地故障必須配套剩余電流保護(hù)裝置來(lái)執(zhí)行線路保護(hù)。
IT需要配套絕緣監(jiān)測(cè)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)單相接地故障并告警。IT系統(tǒng)發(fā)生異相的第二次接地故障后,故障相通過(guò)用電設(shè)備的接地回路構(gòu)成相間短路事故,會(huì)起動(dòng)斷路器或者熔斷器來(lái)保護(hù)。