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如何理解 TN

2022-11-06科學

我來說說吧。

1.關於低壓配電網接地系統的國際標準和國家標準

低壓配電網接地系統的核心是兩類接地,即電源電力變壓器中性點的系統接地(工作接地)和用電裝置的金屬外殼保護接地。

註意1:系統接地(工作接地)的任務是為低壓配電網構建大地的零電位參考點,用電裝置金屬外殼的保護接地是為了確保人身安全。這兩個概念非常重要,是我們理解低壓配電網接地系統的核心,且討論接地系統時兩者缺一不可。

圍繞著兩類接地,國際電工委員會給出的標準是IEC60038,國家標準是GB/T 16895.1-2008。GB/T 16895.1-2008的封面如下:

圖1:國家標準GB/T 16895.1-2008的封面

題主的問題與這部標準有關。以下我就以這部國家標準的定義來釋疑題主的問題。

需要註意的是:GB/T 16895.1-2008是推薦標準,且釋出時間是2008年,很老了,但至今也沒有更新過,可見這部標準的重要性。

2.國家標準GB/T 16895.1-2008中的摘錄

1)第一個摘錄:有關接地系統的幾個文字元號的定義

圖2:國家標準中定義了接地系統文字元號的意義

低壓配電網有三類基本接地系統,即TN接地系統、TT接地系統和IT接地系統,其中TN接地系統又細分為TN-S、TN-C和TN-C-S三種接地系統。

對於TN接地系統的三種形式,從文字意義看,在電力變壓器中性點處均有工作接地和工作接地之接地極,保護接地則采取將工作接地接地極處的引出線作為與用電裝置外殼的接地線。

註意2:當用電裝置內部發生單相接地故障時,接地故障電流經由接地線返回電源,近似等於相線對中性線(也包括TN-C下的火線對零線)的短路電流,電流值較大,路線中配套的過電流保護裝置可實施保護跳閘,故把TN接地系統叫做大電流接地系統。對應地,把TT和IT叫做小電流接地系統。

註意3:大電流接地系統可利用過電流保護裝置(斷路器或者熔斷器)實施單相接地故障保護,而小電流接地系統下的TT接地系統必須采用漏電保護器RCD實施單相接地故障保護,這是IEC國家電工委員會確定並推薦的。

以下我們來探討TN-S接地系統。

2)TN-S接地系統

圖3:國家標準GB/T 16895.1-2008定義的TN-S接地系統

在圖3的右側,我們看到了TN-S接地系統線制的定義,分別是三條相線L1、L2和L3,還有中性線N和地線PE。我們把TN-S接地系統的線制叫做三相四線制。

我們看圖3的用電裝置處,用電裝置的金屬外殼接地線,以實作人體安全防護、這就是第二個字母N的含義。當發生單相接地故障(漏電故障)時,故障電流沿著用電裝置的金屬外殼流到地線PE上,再返回電源電力變壓器中性點,故障電流近似等於相線對中性線的短路電流,這就是TN-S接地系統被稱為大電流接地系統的原因。

註意4:在國際電工委員會標準中,把正常工作時有電流流過的線叫做「線」,沒有電流流過的線例如地線PE不叫作「線」,故TN-S的線制屬於三相四線制。不管是IEC標準還是國家標註,均不承認三相五線制的存在!!!

在圖3的左側,我們看到電力變壓器低壓側繞組的中性點直接接地,構成了系統接地或者工作接地,也即第一個字母T。從接地極處引出兩條線,其一是中性線N,其二是地線PE。

關於中心線N與地線PE的異同點,可參閱我寫的貼文,連結如下:

註意5:中性線N是可以斷裂的,也可以進開關,故TN-S接地系統下可以使用1P、2P、3P和4P開關。

由於中性線中流過的電流其實就是三相不平衡電流,故在配電網末端用電裝置處中性線存在一定的電壓。

註意6:地線PE實施人體的安全防護,在任何情況下不得斷裂,不得進任何開關。

註意7:為了確保地線PE的零電位,地線PE必須多點接地,且想接地幾次就接地幾次。

註意8:在工作接地處地線PE與中性線N分開後,兩者必須相互絕緣,不得再次合並。

如果我們把TN-S的中性線與地線在某處合並,則合並後的系統事實上就成為變相的TN-C接地系統。最糟糕的是:這段變相TN-C接地系統中的用電裝置外殼原先是接地接地(PE)的,由於合並的原因,變成了保護接零。一旦前端的零線斷裂,而後部又沒有完備的重復接地,則用電裝置的外殼會因為三相不平衡的原因而帶電。最糟糕的是:如果某個用電裝置發生漏電,則合並點後部的所有用電裝置外殼均帶電,電壓值最高可達相電壓。

由此可見,TN-S接地系統中的中性線N和PE在離開工作接地後不得以任何理由再次合並,這是國家標準GB50054【低壓配電設計規範】強制性規定的,是鐵律!!!

關於TN-S和TN-C的區別,可參加這篇連結:

註意9:當中性線斷裂後,或者中性線接入開關而開關斷開後,斷裂點後部的中性線因為三相不平衡的原因電壓會上升,最高可達相電壓。因此,一定不能把中性線當作地線接用電裝置的外殼。

在TN-S接地系統中,一旦用電裝置發生單相接地故障(漏電故障),盡管人體尚未接觸到用電裝置,但用電裝置的前接開關會執行保護跳閘(由斷路器的短路保護脫扣器執行),這叫做間接接觸防護。

註意10:間接接觸防護是TN接地系統的特征,這也是TN接地系統得到廣泛使用的原因。

註意11:再次強調:中性線N不是零線!!!

作為對照,我們看看國家標準是如何定義TN-C接地系統的:

圖4:國家標準GB/T 16895.1-2008定義的TN-C接地系統

圖4就是TN-C接地系統。我們看到TN-C接地系統中有系統接地(工作接地),在系統接地處引出一條將保護與中性線功能合並的保護中性線PEN,它的全稱是保護中性線,俗稱就是零線。我們看到,用電裝置處首先把零線接到金屬外殼,然後再將零線引至電源進線處以實作中性線功能。

註意11:在實際工程中,零線首先接入電源進線側,然後再引至用電裝置的保護接零處。

註意12:當TN-C的零線斷裂後,其後部因為三相不平衡的原因會出現較高電壓,故保護接零的用電裝置外殼會帶電。也因此,零線絕對不允許斷裂,並且需要多點重復接地。也因此,TN-C接地系統中不得使用2P和4P的開關,零線絕對不允許進熔斷器和開關。

由於TN-C接地系統存在零線斷裂後用電裝置外殼帶電問題,故油庫、碼頭、航空港、石化企業、和車站及體育中心絕對不允許使用TN-C接地系統。

對於城市居民小區,一般采用TN-C-S接地系統,以節約成本。我們看國家標準定義的TN-C-S接地系統:

圖5:國家標準GB/T 16895.1-2008定義的TN-C-S接地系統

我們看到,圖5的前部是TN-C接地系統,零線在用電裝置前端分開為地線PE和中性線N,前端的三相火線在分開點之後叫做相線,隨同中性線接入用電裝置的電源輸入端,而地線PE則接至用電裝置的金屬外殼。零線分開點之後就是TN-S接地系統。

註意13:在實際工程中,零線分開為地線PE和中性線N之處必須重復接地。

下圖是居家配電的TN-C-S接地系統:

圖6:居家配電的戶外部份:TN-C部份
圖7:居家配電的戶內部份:TN-C-S的「-S」部份

我們看到,戶內已經是TN-S接地系統了,故主進線斷路器可以采用2P開關。

註意14:正因為TN-C-S的戶內是TN-S接地系統,故主進線可以使用2P的空開。

關於TN-S的解釋和套用就講到這裏吧。

3.結論

前面已經對TN-S接地系統做了解釋。請大家註意幾個要點:

1)TN-S系統是大電流接地系統,利用斷路器和熔斷器可以實施單相接地故障保護,可以實作間接防護。

2)TN-S系統中可以使用1P到4P的開關。

3)TN-S接地系統屬於三相四線制,不存在零線,也不存在所謂的「工作零線」和「接地零線」。

我真不明白,為何不按國家標準給出的中性線明和地線的定義及名稱,非要用什麽「工作零線」和「接地零線」來定義。這種定義似是而非,誤導別人也誤導自己。另外,對於三相五線制這種稱謂,能不用就不用。須知,此稱謂得不到國家標準和國際標準認可,走出國門再用此稱謂,會被國外電氣工作者取笑。

4)TN-S接地系統下可以使用漏電保護器,用於保護人體免遭觸電危害。但必須明確,漏電保護屬於直接防護,與單相接地故障的間接防護不同。另外,TN-C下可以使用漏電保護器,但它不能實作TN-C系統下的間接防護。

4.其它

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