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如何理解 TN

2022-11-06科学

我来说说吧。

1.关于低压配电网接地系统的国际标准和国家标准

低压配电网接地系统的核心是两类接地,即电源电力变压器中性点的系统接地(工作接地)和用电设备的金属外壳保护接地。

注意1:系统接地(工作接地)的任务是为低压配电网构建大地的零电位参考点,用电设备金属外壳的保护接地是为了确保人身安全。这两个概念非常重要,是我们理解低压配电网接地系统的核心,且讨论接地系统时两者缺一不可。

围绕着两类接地,国际电工委员会给出的标准是IEC60038,国家标准是GB/T 16895.1-2008。GB/T 16895.1-2008的封面如下:

图1:国家标准GB/T 16895.1-2008的封面

题主的问题与这部标准有关。以下我就以这部国家标准的定义来释疑题主的问题。

需要注意的是:GB/T 16895.1-2008是推荐标准,且发布时间是2008年,很老了,但至今也没有更新过,可见这部标准的重要性。

2.国家标准GB/T 16895.1-2008中的摘录

1)第一个摘录:有关接地系统的几个文字符号的定义

图2:国家标准中定义了接地系统文字符号的意义

低压配电网有三类基本接地系统,即TN接地系统、TT接地系统和IT接地系统,其中TN接地系统又细分为TN-S、TN-C和TN-C-S三种接地系统。

对于TN接地系统的三种形式,从文字意义看,在电力变压器中性点处均有工作接地和工作接地之接地极,保护接地则采取将工作接地接地极处的引出线作为与用电设备外壳的接地线。

注意2:当用电设备内部发生单相接地故障时,接地故障电流经由接地线返回电源,近似等于相线对中性线(也包括TN-C下的火线对零线)的短路电流,电流值较大,线路中配套的过电流保护装置可实施保护跳闸,故把TN接地系统叫做大电流接地系统。对应地,把TT和IT叫做小电流接地系统。

注意3:大电流接地系统可利用过电流保护装置(断路器或者熔断器)实施单相接地故障保护,而小电流接地系统下的TT接地系统必须采用漏电保护器RCD实施单相接地故障保护,这是IEC国家电工委员会确定并推荐的。

以下我们来探讨TN-S接地系统。

2)TN-S接地系统

图3:国家标准GB/T 16895.1-2008定义的TN-S接地系统

在图3的右侧,我们看到了TN-S接地系统线制的定义,分别是三条相线L1、L2和L3,还有中性线N和地线PE。我们把TN-S接地系统的线制叫做三相四线制。

我们看图3的用电设备处,用电设备的金属外壳接地线,以实现人体安全防护、这就是第二个字母N的含义。当发生单相接地故障(漏电故障)时,故障电流沿着用电设备的金属外壳流到地线PE上,再返回电源电力变压器中性点,故障电流近似等于相线对中性线的短路电流,这就是TN-S接地系统被称为大电流接地系统的原因。

注意4:在国际电工委员会标准中,把正常工作时有电流流过的线叫做「线」,没有电流流过的线例如地线PE不叫作「线」,故TN-S的线制属于三相四线制。不管是IEC标准还是国家标注,均不承认三相五线制的存在!!!

在图3的左侧,我们看到电力变压器低压侧绕组的中性点直接接地,构成了系统接地或者工作接地,也即第一个字母T。从接地极处引出两条线,其一是中性线N,其二是地线PE。

关于中心线N与地线PE的异同点,可参阅我写的帖子,链接如下:

注意5:中性线N是可以断裂的,也可以进开关,故TN-S接地系统下可以使用1P、2P、3P和4P开关。

由于中性线中流过的电流其实就是三相不平衡电流,故在配电网末端用电设备处中性线存在一定的电压。

注意6:地线PE实施人体的安全防护,在任何情况下不得断裂,不得进任何开关。

注意7:为了确保地线PE的零电位,地线PE必须多点接地,且想接地几次就接地几次。

注意8:在工作接地处地线PE与中性线N分开后,两者必须相互绝缘,不得再次合并。

如果我们把TN-S的中性线与地线在某处合并,则合并后的系统事实上就成为变相的TN-C接地系统。最糟糕的是:这段变相TN-C接地系统中的用电设备外壳原先是接地接地(PE)的,由于合并的原因,变成了保护接零。一旦前端的零线断裂,而后部又没有完备的重复接地,则用电设备的外壳会因为三相不平衡的原因而带电。最糟糕的是:如果某个用电设备发生漏电,则合并点后部的所有用电设备外壳均带电,电压值最高可达相电压。

由此可见,TN-S接地系统中的中性线N和PE在离开工作接地后不得以任何理由再次合并,这是国家标准GB50054【低压配电设计规范】强制性规定的,是铁律!!!

关于TN-S和TN-C的区别,可参加这篇链接:

注意9:当中性线断裂后,或者中性线接入开关而开关断开后,断裂点后部的中性线因为三相不平衡的原因电压会上升,最高可达相电压。因此,一定不能把中性线当作地线接用电设备的外壳。

在TN-S接地系统中,一旦用电设备发生单相接地故障(漏电故障),尽管人体尚未接触到用电设备,但用电设备的前接开关会执行保护跳闸(由断路器的短路保护脱扣器执行),这叫做间接接触防护。

注意10:间接接触防护是TN接地系统的特征,这也是TN接地系统得到广泛使用的原因。

注意11:再次强调:中性线N不是零线!!!

作为对照,我们看看国家标准是如何定义TN-C接地系统的:

图4:国家标准GB/T 16895.1-2008定义的TN-C接地系统

图4就是TN-C接地系统。我们看到TN-C接地系统中有系统接地(工作接地),在系统接地处引出一条将保护与中性线功能合并的保护中性线PEN,它的全称是保护中性线,俗称就是零线。我们看到,用电设备处首先把零线接到金属外壳,然后再将零线引至电源进线处以实现中性线功能。

注意11:在实际工程中,零线首先接入电源进线侧,然后再引至用电设备的保护接零处。

注意12:当TN-C的零线断裂后,其后部因为三相不平衡的原因会出现较高电压,故保护接零的用电设备外壳会带电。也因此,零线绝对不允许断裂,并且需要多点重复接地。也因此,TN-C接地系统中不得使用2P和4P的开关,零线绝对不允许进熔断器和开关。

由于TN-C接地系统存在零线断裂后用电设备外壳带电问题,故油库、码头、航空港、石化企业、和车站及体育中心绝对不允许使用TN-C接地系统。

对于城市居民小区,一般采用TN-C-S接地系统,以节约成本。我们看国家标准定义的TN-C-S接地系统:

图5:国家标准GB/T 16895.1-2008定义的TN-C-S接地系统

我们看到,图5的前部是TN-C接地系统,零线在用电设备前端分开为地线PE和中性线N,前端的三相火线在分开点之后叫做相线,随同中性线接入用电设备的电源输入端,而地线PE则接至用电设备的金属外壳。零线分开点之后就是TN-S接地系统。

注意13:在实际工程中,零线分开为地线PE和中性线N之处必须重复接地。

下图是居家配电的TN-C-S接地系统:

图6:居家配电的户外部分:TN-C部分
图7:居家配电的户内部分:TN-C-S的「-S」部分

我们看到,户内已经是TN-S接地系统了,故主进线断路器可以采用2P开关。

注意14:正因为TN-C-S的户内是TN-S接地系统,故主进线可以使用2P的空开。

关于TN-S的解释和应用就讲到这里吧。

3.结论

前面已经对TN-S接地系统做了解释。请大家注意几个要点:

1)TN-S系统是大电流接地系统,利用断路器和熔断器可以实施单相接地故障保护,可以实现间接防护。

2)TN-S系统中可以使用1P到4P的开关。

3)TN-S接地系统属于三相四线制,不存在零线,也不存在所谓的「工作零线」和「接地零线」。

我真不明白,为何不按国家标准给出的中性线明和地线的定义及名称,非要用什么「工作零线」和「接地零线」来定义。这种定义似是而非,误导别人也误导自己。另外,对于三相五线制这种称谓,能不用就不用。须知,此称谓得不到国家标准和国际标准认可,走出国门再用此称谓,会被国外电气工作者取笑。

4)TN-S接地系统下可以使用漏电保护器,用于保护人体免遭触电危害。但必须明确,漏电保护属于直接防护,与单相接地故障的间接防护不同。另外,TN-C下可以使用漏电保护器,但它不能实现TN-C系统下的间接防护。

4.其它

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