根據國際電工委員會(IEC)標準,低壓交流配電系統按接地方式的不同,分為TN系統、TT系統和IT系統三種基本類型,其中TN系統又分為TN-S、TN-C和TN-C-S三種類型。第一個字母表示電源端與地的關系;第二個字母表示電氣設備的外露可導電部分與地的關系;短橫線后的字母表示中性線與保護線的關系。這些字母是法文單詞的第一個大寫字母,其法文單詞及含義詳見下表0。這里首先對低壓交流配電系統的類型給以介紹,最后說明通信局(站)所采用的低壓交流配電方式或接地方式。
表0:低壓交流配電系統類型中字母的含義
一、TN系統
TN系統是交流配電系統中電源的中性點直接接地,電氣設備的外露可導電部分(金屬外殼)通過保護導線連接到此接地點的系統。它是接零保護系統。該系統按照中性線與保護線的不同連接方式,又分為TN-S系統、TN-C系統和TN-C-S系統三種類型。TN系統適用于城鎮低壓電力網。
1、TN-S系統
TN-S系統即三相五線制系統,如圖1-1所示。在三相五線制供電系統中,單相供電采用單相三線制,三線即相線、零線和保護地線。圖中降壓電力變壓器僅畫出了副繞組。副繞組采用星形(Y形)連接,副繞組的首端引出三根相線:L1、L2、L3,副繞組的中性點直接接地,從其接地匯流排上引出兩根導線,一根為中性線即工作零線N(簡稱零線,接地的中性線稱為零線),另一根為保護零線即保護地線PE,它們都應采用絕緣導線布放。工作零線N流過三相不平衡電流。保護零線 PE專門用于接零保護,它接到電氣設備的金屬外殼上,使設備的金屬外殼通過PE線接地。PE線平時無電流通過,當交流相線與機殼短路時,流過較大的短路電流,使接于相線中的斷路器或熔斷器等保護器件迅速動作,及時切斷電源,從而保障人身和設備的安全。
圖1-1:TN-S系統(三相五線制)原理圖
TN-S系統是工作零線N與保護零線PE完全分開的系統。TN-S系統應用中必須注意下表1-1所示的接線。為了人身和設備的安全,嚴禁在保護地線和公共零線中加裝開關或熔斷器,并應在實際工作中注意,保護地線端子和零線端子均要連接牢固,防止虛接。如果保護地線斷路,若某一相線碰連設備的金屬外殼,則機殼對地電壓將達到相電壓,這時沒有較大的短路電流,一般的過電流保護裝置不能切斷電源進行保護,從而嚴重危及人身安全。如果公共零線斷路而接通了三相電源,當三相負載不平衡時,負載側中性點將會發生電位漂移,各相負載電壓失去平衡,可能有的負載電壓接近線電壓,而有的負載電壓遠低于正常相電壓,因此用電設備不能正常工作,甚至一相或兩相上的用電設備被燒壞。
表1-1:TN-S系統應用中所必須注意的接線問題
2、TN-C系統
TN-C系統即三相四線制接零保護系統,是工作零線N與保護零線PE合一的系統,如圖1-2所示。從降壓電力變壓器副繞組直接接地的中性點引出的中性線,既是工作零線,又是保護地線,在整個交流配電系統中,工作零線N與保護地線PE合為一體構成PEN線。這時電氣設備的金屬外殼必須接到PEN線上,進行接零保護。在TN-C系統中,為了防止因PEN線斷線而造成危害,在距離接地點超過50 m時,PEN線宜重復接地。
圖1-2:TN-C系統(三相四線制)原理圖
3、TN-C-S系統
TN-C-S系統如圖1-3所示,整個低壓交流配電系統的前部分為TN-C系統,其零線(N)和保護地線(PE)是合一的PEN線;后部分則采用TN-S系統,其零線(N)和保護地線(PE)分開,并且不允許再合并或者混用。當電力變壓器在通信局(站)外且相距大于50 m時,TN-C系統的中性線(PEN線)在通信局房入口處應作重復接地。
圖1-3:TN-C-S系統原理圖
為了便于區分不同的電源線,電氣設備交流電源線的顏色應符合規定:相線為A相(U相)黃色、B相(V相)綠色、C相(W相)紅色,零線(N)為淡藍色(或黑色),保護地線(PE)為黃、綠雙色。
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二、TT系統
TT系統是交流配電系統中電源的中性點直接接地,電氣設備的外露可導電部分(金屬外殼)就近保護接地,兩個接地裝置無直接關聯的系統,如圖2-1所示。它是接地保護系統。在這種系統中,除降壓電力變壓器副繞組中性點直接接地外,引出的中性線(零線N)不得再接地,并應與相線(L1、L2、L3)保持相等的絕緣水平。TT系統適用于農村低壓電力網。
圖2-1:TT系統原理圖
TT系統如不采取專門保護措施,其保護性能不能確保安全。假如電氣設備中某一相線碰到了設備的金屬外殼,如圖2-2所示,這時設備金屬外殼的對地電壓為下式,其中,RA為保護接地裝置的接地電阻,RN為電力變壓器中性點的接地電阻,U為相電壓。
UE = [ RA/(RA+RN)]U (式2-1)
圖2-2:TT系統相線碰機殼的分析
雖然UE<U,但由于RA和RN在同一個數量級,因此機殼對地電壓UE幾乎不可能限制在安全范圍內。由于這時沒有較大的短路電流,故斷路器或熔斷器不能切斷電源進行保護。所以,通信局(站)一般不宜采用TT系統。若確有困難,不得不采用TT系統,則必須在低壓交流電源進線處裝設剩余電流保護器,將故障持續時間限制在允許范圍之內(例如0.1s)。
剩余電流保護器的全稱是剩余電流動作保護器(英文縮寫RCD)。“剩余電流”是相線與中性線的電流相量和(其瞬時值是相線與中性線電流瞬時值的代數和)。線路和設備絕緣良好時,剩余電流為零(即使三相負載不平衡,由基爾霍夫電流定律可知,剩余電流也為零);如果供電線路或電氣設備發生單相接地故障,就會產生一定量值的剩余電流。使用剩余電流保護器時,中性線應與相線一起穿過剩余電流保護器中用于檢測剩余電流的電流互感器。當剩余電流達到“額定剩余動作電流”時,剩余電流保護器動作,及時切斷電源,實施保護。
TT系統通常采用剩余電流保護器實施兩級或三級保護。各級剩余電流保護器的動作特性應互相協調,并應避免電網正常泄漏電流使保護器誤動作。例如,各級剩余電流保護器的參數選取如下表2所示。
表2:各級剩余電流保護器參數選取
需要指出,在同一臺變壓器供電的低壓配電網中,不允許一部分電氣設備采用接零保護,而另一部分電氣設備采用接地保護,即一般不允許同時采用TN-C系統和TT系統混合運行。圖2-3所示就是這種錯誤的混合運行方式,這時若接地保護設備的相線碰連金屬外殼,則該設備的機殼對地電壓UE如式2-1所示,而零線以及所有接零保護設備的機殼對地電壓UN為下式,其中,RA為保護接地裝置的接地電阻,RN為電力變壓器中性點的接地電阻,U為相電壓。
UN = [ RN/(RN+RA)]U (式2-2)
圖2-3:錯誤的混合運行方式
UE和UN都可能給人以致命的電擊,而且故障接地電流不大,一般的過電流保護裝置不能動作,危險狀態將長時間存在。因此,這種混合運行方式一般是不允許的。如確有困難,不得不采用混合運行方式,則屬于TT保護方式的設備必須裝設剩余電流保護器。
三、IT系統
IT系統是交流配電系統中電源的帶電部分不接地或有一點(中性點)經足夠大的阻抗接地,電氣設備的外露可導電部分(金屬外殼)就近保護接地的系統,如圖3所示。它也是接地保護系統。
圖3:IT系統原理圖
IT系統不得引出中性線進行單相供電,且必須裝設絕緣監視及接地故障告警裝置。這種系統可用于井下配電網等動力網。通信局(站)的低壓交流配電不采用IT系統。
四、我國標準規范中的相關規定
1、GB 50689的要求
我國國家標準GB 50689《通信局(站)防雷與接地工程設計規范》中規定:“大、中型通信局(站)必須采用TN-S或TN-C-S供電方式。中型通信局(站)、移動通信基站及小型站點可采用TT供電方式。”另外,GB 50689中還給出了其交流配電方式與SPD保護模式的要求。
欲具體了解通信局(站)交流配電方式與SPD保護模式的要求的請進入。
2、GB 51194的要求
我國國家標準GB 51194《通信電源設備安裝工程設計規范》中規定“具有獨立變壓器的通信局站低壓交流供電系統應采用TN-S或TN-C-S接地方式”。
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