電氣設備中保護接地與保護接零

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樓主 2021-03-18 14:47:19
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DCS第一,什么叫做接地
接地有兩種,一種是工作接地,一種是保護接地。工作接地的目的是為了取得大地的零電位,保護接地的目的是為了人身安全。
第二,有關接地的國際標準和國家標準
國際標準是IEC 60364,國家標準是GB16895。這兩部標準都是強制性標準,也即任何配電系統,都必須無條件地百分百執行的標準。
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中性線。
我們來看我們早已熟知的IEC60364中有關TN-C接地系統的圖,如下:
相信,這張圖大家不陌生?,F在,我們來仔細看看這張圖。


這張圖的接地系統是TN-C。這里的T指的是變壓器中性點直接接地。注意看圖的左側,我們看到變壓器中性點直接接地,其用途是獲得地電位,也即零電位。所以,變壓器中性點直接接地又被稱為工作接地。
從變壓器中性點接地開始,這條線被稱為PEN線,也即零線。
零線這個名詞頗有爭議。不過,零線的知名度相當高,連老奶奶級別的人都知道,可見這個詞匯還會長久存在下去。
第四,什么叫做保護接零
注意看,上圖的中下部有兩只負載,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。我們來看PEN線是如何接到負載中去的。
我們看到,PEN線首先接到負載的外殼,然后再接到中性線輸入端子。這就是保護接零。
這樣做的目的是什么?
大家已經知道,零線的正確名稱是保護中性線,并且保護是第一位的,中性線是第二位的。由此可知,在國際標準IEC60364中,TN-C接地系統的PEN線被首先引至設備外殼的意義就是保護人身安全。
注意:負載的外殼也即外露導電部分不直接接地,而是接到保護中性線PEN線上或者保護線PE上,這種做法在IEC60364中用符號N來表示。所以上圖的接地系統屬于TN接地系統,而將PEN線也即零線直接連接到用戶端,這種接地系統被稱為TN-C系統。
實際接線中,PEN線首先引入零線端子,再引入到外露導電部分的專用端子,和IEC60364的TN-C原圖恰好相反。


第五,TN-C系統存在的問題


在上圖中,如果PEN線在兩只負載的中間斷裂,前面一只負載的外殼不會發生什么問題,但后面一只負載的外殼就會有問題。我們來看下圖:我們看到,PEN線在中間斷裂。如果恰好斷點前后的負載都發生了單相接零故障,斷裂點前部的PEN接地良好,由IEC60364的TN-C原圖可知,PEN線和用電設備的外殼電壓不會上升;然而PEN線斷裂點后部,因為PEN線與用電設備的外殼直接連接,而用電設備的外殼已經出現了單相接零,因此斷裂點后部的PEN線上的電壓會上升,最高會升到相電壓220V。
這是TN-C接地系統最薄弱之處。也因此,TN-C系統嚴禁使用在會發生爆炸的場合,例如油庫、煤礦等等。
為了防止出現上述情況,TN-C系統必須重復接地:
注意看,上圖在最右下側重復接地,這樣就可以避免出現PEN線斷裂點后部在單相接地故障狀態下電壓上升的情況。


第六,什么叫做保護接地?
那么什么叫做保護接地呢?我們來看下圖:
這個接地系統叫做TN-S。根據前面的解釋,我們知道T表示變壓器中性點直接工作接地,而負載的外殼則與來自電源的保護線相接。
從圖中我們看到,變壓器的中性點在接地后,分開為N線和PE線,而負載的外殼直接與PE線相接。這種做法就叫做保護接地。
顯然,這是最好的接地方法。
另外,PE線允許多點重復接地。
我們再看看TN-C-S接地系統:
我們看到,PEN線在兩個負載中間分開為N線和PE線。左邊的負載接在TN-C的系統中,而第二個負載接在TN-C-S的系統中。我們看到,PEN線在兩個負載中間分開為N線和PE線。左邊的負載接在TN-C的系統中,而第二個負載接在TN-C-S的系統中。
TN-C-S接地系統大量應用在居家配電系統中。
值得注意的是:在PE與N的分開點PEN線需要再次接地,之后才分開,而且分開后不得再次合并。


對于居家配電的TN-C-S系統,有一個值得注意的情況。我們來看下圖:


我們看到,家家戶戶的居家配電箱都從MEB點獲取N線。我們根本就不可能規定某家人家只能擁有多少用電設備,以及何時用電。這樣一來,在MEB后部的N線電流In會很大,也即三相嚴重不平衡。我們看到,家家戶戶的居家配電箱都從MEB點獲取N線。我們根本就不可能規定某家人家只能擁有多少用電設備,以及何時用電。這樣一來,在MEB后部的N線電流In會很大,也即三相嚴重不平衡。
三相不平衡的結果造成N線產生一定的電壓,這對于居家配電不是很有利,會降低供電的可靠性。
因此,對于居家配電來說,一定要做好PE線的連接工作。同時,在戶內一定要杜絕N線和PE線混用。如果有條件,做好PE線的二次重復接地。特別在浴房,最好能有接地體的等電位聯結。
第七,TT系統和IT系統
下圖是TT系統:


我們看到,IT系統的變壓器中性點不接地,這就是I的含義。同時,T的含義是負載外殼直接接地。這一點我們從上圖中可以明確看到。
總結一下
1)保護接零專指TN-C系統中負載的外殼接到PEN線也即零線上。這種接法有很多弊端,并且需要多點接地。
2)保護接地在TN-C-S、TN-S、TT、IT接地系統中都采用,也即負載的外殼接到PE線上(TN-S、TN-C-S)或者直接接地(TT、IT)。
保護接零已經很少見了,常見的都是TN-C-S或者TN-S里的保護接地方式。
3)TN系統的特點是,它的單相接地(接零)故障電流較大,近乎于短路電流,因此TN系統又叫做大電流接地系統。
TN系統的單相接地故障保護可以依靠斷路器或者熔斷器;TT和IT系統的特點是,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。
TT的單相接地故障必須配套剩余電流保護裝置來執行線路保護。
IT需要配套絕緣監測裝置來監測單相接地故障并告警。IT系統發生異相的第二次接地故障后,故障相通過用電設備的接地回路構成相間短路事故,會起動斷路器或者熔斷器來保護。

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