IT TT TN供电系统总结对比

IT系统是保护接地系统,供电变压器中性点没有接地,设备外壳接地。使用其一次故障时难以构成回路,故障电流小以及二次故障时,相间短路使断路器跳闸的特点,IT系统不是保护接零系统。IT系统不建议引出中性线,当中性线对地短路时(中性线接地系统),此时IT系统变成了TT系统,发生一次故障时就会形成相间短路而且电流大而切断电路,失去了IT系统供电连续性的优点。单相接地后,地上的电位会由0V变成接地相的电压,三相电中另外非故障两相的对地电压会变成线电压,向量叠加后就是根号三倍的接地相电压。当发生单相接地故障后,由于难以构成回路,短路回路电流仅仅是系统的分布电容电流,由于这个故障电流较小,三相之间的线电压任然会保持对称,不会破坏供电的平衡,所以负载可以持续运行若干小时不会过度的损坏设备和系统。故障特征不明显。需要注意的是,长期带故障运行时,由于相对地的电压会从相电压提高为线电压,其线缆绝缘水平要对应匹配才能长期带故障运行。IT系统只能提供线电压,不提供相电压,如果使用单相设备时需要安装380V变220V的单相变压器。IT系统需要安装IMD(绝缘监测装置),当电气装置第一次某相发生接地故障时,IMD监测到该相对地的绝缘电阻值小于整定值时就会报警,提醒工作人员及时处理,防止发生中断供电事故。如果工作人员没有及时处理,此时另一相也发生了接地故障,这就变成了相间短路,此时短路电流大必须切断电源,从而失去了不间断供电的优越性。如果IT系统引出中性线后,中性线没有发生接地故障时,系统可以正常工作。当中性线发生接地故障时(变成中性线接地的系统),IT系统可能会变成TT系统或者TN系统。虽然TT系统和TN系统本身也是安全的,但是IT系统由于中性线发生接地故障变成TT系统或者TN系统之后再发生接地故障时会造成相间短路中断供电,从而失去了IT系统的特点。

TT系统是保护接地系统,供电变压器中性点接地,设备外壳接地。使用其相线发生接地故障时,电流通过设备外壳经接地点电阻,大地,变压器中性点的接地电阻构成回路,使断路器等保护设备动作来切断电路,但是当用电设备功率很大时,故障电流可能不足于使匹配的熔丝熔断或者断路器跳闸,由此可见TT系统不足于完全防护安全。TT系统虽然能大幅降低漏电设备上的故障电压,但一般不能降低到安全范围内。所以,采用TT系统的必须装设漏电保护装置或过电流保护装置,并优先采用漏电保护器。因为相对地故障后,电流一部分通过接地点经过大地回到变压器中性点构成回路,漏电保护器中的零序互感器检测到流进和流出的电流不再相等,快速切换故障电路,保护安全。TT供电系统中零线重复接地后,将会导致漏电保护器动作不能合闸。正常工作时进出的电流保持平衡不动作。如果增加零线接地点,会造成漏电保护器中的零线回流电流减小(零线电流经过接地点通过大地回到变压器中性点),进出不平衡,漏电保护器就会判断为漏电,会跳闸。采用TT接地配电系统,可采用共同的保护接地PE装置,也可以各自独立设置保护接地装置。但是采取各自独立的保护接地装置更安全,因为它可以防止故障电压通过共同的保护地线PE蔓延到其他非故障设备外壳。当TT系统总零线断开时,用电设备的电流回路无法从总零线通过,故障电流会通过前面设备的零线,这就导致A和B之间的电压也就是加在设备之间的电压从相电压220V上升至380V,一般的单相设备最大可承受电压也就是250V左右,这就导致单相设备烧毁,这也是造成同一配电变压器下用电用户的电器大面积烧毁的原因。
TN-C供电系统是保护接零系统,变压器中性点接地,地线PE和零线N合二为一,当设备外壳带电时,接零保护系统将漏电电流上升为短路电流,实际就是单相短路(当发生相线碰壳事故时,短路电流经金属外壳和保护零线组成闭合回路),熔丝会熔断或自动开关跳闸,使故障设备断电,比较安全。PEN断线时,发生相与外壳漏电或零线存在三相不平衡电流时,PEN线将会导致设备外壳对地带电,人接触带电的外壳时,电流只能通过人体电阻,大地到达变压器中性点工作接地构成回路,影响人身安全。PEN线重复接地后当设备发生漏电时,漏电电流一条通过人体,另一条通过PEN线,再回到大地和中性点工作接地构成回路,由于人体的电阻比接地点的电阻大的多,所以通过人体的电流小,保护安全。在TN-C供电系统中,因为PEN线合二为一,那么设备发生漏电时,漏电保护器不会自动跳闸切断电源,因为漏电电流又流回了零线,电流流进流出相等,漏电保护器没有检测到漏电存在,所以不会动作切断电路。但是,漏电的设备外壳是存在漏电的,只有等到人去接触了漏电的设备外壳,人被电击后,故障电流通过人体经过大地发生了泄露电流时,漏电保护器才会检测到电流流进流出不相等后,采取跳闸。PEN线作为工作零线和保护零线共用,是不允许安装开关熔断器的,熔断后相当于零线断开,而零线和地线共用使外壳带上了零线故障电流。在漏电保护器的后端工作零线没有重复接地点时,是允许安装漏电开关的,因为后端工作零线重复接地后,零线回路电流主要从零线流过,工作零线重复接地后会有少量分流导致漏电保护器跳闸。TN-C系统内的NPE线起PE线和N线两个作用。所以当供电系统中有单相用电设备时,NPE线肯定会有电流流过。但是此时外壳是不带电压的,因为PEN线是和变压器中性点工作接地是连在一起的,零线对地始终是零电位。
TN-S供电系统是保护接地系统,变压器中性点接地,设备外壳也接地。它和 TT系统的区别在于TT系统是设备外壳直接接地,TNS系统是将工作零线和保护地线在变压器中性点分开,出来以后就不再连接了,否则变成了TNC系统,TNS供电以五根线供电,五根线分别是三根火线L1L2L3,一根工作零线N,一根地线PE。零线N和地线PE是分开的,其中零线N可以接入空气开关或者是漏电保护器,地线PE全程严禁断开也不允许接入空气开关或者是漏电保护器(断开后无法起到接地保护作用)。零线全程也不允许做重复接地,零线重复接地后,对地泄露电流,漏电保护器不能合闸。而地线可以做重复接地,防止地线断开起不到保护作用。
既然TN-S系统在变压器侧工作零线和保护地线一点接地,为什么回路电流走零线而不到达保护地线呢?因为系统中性线接地从而使得变压器的中性线(零线)的电位被强制性地钳制在大地的零点位。“地”就是“地”,“地”电压就是0V。由于构成大地的物质存在电阻,当大地有电流通过时,不同位置的“地”,电压会有所不同。但通常不会有太大差异,只有在遇到雷击、高压输电线落地这类情况时,才会在较近范围产生较大的电位差(所谓“跨步电压”)。在三相负载不平衡时,确实存在变压器侧中性线电压升高并通过保护接地线达到设备外壳的情况(即保护地的电压和设备处的大地电压不同)。为此,供电系统设置了相应的措施。主要有必须设置合格的接地电阻,以保证变压器中性点电压升高在可控(可接受)的范围内。在TN-S系统中N线和PE线在中性点以外是分开的相互绝缘的,和电气设备外壳连接的是PE线不是N线,当工作零线N重复接地时,会导致漏电保护器不能合闸,可以对PE线重复接地(重复接地后可以降低故障点的电压,当PE线无重复接地时,PE线断开,系统处于既不接地也不接零的无保护状态,PE线重复接地后,当整个PE线正常时,系统处于接零保护状态,当PE线在重复接地前端断裂时,由于后端有重复接地的存在,系统变成TT系统)。
TN-C-S系统,在低压配电房的变压器中性线接地,用三相4线的方式送电到用电的地方 ,然后再将中性线分为两条,一条还用作中性线,另外一条用作保护地线。这种配电的好处节省了一根电缆,在前面的TNC段,PEN线上有电流流过,允许重复接零,不能安装漏电保护器(后端漏电时,漏电电流又回到PEN线上,漏电保护器拒动),中性线不能断,否则会造成后面的保护地线的中断,影响到人身的安全(前端中性线断开后,故障外壳带电时,PE线处于未接地状态,人触摸带电外壳会通过大地、变压器中性点形成回路,导致触电。后端中性线和PE分开后断开时,仍可通过PEN线保持接地状态)。后端TN-S部分时,PE线为专用保护零线,正常情况下无电流流过,能够安装漏电保护装置。行业标准对TN-C-S接线作如下要求:在电源进线配电柜处,PE线和N线必须连接起来,电源进线的PEN线先和PE母线连接,并作接地,在将PE母线和N母线连接。同时PE线和N线分开后不能再次合并。且分开后零线不能做重复接地(接地泄露电流,漏电保护器不能合闸),地线可以重复接地。
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