1、引言
接地系統(tǒng)設(shè)計是工廠低壓供配電設(shè)計中的一項重要內(nèi)容，電源(如變壓器)的接地型式有工作接地和非工作接地之分，用電設(shè)備的接地型式有保護(hù)接地和保護(hù)接零之分。相應(yīng)地，由電源、供電線路、用電設(shè)備共同組成的供配電系統(tǒng)的接地系統(tǒng)則有多種。工廠低壓供配線路發(fā)生接地故障時，其危害很大，因此應(yīng)對接地故障進(jìn)行保護(hù)[1]。
2、電源、用電設(shè)備的接地型式
2.1 工作接地
電源(如變壓器)二次側(cè)繞組采用Y形連接時，其中性點經(jīng)導(dǎo)線與接地體相連接，這種接地型式稱為工作接地，如圖1所示。工作接地是電源的兩種接地型式之一。
圖1 工作接地
2.2 非工作接地
電源(如變壓器)沒有中性點或二次側(cè)繞組有中性點，但經(jīng)高阻抗與接地體相連接，這種接地型式稱為非工作接地[2]，如圖2所示。非工作接地是電源兩種接地型式之一。
圖2 非工作接地
2.3 保護(hù)接地
在供配電系統(tǒng)中，用電設(shè)備的金屬外殼部分經(jīng)導(dǎo)線與接地體相連接，這種接地型式稱為保護(hù)接地，如圖3所示。保護(hù)接地是用電設(shè)備兩種接地型式之一。
2.4 保護(hù)接零
在供配電系統(tǒng)中，用電設(shè)備的金屬外殼部分經(jīng)導(dǎo)線與供電線路中的零線相連接，這種接地型式稱為保護(hù)接零[2]，如圖4所示。保護(hù)接零是用電設(shè)備兩種接地型式之一。
圖3 保護(hù)接地
圖4 保護(hù)接零
3、工廠低壓供配電設(shè)計中的接地系統(tǒng)
目前有四種接地系統(tǒng)應(yīng)用于工廠低壓供配電設(shè)計中，即IT接地系統(tǒng)、TT接地系統(tǒng)、TN接地系統(tǒng)和重復(fù)接地系統(tǒng)。
3.1 IT接地系統(tǒng)
在IT接地系統(tǒng)中，電源非工作接地，用電設(shè)備保護(hù)接地，如圖5所示。在這種接地系統(tǒng)的供電線路中既沒有中性線N線，也沒有保護(hù)線PE線，所以用電設(shè)備只能是三相對稱用電設(shè)備或是額定電壓為線電壓的單相用電設(shè)備。當(dāng)然，如果需要N線，也可以配出N線，但同時需要在N線上設(shè)置過電流保護(hù)裝置，以便發(fā)生短路故障時切斷供電線路。
圖5 IT接地系統(tǒng)
IT系統(tǒng)具有兩個方面的優(yōu)點，一是發(fā)生單相短路時，三相電壓保持不變，三相用電設(shè)備可正常運行，同時用電設(shè)備外殼不帶電，不會發(fā)生觸電事故;二是用電設(shè)備金屬外殼經(jīng)導(dǎo)線與接地體相連接，各用電設(shè)備間無電磁干擾[3]。IT接地系統(tǒng)目前在工廠低供配電設(shè)計中應(yīng)用較少，只有在生產(chǎn)、儲存和裝卸易燃易爆危險物品的工廠供配電設(shè)計中用到。
3.2 TT接地系統(tǒng)
在TT接地系統(tǒng)中，電源工作接地，用電設(shè)備保護(hù)接地，如圖6所示。在這種接地系統(tǒng)中，供電線路有中性線N線，但沒有保護(hù)線PE線，用電設(shè)備既可以是三相用電設(shè)備又可以是單相用電設(shè)備。在TT接地系統(tǒng)中，由于所有用電設(shè)備的金屬外殼經(jīng)導(dǎo)線與接地體相連接，當(dāng)用電設(shè)備比較多且分散時，會相應(yīng)地增加接地成本。
圖6 TT接地系統(tǒng)
TT接地系統(tǒng)有三個方面的特點，一是采用這種接地系統(tǒng)后，如果用電設(shè)備漏電，用電設(shè)備中性點電位較高，則可能造成觸電事故;二是由于供電線路中沒有保護(hù)線PE線，當(dāng)出現(xiàn)故障時，不會故障電壓沿PE線竄入其他戶內(nèi)的情況;三是各用電設(shè)備有自己的PE線，各用電設(shè)備間無電磁干擾[3]。TT接地系統(tǒng)目前在工廠低壓供配電設(shè)計中應(yīng)用較少，但很有應(yīng)用前景。
3.3 TN接地系統(tǒng)
在TN接地系統(tǒng)中，電源工作接地，用電設(shè)備保護(hù)接零，中性線N 線和保護(hù)線PE線統(tǒng)稱為零線，根據(jù)N線和PE線的組合情況不同，TN接地系統(tǒng)又分為TN-C接地系統(tǒng)、TN-S接地系統(tǒng)和TN-C-S接地系統(tǒng)。
(1)TN-C接地系統(tǒng)。如圖7所示，在TNC接地系統(tǒng)中，N線和PE線合二為一(即PEN線)，這種接地系統(tǒng)的供電線路上既可以接三相用電設(shè)備，又可以接單相用電設(shè)備，供電線路中PEN線一般有電流流過，會對供電線路上的用電設(shè)備造成電磁干擾。當(dāng)PEN線斷線時，PEN線斷點后用電設(shè)備的金屬外殼具有較高的接觸電壓，容易造成觸電事故。當(dāng)發(fā)生短路時，過電流保護(hù)裝置會切斷供電線路，從而保障用電設(shè)備和人安全。TN-C接地系統(tǒng)應(yīng)用于用電容量不大、接地要求不高的工廠低壓供配電設(shè)計中。
(2)TN-S接地系統(tǒng)。如圖8所示，在TNS接地系統(tǒng)中，N線和PE線從電源中性點開始完全分開，這種接地系統(tǒng)的供電線路上既可以接三相用電設(shè)備，又可以接單相用電設(shè)備，供電線路中N線一般有較小的電流流過，PE線上沒有電流流過，不會對供電線路上的用電設(shè)備造成電磁干擾。當(dāng)N線斷線時，斷點后用電設(shè)備的金屬外殼上的接觸電壓為零，不會造成觸電事故。當(dāng)發(fā)生短路時，過電流保護(hù)裝置會自動切斷供電線路，從而保障用電設(shè)備和人的安全。TN-S接地系統(tǒng)常用于各種工廠的低壓供配電設(shè)計中。
圖7 TN-C接地系統(tǒng)
圖8 TN-S接地系統(tǒng)
(3)TN-C-S接地系統(tǒng)。如圖9所示，在TN-C-S接地系統(tǒng)中，N線和PE線前部分合用，后部分完全分開，N線和PE線分開后不能再合起來，N線和PE線分開時兩線要同時都接地一次。這種接地系統(tǒng)前部分實際上是TN-C接地系統(tǒng)，后部分實際上是TN-S接地系統(tǒng)，在供電線路上無論是前部分還是后部分，都可以既接三相用電設(shè)備又接單相用電設(shè)備，因此這種接地系統(tǒng)前部分具有TN-C接地系統(tǒng)的特點，后部分具有TN-S接地系統(tǒng)的特點。TN-C-S接地系統(tǒng)常用于既有臨時用電設(shè)備又有永久用電設(shè)備的工廠低壓供配電設(shè)計中。
圖9 TN-C-S接發(fā)系統(tǒng)
3.4 重復(fù)接地系統(tǒng)
如圖10所示，在三相四線制供電線路中，每當(dāng)從主供電干線取電時將N線接地一次，同時從接地線上引出PE線，重復(fù)接地系統(tǒng)實際上是多個TN-C-S接地系統(tǒng)的串聯(lián)組合。在重復(fù)接地系統(tǒng)中，供電干線不接用電設(shè)備，與用電設(shè)備相連接的N線上一般有電流流過，PE線上沒有電流流過，所以不會對用電設(shè)備造成電磁干擾，也不會造成觸電事故。當(dāng)發(fā)生短路故障時，過電流裝置切斷供電次干線，從而保護(hù)用電設(shè)備和人的安全。重復(fù)接地系統(tǒng)主要用于用電量不大且車間分散的工廠低壓供配電設(shè)計中。
圖10 重復(fù)接地系統(tǒng)
4、工廠低壓供配電設(shè)計中的接地故障保護(hù)
工廠低壓供配電系統(tǒng)的接地故障是指工廠低壓供配電系統(tǒng)中相線對地或與地有聯(lián)系的導(dǎo)體之間的短路，包括相線與大地、相線與PE線或PEN線以及相線與設(shè)備的金屬外殼之間的短路[4]。接地故障有較大的危害性，在工廠低壓供配電設(shè)計中必須進(jìn)行接地故障保護(hù)設(shè)計。
4.1 IT接地系統(tǒng)中的接地故障保護(hù)
4.2 TT接地系統(tǒng)中的接地故障保護(hù)
在TT接地系統(tǒng)中，只需設(shè)置漏電開關(guān)進(jìn)行保護(hù)即可，漏電開關(guān)過電流動作值按低壓斷路器反時限特性要求來整定，漏電電流動作值一般選擇30mA。
4.3 TN接地系統(tǒng)中的接地故障保護(hù)
在TN接系統(tǒng)中，工廠低壓供配電系統(tǒng)的接地故障可由低壓斷路器切斷供電線路來保護(hù)，低壓斷路器的動作電流按其反時限特性要求來整定。但在TN-S接地系統(tǒng)和TN-C-S接系統(tǒng)后部分中用低壓斷路器不能達(dá)到保護(hù)要求時，則需裝設(shè)漏電開關(guān)來進(jìn)行故障保護(hù)。在TN-C接地系統(tǒng)中，由于沒有PE線，若要用漏電開關(guān)進(jìn)行故障保護(hù)，則需在TN-C接地系統(tǒng)中增加一條PE線，使其變?yōu)門N-S接地系統(tǒng)。
5、總結(jié)
在工廠低壓供配電設(shè)計中，一定要根據(jù)環(huán)境條件、安全可靠性要求以及用電設(shè)備對電磁干擾要求慎重選擇電氣接地系統(tǒng)，并進(jìn)行接地故障保護(hù)，使接地系統(tǒng)能有效地保護(hù)用電設(shè)備和人的安全。
