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1 低壓供電系統的組成、特點(diǎn)、類(lèi)型 (1)供電系統通常由交流分系統、直流分系統兩部分組成 交流分系統通常由高壓和低壓兩部分組成。 直流分系統通常由交Z直流變換部分、蓄電池組部分組成。負載部分由低壓交流負載、直流負載設備組成。"負載"通俗地講也就是"用電設備"。 (2)低壓供電系統的基本特點(diǎn) ①并聯(lián)冗余方式是提高可靠性的主要方式，無(wú)論是交流供電系統，還是直流供電系統。 ②一次電源對于低壓供電系統來(lái)講，主要是市電或發(fā)電，是低壓供電系統的核心，是供電系統可靠性的關(guān)鍵。其它電壓變換型電源對其有依賴(lài)性。直流供電系統依靠交流供電系統提供電源。但直流供電系統可以對交流供電系統做適當的補充。 ③不間斷電源(UPS)廣泛應用，對負載的可靠供電有極為重要的作用。 ④應用自動(dòng)切換(ATS)技術(shù)控制負載。 (3)G代電源低壓供電系統類(lèi)型 常見(jiàn)的各種低壓交流(220/380V,50Hz)供電系統有:IT、TN一C、TN一S、TN一C一S、TT供電系統。 供電的安全性指供電配電時(shí)不能傷害人或損壞設備�？煽啃灾冈谝欢l件和時(shí)間內連續供電的能力。這是電源系統中的一對矛盾，當人身與設備安全性受到危險時(shí)，需要切斷電源;而切斷電源又對用電設備連續供電產(chǎn)生影響。以下對供電系統常用的五種交流電源系統及接地方式進(jìn)行介紹，并在安全性與可靠性分析進(jìn)行比較。 2 IT供電系統及接地方式 IT系統是三相三線(xiàn)式供電及接地系統，該系統變壓器(或發(fā)電機組三相輸出)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，無(wú)中性線(xiàn)(俗稱(chēng)零線(xiàn))N，只有線(xiàn)電壓(380V)，無(wú)相電壓(220V)，電器設備保護接地線(xiàn)(PE線(xiàn))各自獨立接地力口圖士所示。圖中電容C1、C2、C3為供電線(xiàn)路對地的分市電容。 IT系統在供電距離不長(cháng)時(shí)，供電可靠性高，安全性好。電源側也可采取中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地。 IT系統在一相接地時(shí)，單相對地漏電電流小，不破壞電源的電壓平衡。一般用于不允許停電的場(chǎng)所，或是嚴格要求連續供電的地方。 如果一相發(fā)生接地故障，通過(guò)熔斷器F等可以切斷該相，其它兩相可以供電。而且，用電設備有接地保護，當單相絕緣損壞碰到外殼，使金屬外殼呈帶電狀態(tài)時(shí)，人員觸及帶電金屬外殼可以避免觸電事故的發(fā)生。這是因為電流經(jīng)過(guò)兩條并聯(lián)電路流通，一路通過(guò)接地線(xiàn)、大地，另一路是通過(guò)人體、大地。由于接地電阻(要求不超過(guò)4Ω，最大不超過(guò)10Ω)比人體電阻(最小l000Ω)小得多，所以大部分電流通過(guò)接地體入地，只有很小部分電流通過(guò)人體，即通過(guò)人體的電流不超過(guò)人體安全電流，從而保護了設備和人員安全。 此時(shí)中性點(diǎn)漂移，另外兩相對地電壓將升高為380V，也就是說(shuō)，另外兩相原來(lái)對地電壓為220V,一相接地故障發(fā)生時(shí)，另外兩相對地電壓升高為380V。但各相間電壓(線(xiàn)電壓)仍然對稱(chēng)平衡，因此，三相用電設備仍可以繼續運行。為防止非接地相再有一相發(fā)生接地，造成兩相短路，所以規程規定單相接地時(shí)繼續運行時(shí)間不得超過(guò)2小時(shí)。如果不及時(shí)排除故障，絕緣設施長(cháng)時(shí)間承受過(guò)高電壓將導致事故。 當中性點(diǎn)不接地系統單相接地電流超過(guò)規定值時(shí)，為了避免產(chǎn)生斷續電弧，避免引起過(guò)電壓或造成短路，減小接地電弧電流并使電弧容易熄滅，中性點(diǎn)應經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地。消弧線(xiàn)圈實(shí)際上就是電抗線(xiàn)圈。 假設，C相對地短路，由于中性點(diǎn)接地電抗的存在，感性對抗電流滯后90。，而線(xiàn)路分布電容電流超前90°，從而有效減小了短路電流的電弧，如圖2所示。 TT供電系統由于沒(méi)有配中性線(xiàn)N，不適臺于有單相用電的通信設備。這種設備只適合有特殊要求的場(chǎng)所，如電力煉鋼、重要的手術(shù)室、重要的實(shí)驗室、地下礦井或坑道指揮所、重要通信樞紐特定設備等，該供電系統對用電設備的耐壓要求較高。 另外，中性點(diǎn)直接接地的情況又是怎樣的呢? 中性點(diǎn)直接接地系統發(fā)生單相接地時(shí)，通過(guò)接地中性點(diǎn)形成單相短路，產(chǎn)生很大的短路電流，保護單元動(dòng)作切除故障線(xiàn)路，使系統的其他部分正常運行。 由于中性點(diǎn)直接接地，發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)對地電壓為零，非接地的相對地電壓不發(fā)生變化。 3 TN-C供電系統及接地方式 TN系統的電源中性點(diǎn)直接接地，拜引出有中性線(xiàn)N線(xiàn)、保護線(xiàn)PE線(xiàn)或保護中性線(xiàn)PEN線(xiàn)，屬于三相四線(xiàn)制系統。 如果系統中N線(xiàn)與PE線(xiàn)金部合為PEN線(xiàn)，則系統稱(chēng)為T(mén)N一C系統。 如果系統中N線(xiàn)與PE線(xiàn)全部分開(kāi)，則系統稱(chēng)為T(mén)N一S系統。 如果系統中前一部分N線(xiàn)與PE線(xiàn)合為PEN線(xiàn)，而后一部分N線(xiàn)與PE線(xiàn)全部分開(kāi)則稱(chēng)為T(mén)N一C一S系統。 TN系統中設備發(fā)生單相碰殼漏電故障時(shí)，會(huì )形成單相短路回路，因該回路內不包含任何接地電阻，整個(gè)回路內阻抗很小，短路電流很大，足以保證在最短的時(shí)間內熔斷熔絲，保護裝置或自動(dòng)開(kāi)關(guān)跳閘，從而切除故障設備的電源，保障人身及設備安全。 TN一C供電系統常稱(chēng)為三相四線(xiàn)制供電系統，該系統中性線(xiàn)N與保護接地線(xiàn)PE合二為一，即其工作零線(xiàn)兼作保護線(xiàn)，通稱(chēng)為PEN線(xiàn)，如圖3所示。極不穩定，造成中性線(xiàn)接地電位漂移。不但使設備外殼帶電，對人身不安全，而且由于在電位基準點(diǎn)上疊加了這個(gè)漂移電位，從而使以其為基準電位的電子設備受到噪聲電壓的干擾，增加了話(huà)音的噪聲電平，使設備工作不穩定。因此，TN-C系統不應作為通信樞紐的供電及接地方式。 4 TN-S供電系統及接地方式 TN一S供電系統有五根線(xiàn)，即三根相線(xiàn)U、V、W，一根中性線(xiàn)N和一根保護接地線(xiàn)PE，電力系統僅一點(diǎn)接地，用電設備的外露可導電部分(如外殼、機架等)接PE線(xiàn)，如圖4所示。 這種供電系統對接地故障靈敏度高，線(xiàn)路經(jīng)濟簡(jiǎn)單。在一般情況下，只要選用適當的開(kāi)關(guān)保護裝置和足夠的導線(xiàn)截面積，就能滿(mǎn)足安全要求。目前，采用這種供電系統的比較多，適用于三相負荷比較平衡且單相負荷容量較小的場(chǎng)所。 使用該系統時(shí)不能有些設備接零保護、有些設備接地保護，這是非常危險的。因為一旦接地設備發(fā)生相線(xiàn)絕緣損壞時(shí)，而保險絲熔斷電流叉較大，不能及時(shí)切斷故障部分電器，接零設備的外殼將帶危險電壓。所以，應特別注意不能接地、接零混用。 在通信樞紐中由于存在一定數量的單相負載，難以實(shí)現三相負載平衡。PEN線(xiàn)上的不平衡電流，加上線(xiàn)路中存在著(zhù)開(kāi)關(guān)電源或整流器產(chǎn)生的三次諧波電流及熒光燈等引起的高次諧波電流，在非故障情況下，會(huì )在中性線(xiàn)N上疊加，且電流時(shí)大時(shí)小。 TN一S供電系統的特點(diǎn)是，中性線(xiàn)N與保護接地線(xiàn)PE除在變壓器中性點(diǎn)共同接地外，兩線(xiàn)不再連接。中性線(xiàn)N在三相負載不平衡時(shí)有電流流過(guò)，而PN線(xiàn)在正常情況下沒(méi)有電流流過(guò)。該供電系統接地后完金具備安全性和可靠性。在建筑物或軍事設施內設有獨立變配電所時(shí)常用該系統。只是多了一根PE線(xiàn)，增加了工程投資費用。另外因PE線(xiàn)上不流過(guò)電流，該系統有較強的電磁適應性。TN一S系統可以作為通信樞紐等優(yōu)選供電及接地系統。 5 TN-C-S供電系統及接地方式 TN一C一S供電系統由兩個(gè)接地系統組成，前部分有四根線(xiàn)，是TN一C供電系統;后部分有五根線(xiàn)，是TN一S供電系統。分界點(diǎn)在N線(xiàn)與PR線(xiàn)的連接點(diǎn)處，分開(kāi)后就不允許再合并。 這種供電系統一般用在民用建筑物的供電由區域變電所引來(lái)的場(chǎng)所。迸戶(hù)前采用TN-C供電系統，迸戶(hù)后變成了N-S供電系統。目前，新建通信及其它設施中也常見(jiàn)。 由于該系統PEN線(xiàn)上正常工作時(shí)有電流，使系統的PE線(xiàn)上和接于PE線(xiàn)上的電氣設備金屬外殼有對地電壓存在，只是該系統PEN線(xiàn)多是系統干線(xiàn)，阻抗小，對地電壓較低。因此，這種系統接地方式不適宜作為通信樞紐最佳供電系統及接地方式。 6 TT供電系統及接地方式 通常稱(chēng)TT供電系統屬于三相四線(xiàn)制供電接地系統。該系統常用于設備供電來(lái)自于公用電網(wǎng)的地方，民用郊區較常見(jiàn)。 TT供電系統的特點(diǎn):中性線(xiàn)N與保護地線(xiàn)PE無(wú)電氣連接，即中性點(diǎn)接地與PE線(xiàn)接地是分開(kāi)的，因此設備的外殼與電源的接地無(wú)直接聯(lián)系。即設備的外露可導電部分均與系統接地點(diǎn)無(wú)關(guān)，各自的接地裝置單獨接地。 設備外殼是地電位，不會(huì )產(chǎn)生火花或電弧，因此較為安全。但當接地發(fā)生故障時(shí)，接地電流需流過(guò)設備接地電阻Re和電源中性線(xiàn)接地電阻Rn，回路阻抗較大，故障電流比TN供電系統小，降低了線(xiàn)路保護裝置的動(dòng)作靈敏度。 該系統在正常運行時(shí)，不管三相負載是否平衡，在中性線(xiàn)N帶電的情況下，PE線(xiàn)均不帶電，如圖6所示。 當設備發(fā)生一相(線(xiàn))絕緣損壞，將導致設備外殼上帶有電壓。此時(shí)如有人員觸接中性點(diǎn)連接線(xiàn)或與此中性線(xiàn)相連的設備外殼都不安全，并且其余兩相對地電位也將上升超過(guò)300V，所以，這種供電系統必須特別注意合理配置高靈敏度的過(guò)流保護裝置。 當相線(xiàn)與外殼相碰時(shí)，因為線(xiàn)路電阻很小，W相電壓就幾乎全部加在兩個(gè)接地電阻電源中線(xiàn)點(diǎn)接地電阻Rn，保護接地電阻Re)上，按照接地電阻規程規定，這兩個(gè)電阻都不得超過(guò)4Ω(有些地區實(shí)際上要求不超過(guò)10Ω)，所以，接地短路電流值可由下式求得 I1=U/(Re+Rn)=220/(4+4)=27.5(A) I2=U/(Re+Rn)=220/(10+10)=11(A) 對應單相的電功率為P=Ulcosφ=220×11×0.8=1936(W) 27.5A電流可以使額定電流10A的熔絲熔斷(熔絲通過(guò)大于額定電流3倍以上才能迅速熔斷)，切斷電源,IIA電流可以使額定電流4A的熔絲熔斷切斷電源，從而防止觸電事故發(fā)生。 但是對于熔絲額定電流大于10A的用電設備，這個(gè)短路電流就不能便其迅速熔斷，這樣Rn和Re上都有110V的電壓，即所有與該接地裝置相連的電氣設備的金屬外殼，對地郡有110V電壓。當人體與設備金屬外殼接觸時(shí)，會(huì )發(fā)生觸電。所以這種系統可以在小功率范圍使用，如不超過(guò)1kW時(shí)是可靠的。 另外，該系統故障電流較小時(shí)可以通過(guò)加裝漏電保護開(kāi)關(guān)來(lái)彌補，以完善保護接地的功能。 由上述可見(jiàn)，保護接地適用于中性點(diǎn)沒(méi)有接地的電源供電系統中的電氣設備，對于電源中性點(diǎn)接地的供電電網(wǎng)中，保護接地有局限性。為了保護電氣設備，使熔斷器等保護設備可靠動(dòng)作，避免觸電危險，+性點(diǎn)接地時(shí)采用保護性接零，如TN供電系統。 值得注意的是，在一個(gè)地區應使用同一種供電系統，不可同時(shí)混用多種供電系統，以確保用電設備安全可靠運行。 7 結束語(yǔ) 通過(guò)對目前多種交流供電系統的詳細介紹，對指導供電系統設計與日常維護具有重要意義。 |
