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柴油發(fā)電機(jī)組供電方式的安全講解 |
在柴油發(fā)電機(jī)組行業(yè)中,我們經(jīng)常遇到用戶詢問(wèn)應(yīng)該使用何種供電方式?正確回答應(yīng)該是使用TN-S供電系統(tǒng)。其實(shí)國(guó)際電工委員會(huì)( IEC )對(duì)此作了統(tǒng)一規(guī)定,常見(jiàn)供電方式分為TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)和IT系統(tǒng),其中 TN 系統(tǒng)又分為 TN-C 、 TN-S 、 TN-C-S 系統(tǒng)。康明斯發(fā)電機(jī)公司在本文中為用戶詳細(xì)介紹電氣系統(tǒng)對(duì)該名詞的術(shù)語(yǔ)解釋和不同供電系統(tǒng)的作用。
○ TT——第一個(gè)符號(hào) T 表示電力系統(tǒng)中性點(diǎn)直接接地;第二個(gè)符號(hào) T 表示負(fù)載設(shè)備外露不與帶電體相接的金屬導(dǎo)電部分與大地直接聯(lián)接,而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān)。
○ IT—— T 表示是中性點(diǎn)直接接地; I 表示電源與大地隔離或電源的一點(diǎn)經(jīng)高阻抗與大地連接(I是“隔離”一詞法文Isolation的第一個(gè)字母)。
○ TN—— T 表示設(shè)備外殼接地,它與系統(tǒng)中的其他任何接地點(diǎn)無(wú)直接關(guān)系; N 表示負(fù)載采用接零保護(hù)。
○ TN-C——C 表示工作零線與保護(hù)線是合一的。
○ TN-S——S表示工作零線與保護(hù)線是嚴(yán)格分開(kāi)的,所以 PE 線稱為專用保護(hù)線。
一、TT供電系統(tǒng)
通常稱TT供電系統(tǒng)為三相四線供電接地系統(tǒng)。該系統(tǒng)常用于設(shè)備供電來(lái)自于公用電網(wǎng)的地方,建筑工地臨時(shí)用電較為常見(jiàn)。TT供電系統(tǒng)的特點(diǎn)如下:
(1)中性線N與保護(hù)接地線PE間無(wú)電氣連接,即中性線N接地與PE線接地是分開(kāi)的,因此設(shè)備的外殼與電源的接地?zé)o直接聯(lián)系。設(shè)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(dāng)接地發(fā)生故障時(shí),接地電流需流過(guò)設(shè)備接地電阻和電源中性線接地電阻R,回路阻抗較大,故障電流比TN供電系統(tǒng)小,降低了線路保護(hù)裝置的動(dòng)作靈敏度。該系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí),不管三相負(fù)荷是否平衡,在中性線N帶電的情況下,PE線均不帶電。
(2)當(dāng)設(shè)備某一相線發(fā)生絕緣損壞時(shí),將導(dǎo)致設(shè)備外殼上帶電,此時(shí)若有人觸接中性線或與此中性線相連的設(shè)備外殼,都很不安全容易發(fā)生觸電事故。并且其余兩相線各對(duì)地電位將上升超過(guò)300V,導(dǎo)致絕緣設(shè)施因?yàn)楦邏阂l(fā)事故,所以這種供電系統(tǒng)必須特別注意合理配置高靈敏度的過(guò)流保護(hù)裝置。
(3)當(dāng)火線與外殼相碰時(shí),因?yàn)榫€路電阻很小,電壓U就幾乎全部加在兩個(gè)接地電阻(電源中線點(diǎn)接地電阻,保護(hù)接地電阻)上,按照接地電阻規(guī)程規(guī)定,這兩個(gè)電阻都不得超過(guò)4Ω(有些地區(qū)實(shí)際上要求不超過(guò)10Ω)。
(4)舉例說(shuō)明,27.5A電流可以使額定電流10A的熔斷絲熔斷(熔斷絲通過(guò)大于額定電流3倍以上才能迅速熔斷)切斷電源;11A電流可以使額定電流4A的熔斷絲迅速切斷電源,從而防止觸電事故發(fā)生。但是對(duì)于額定電流大于10A的汽油發(fā)電機(jī)組,27.5A短路電流就不能使熔斷絲迅速熔斷,這樣電阻都有110V的電壓,亦即所有與該接地裝置相連的汽油發(fā)電機(jī)組的金屬外殼對(duì)地都有110V電壓。當(dāng)人體與設(shè)備金屬外殼接觸時(shí),就容易發(fā)生觸電。這種系統(tǒng)只能在小功率范圍內(nèi)使用,如功率不超過(guò)1kw的汽油發(fā)電機(jī)組采用TT供電系統(tǒng)是可靠的。
TT供電系統(tǒng)接地圖
二、TN供電系統(tǒng)
TN方式供電系統(tǒng)這種供電系統(tǒng)是將發(fā)電機(jī)組的金屬外殼與工作零線相接的保護(hù)系統(tǒng),稱作接零保護(hù)系統(tǒng)。TN為三相四線制,TN-S為三相五線制。
1、特點(diǎn)
(1)一旦設(shè)備出現(xiàn)外殼帶電,接零保護(hù)系統(tǒng)能將漏電電流上升為短路電流,這個(gè)電流很大,是 TT 系統(tǒng)的 5.3 倍,實(shí)際上就是單相對(duì)地短路故障,熔斷器的熔絲會(huì)熔斷,低壓斷路器的脫扣器會(huì)立即動(dòng)作而跳閘,使故障設(shè)備斷電,比較安全。
(2)TN 系統(tǒng)節(jié)省材料、工時(shí),TN 方式供電系統(tǒng)中,根據(jù)其保護(hù)零線是否與工作零線分開(kāi)而劃分為 TN-C 和 TN-S 等兩種。
2、工作原理:
在TN系統(tǒng)中,所有發(fā)電機(jī)組的外露可導(dǎo)電部分均接到保護(hù)線上,并與電源的接地點(diǎn)相連,這個(gè)接地點(diǎn)通常是配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)。TN系統(tǒng)的電力系統(tǒng)有一點(diǎn)直接接地,電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過(guò)保護(hù)導(dǎo)體與該點(diǎn)連接。TN系統(tǒng)通常是一個(gè)中性點(diǎn)接地的三相電網(wǎng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是發(fā)電機(jī)組的外露可導(dǎo)電部分直接與系統(tǒng)接地點(diǎn)相連,當(dāng)發(fā)生碰殼短路時(shí),短路電流即經(jīng)金屬導(dǎo)線構(gòu)成閉合回路。形成金屬性單相短路,從而產(chǎn)生足夠大的短路電流,使保護(hù)裝置能可靠動(dòng)作,將故障切除。
3、TN-C系統(tǒng)
TN-C方式供電系統(tǒng)它是用工作零線兼作接零保護(hù)線,可以稱作保護(hù)中性線。
TN-C供電系統(tǒng)接地圖
4、TN-S供電系統(tǒng)
TN-S方式供電系統(tǒng)它是把工作零線 N 和專用保護(hù)線 PE 嚴(yán)格分開(kāi)的供電系統(tǒng),即單相三線供電,三相五線供電。 TN-S 供電系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。
(1)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),專用保護(hù)線上沒(méi)有電流,只是工作零線上有不平衡電流。 PE 線對(duì)地沒(méi)有電壓,所以發(fā)電機(jī)組金屬外殼接零保護(hù)是接在專用的保護(hù)線 PE 上,安全可靠。
(2)工作零線只用作單相照明負(fù)載回路。
(3)專用保護(hù)線 PE 不許斷線,也不許進(jìn)入漏電開(kāi)關(guān)。
(4)干線上使用漏電保護(hù)器,工作零線不得有重復(fù)接地,而 PE 線有重復(fù)接地,但是不經(jīng)過(guò)漏電保護(hù)器,所以 TN-S 系統(tǒng)供電干線上也可以安裝漏電保護(hù)器。
(5)TN-S 方式供電系統(tǒng)安全可靠,適用于工業(yè)與民用建筑等低壓供電系統(tǒng)。在建筑工程開(kāi)工前的“三通一平”(電通、水通、路通和地平)必須采用 TN-S 方式供電系統(tǒng)。
TN-S供電系統(tǒng)接地圖
5、TN-C-S系統(tǒng)
TN-C-S方式供電系統(tǒng)屬于臨時(shí)供電,例如在工地施工中如果前部分是 TN-C 方式供電,而規(guī)定施工現(xiàn)場(chǎng)必須采用 TN-S 方式供電系統(tǒng),則可以在系統(tǒng)后部分現(xiàn)場(chǎng)總配電箱分出 PE 線, TN-C-S 系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。
(1)工作零線 N 與專用保護(hù)線 PE 相聯(lián)通,線路不平衡電流比較大時(shí),發(fā)電機(jī)組的接零保護(hù)受到零線電位的影響。 D 點(diǎn)至后面 PE 線上沒(méi)有電流,即該段導(dǎo)線上沒(méi)有電壓降,因此, TN-C-S 系統(tǒng)可以降低電動(dòng)機(jī)外殼對(duì)地的電壓,然而又不能完全消除這個(gè)電壓,這個(gè)電壓的大小取決于 ND 線的負(fù)載不平衡的情況及 ND 這段線路的長(zhǎng)度。負(fù)載越不平衡, ND 線又很長(zhǎng)時(shí),設(shè)備外殼對(duì)地電壓偏移就越大。所以要求負(fù)載不平衡電流不能太大,而且在 PE 線上應(yīng)作重復(fù)接地。
(2) PE 線在任何情況下都不能進(jìn)入漏電保護(hù)器,因?yàn)榫€路末端的漏電保護(hù)器動(dòng)作會(huì)使前級(jí)漏電保護(hù)器跳閘造成大范圍停電。
(3)對(duì) PE 線除了在總箱處必須和 N 線相接以外,其他各分箱處均不得把 N 線和 PE 線相聯(lián), PE 線上不許安裝開(kāi)關(guān)和熔斷器,也不得用大地兼作 PE 線。
通過(guò)上述分析, TN-C-S 供電系統(tǒng)是在 TN-C 系統(tǒng)上臨時(shí)變通的作法。當(dāng)三相工作接地情況良好,三相負(fù)載比較平衡時(shí), TN-C-S 系統(tǒng)在施工用電實(shí)踐中效果還是可行的。但是,在三相負(fù)載不平衡,必須采用 TN-S 方式供電系統(tǒng)。
TN-C-S供電系統(tǒng)接地圖
6、設(shè)備接地方式
保護(hù)接地適用于中性線沒(méi)有接地的電源供電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組,對(duì)于電源中性線接地的供電電網(wǎng)中,保護(hù)接地有局限性。為了保護(hù)發(fā)電機(jī)組,使熔斷器等保護(hù)裝置可靠動(dòng)作,避免觸電危險(xiǎn),中性線接地時(shí)采用保護(hù)性接零。接地(earthing)指電力系統(tǒng)和電氣裝置的中性點(diǎn)、發(fā)電機(jī)組的外露導(dǎo)電部分和裝置外導(dǎo)電部分經(jīng)由導(dǎo)體與大地相連。可以分為重復(fù)接地、工作接地、防雷接地和保護(hù)接地。
設(shè)備接地示意圖
(1)工作接地
由電力系統(tǒng)運(yùn)行需要而設(shè)置的(如中性點(diǎn)接地),因此在正常情況下就會(huì)有電流長(zhǎng)期流過(guò)接地電極,但是只是幾安培到幾十安培的不平衡電流。在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí),會(huì)有上千安培的工作電流流過(guò)接地電極,然而該電流會(huì)被繼電保護(hù)裝置在0.05~0.1s內(nèi)切除,即使是后備保護(hù),動(dòng)作一般也在1s以內(nèi)。
(2)防雷接地
為了消除過(guò)電壓危險(xiǎn)影響而設(shè)的接地,如避雷針、避雷線和避雷器的接地。防雷接地只是在雷電沖擊的作用下才會(huì)有電流流過(guò),流過(guò)防雷接地電極的雷電流幅值可達(dá)數(shù)十至上百千安培,但是持續(xù)時(shí)間很短。
(3)保護(hù)接地
為了防止設(shè)備因絕緣損壞帶電而危及人身安全所設(shè)的接地,如電力設(shè)備的金屬外殼、鋼筋混凝土桿和金屬桿塔。保護(hù)接地只是在設(shè)備絕緣損壞的情況下才會(huì)有電流流過(guò),其值可以在較大范圍內(nèi)變動(dòng)。
(4)重復(fù)接地
重復(fù)接地就是在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中,在零干線的一處或多處用金屬導(dǎo)線連接接地裝置。在低壓三相四線制中性點(diǎn)直接接地線路中,施工單位在安裝時(shí),應(yīng)將配電線路的零干線和分支線的終端接地,零干線上每隔1千米做一次接地。
重復(fù)接地保護(hù)示意圖
電流流經(jīng)以上四種接地電極時(shí)都會(huì)引起接地電極電位的升高,影響人身和設(shè)備的安全。為此必須對(duì)接地電極的電位升高加以限制,或者采取相應(yīng)的安全措施來(lái)保證設(shè)備和人身安全。
7、設(shè)備接零方式
保護(hù)接零是在電源中性線接地的低壓系統(tǒng)中,把發(fā)電機(jī)組的金屬外殼或框架與電源中性線(零線)連接。采用保護(hù)接零后,如果發(fā)電機(jī)組的絕緣損壞而發(fā)生碰殼短路時(shí),電壓幾乎全部加在相線和零線上,由于相線和零線的阻抗很小,故短路電流很大,短路電流將使電路中保護(hù)開(kāi)關(guān)或熔斷器迅速斷開(kāi),從而切斷電源,消除了觸電的危險(xiǎn)。
接零保護(hù)示意圖
三、IT 系統(tǒng)
IT方式供電系統(tǒng)適用于供電距離不是很長(zhǎng)的場(chǎng)所和不允許停電的場(chǎng)所,或者是要求嚴(yán)格地連續(xù)供電的地方,例如電力、煉鋼廠、大醫(yī)院的手術(shù)室、地下礦井等處。其中由于地下礦井內(nèi)供電條件比較差,電纜易受潮,運(yùn)用 IT 方式供電系統(tǒng),即使電源中性點(diǎn)不接地,一旦設(shè)備漏電,單相對(duì)地漏電流仍小,不會(huì)破壞電源電壓的平衡,所以比電源中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)還安全。但是,如果用在供電距離很長(zhǎng)時(shí),供電線路對(duì)大地的分布電容就不能忽視了。在負(fù)載發(fā)生短路故障或漏電使設(shè)備外殼帶電時(shí),漏電電流經(jīng)大地形成架路,保護(hù)設(shè)備不一定動(dòng)作,這是危險(xiǎn)的。只有在供電距離不太長(zhǎng)時(shí)才比較安全,距離較長(zhǎng)的場(chǎng)所康明斯發(fā)電機(jī)公司還是推薦使用TN-S供電方式。
綜述,現(xiàn)實(shí)生活中小型發(fā)電機(jī)組一般用單相電是二線制供電,三相電是三相四線制供電,即TN-C供電系統(tǒng),TT供電系統(tǒng)。大型柴油發(fā)電機(jī)組實(shí)行TN-S供電系統(tǒng),即單相三線供電,三相五線供電。但是所有事物不能一概而論,我們應(yīng)根據(jù)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和當(dāng)?shù)毓╇娤到y(tǒng)的不同,確保正確的供電及接地方法,以增加電力輸出的可靠性和安全性。
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