有关TNCTNS和TNCS三种系统RCD.docx
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有关TNCTNS和TNCS三种系统RCD
有关TN-C、TN-S和TN-C-S三种系统常见问题及解答
1.14我国在给一排靠墙布置的设备以TN-C系统配电时,将三根相线架空走线,而PEN线则用不绝缘的扁钢沿墙脚明敷。
这一做法妥否?
不妥。
这一做法使PE线远离相线,降低了过电流防护电器对接地故障的动作灵敏度,而不绝缘的PEN线中的中性线上的对地电位又将产生杂散电流,所以这一布线方式对保护接地是十分不妥的。
保护接地的设置还有许多要求,在下面的问答中将逐一叙述。
1.15我国原采用的接零系统、接地系统、不接地系统、零线等术语为什么被废止不用而改用TN-C、TN-S、TN-C-S、TT、IT等接地系统和中l性线、PE线、PEN线等术语?
被废止的术语是20世纪50年代采用前苏联电气规范时用的术语。
大家知道由于用电技术的发展,IEC标准将接地系统科学细微地进行了划分,前苏联的“接零系统”仅是IEC标准中TN系统之一的TN-C系统,显然“接零系统”这一术语不能说明全部TN系统的内涵。
又如前苏联规范内的“接地系统”就是IEC标的TT系统,但是“接零系统”也需接地,何尝不是接地系统?
这样在概念上就十分模糊不清。
又如“零线”这一术语前苏联规范定义为接地的中性线,还要求零线作重复接地,它实际只是指TN-C系统中的PEN线。
由于零线的概念不清,原本不应重复接地的中性线被错误地重复接地,产生杂散电流而导致许多不应有的事故。
名不正则言不顺,由于术语不严谨导致的技术错误不胜枚举。
为此这些过时的术语在我国已停止使用,但由于建筑电气技术对外交流沟通不够,我国有些国家标准和部颁标准的电气规范仍在因循旧习使用这些旧术语,在执行这些规范时应加注意以免被误导。
1.16请说明TN、TT和IT这三种接地系统文字符号的含义。
这些接地系统的文字符号的含义是:
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第一个字母说明电源的带电导体与大地的关系,也即如何处理系统接地:
T:
电源的一点(通常是中性线上的一点点)与大地直接连接(T是“大地”一词法文Terre的第一个字母)。
I:
电源与大地隔离或电源的一点经高阻抗(例如l000Ω)与大地连接(I是“隔离”一词法文Isolation的第一个字母)。
第二个字母说明电气装置的外露导电部分与大地的关系,也即如何处理保护接地。
T:
外露导电部分直接接大地,它与电源的接地无联系。
N:
外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地(N是“中性点”一词法文Neutre的第一个字母)。
1.17在TN系统中又分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种系统,它们之间有何不同?
IEC标准将IN系统按N线和PE线的不同组合又分为三种类型:
TN-C系统―在全系统内N线和PE线是合一的(C是“合一”一词法文Comhine的第一个字母)。
注意,此处的全系统是从电源配电盘出线,处算起。
下同。
TN-S系统―在全系统内N线和PE线是分开的(S是“分开”一词法文Separe的第一个字母)。
TN-C-S系统―在全系统内,通常仅在低压电气装置电源进线点前N线和PE线是合一的,电源进线点后即分为两根线。
1.18TN-C系统较适用于哪些场所?
从图1.18-1可知,TN-C系统内的PEN线兼起PE线和N线的作用,可节省一根导线,比较经济。
但从电气安全着眼,这个系统存在以下问题。
(l)如系统为一个单相回路,当PEN线中断时,设备金属外壳对地将带220V的故障电压,电击死亡的危险很大,220V电压传导路径如图1.18-2虚线所示。
(2)如PEN线穿过剩余电流动作保护器RCD,因接地故障电流产生的磁场在RCD内互
相抵消而使RCD拒动作,所以在TN-C系统内不能装用RCD防电击。
(3)进行电气维修时需用四极开关来隔断中性线上可能出现的故障电压的传导。
因PEN线含有PE线而不允许被开关切断,所以TN-C系统内不能装用四极开关来保证维修人员的安全,见问答17.5。
(4)PEN线因通过中性线电流产生电压降,从而使所接设备的金属外壳对地带电位。
此电位可能在爆炸危险场所内打火引爆。
按IEC标准易爆场所内是不允许出现PEN线和采用TN-C系统的。
另外,带电位的与地接触的设备金属外壳可在地内产生杂散电流,在一定程度上腐蚀地下金属结构和管道,为此IEC标准要求PEN线应按可能遭受的最高电压加以绝缘。
另外,由于PEN线通过电流,各点对地电位不同,它也不得用于信息技术系统,以免各信息技术设备地电位的不同而引起干扰。
由于上述一些不安全因素,除维护管理水平较高的一般场所外,现时TN-C系统已很少采用。
1.19TN-S系统较适用于哪些场所?
从图1.19可知,在整个TN-S系统内,PE线和N线被分为两根线。
除非施工安装有误,除微量对地泄漏电流外,PE线平时不通过电流,也不带电位。
它只在发生接地故障时通过故障电流,因此电气装置的外露导电部分对地平时几乎不带电位,比较安全,但它需在回路的全长多敷用一根导线。
TN-S系统适用于内部设有变电所的建筑物。
因为在有变电所的建筑物内为TT系统分开设置在电位上互不影响的系统接地和保护接地是比较麻烦的。
即使将变电所中性线的系统接地用绝缘导体引出另打单独的接地极,但它和与保护接地PE线连通的户外地下金属管道间的距离常难满足要求。
而在此建筑物内如采用TN-C-S系统时.,其前段PEN线上中性线电流产生的电压降将在建筑物内导致电位差而引起不良后果,例如对信息技术设备的干扰。
因此在设有变电所的建筑物内接地系统的最佳选择是TN-S系统,特别是在爆炸危险场所,为避免电火花的发生,更宜采用TN-S系统。
1.20TN-C-S系统较适用于哪些场所?
从图1.20可知,TN-C-S系统自电源到另一建筑物用户电气装置之间节省了一根专用的PE线。
这一段PEN线上的电压降使整个电气装置对地升高△UPEN的电压,但由于电气装置内设有总等电位联结,且在电源进线点后PE线即和N线即分开,而PE线并不产生电压降,整个电气装置对地电位都是△UPEN,在装置内并没有出现电位差,因此不会发生TN-C系统的种种电气不安全因素。
在建筑物电气装置内,它的安全水平和TN-S系统是相仿的。
就信息技术设备的抗干扰而言,因为在采用TN-C-S系统的建筑物内同一信息系统内的信息技术设备的“地”即其金属外壳,都是连接只通过正常泄漏电流的PE线的,PE线上的电压降很小,所以TN-C-S系统和TN-S系统一样都能使各信息技术设备取得比较均等的参考电位而减少干扰。
但就减少共模电压干扰而言TN-C-S系统内的中性线和PE线是在低压电源进线处才分开,不像TN-S系统在变电所出线处就分开,所以在低压用户建筑物内TN-C-S系统内中性线对PE线的电位差或共模电压小于TN-S系统。
因此对信息技术设备的抗共模电压干扰而言TN-C-S优于TN-S系统。
综上所述可知,当建筑物以低压供电如果采用TN系统时宜采用TN-C-S系统而不宜采用TN-S系统。
一些发达国家就是这样做的。
1.21TT系统较适用于哪些场所?
从图1.21可知,竹系统的电气装置的保护接地各有其自己的接地极。
正常时装置内的外露导电部分为地电位,电源侧和各装置出现的故障电压不互窜。
但发生接地故障时因故障回路内包含两个接地电阻RA和RB,故障回路阻抗较大,故障电流较小,一般不能用过电流防护兼作接地故障防护。
因此为防人身电击事故必须装用RCD来快速切断电源。
从图1.21也可知,TT系统的中性线除在电源的一点作系统接地外,为防杂散电流的产生不得在其他处再接地。
我国有些供电部门不理解IEC标准,要求用户在电源进线处除图示RA的保护接地外,还仿照过去的TN-C系统,将TT系统的中性线作重复接地,认为可借TT系统中的接地通路,防范中性线中断(俗称“断零”)引起的三相四线系统中烧坏大量单相用电设备的事故,殊不知由于大地通路与中性线通路的阻抗值相差悬殊,这一措施在理论上就不成立(这在问答16.4中将予说明)。
相反,中性线的重复接地却可产生杂散电流而引起种种事故,对供电部门这一不当要求在电气装置的设计安装中应予注意。
TT系统内各个电气设备或各组电气设备可各有自己的接地极和PE线。
各PE线之间在电气上没有联系。
这样在TT系统供电范围内的接地故障电压就不会像TN系统那样通过PE线的导
通而传导蔓延,导致一处发生接地故障,多处发生电气事故,必须在各处设置等电位联结或采取其他措施来消除这种传导电压导致的事故。
因此TT系统较适用于无等电位联结的户外场所,例如农场、施工场地、路灯、庭园灯、户外临时用电场所等。
1.22IT系统较适用于哪些场所?
从图1.22可知,IT系统的电源端不做系统接地,在发生第一次接地故障时由于不具备故障电流返回电源的通路,其故障电流仅为两非故障相对地电容电流的相量和,其值甚小,因此在保护接地的接地电阻RA上产生的对地故障电压很低,不致引发电击事故。
所以发生第一次接地故障时不需切断电源而使供电中断。
但它一般不引出中性线,不能提供照明、控制等需用的220V电源,且其故障防护和维护管理较复杂,加上其他原因,使其应用受到限制b它适用于对供电不间断和防电击要求很高的场所,在我国规定矿井下、钢铁厂以及医院手术室等场所采用IT系统。
发达国家电气安全要求高,诸如玻璃厂、发电厂的厂用电、钢铁厂、化工厂、爆炸危险场所、重要的会议大厅的安全照明、计标机中心以及高层建筑的消防应急电源、重要的控制回路等都采用IT系统。
我国对IT系统不甚了解,还不习惯采用IT系统,很少应用。
这从一个侧面说明我国建筑电气与发达国家水平上的差距。
1.23岩石山洞内对不间断供电无要求的一般电气装置打低阻值的系统接地十分困难,是否可采用IT系统?
这是一个适于采用IT系统的一个特例。
IT系统本不需作系统接地,这就免除了在岩石洞里打低阻值系统接地的麻烦。
由于IT系统的接地故障电流十分小,防电击的保护接地的接地电阻较大时也能满足接触电压小于50V的要求。
既然电气装置对不间断供电无要求,它就可以引出中性线来提供220v用电电压,不需装设昂贵的绝缘监测器,在发生第一次接地故障时就报警来及时排除故障。
如果发生了中性线接地故障而不报警,此,IT系统不过是转变为按TT系统或TN系统来运作。
需注意在回路的首端必须安装额定剩余电流动作值I△n不大于30mA的RDD,用以在发生第二次接地故障时切断电源。
附带说明,有的北欧国家出于同样的考虑,在地区公用电网内也采用了IT系统。
1.24TN系统和TT系统孰优孰劣?
各种接地系统各有短长,我国国家标准接地规范不区分具体情况,规定:
“在中性点直接接地的低压电力网中,电力设备的外壳宜采用低压接零保护,即接零”是不妥当的。
TN系统有优于竹系统之处,例如:
(1)TN系统往往可利用保护线路绝缘的过电流防范电器兼作接地故障防护,比较简单,而TT系统通常需装设RCD作接地故障防护,比较复杂。
(2)TN系的PE线自中性线分支引出,发生对地过电压时,设备绝缘承受的应电压(VoltageStress)较小;而TT系统的PE线引自就地的零电位的接地极,设备对地绝缘较易受过电压损害。
TN系统有逊于TT系统之处,例如:
(l)在同一变压器供电范围的TN系统内PE线都是连通的,任一处发生接地故障,其故障电压可沿PE线传导至他处而可能引起危害;而在TT系统内,可视情况就地设置电气上互不联系的单独的接地极和PE线,消除或减少故障电压的蔓延。
因此TN系统必须作等电位联结来消除沿PE线传导来的故障电压的危害,因此一般不适用于无等电位联结的户外场所;而TT系统则可适用于户外场所。
(2)TT系统可就地接地引出PE线,而TN系统则需自电源端引来PE线,因此TN系统设置PE线的投资往往较大。
世上没有最好的接地系统,应根据具体情况选用合适的接地系统。
1.25TN-C-S系统的PEN线在建筑物电源进线处应先接中性线母排,还是先接PE线母排?
IEC标准要求TN-C-S系统在电源进线处(例如总配电箱处)PEN线必须先接PE母排,然后通过一连接板(线)接中性线母排,如图1.25所示。
这是因为如果连接板(线)导电不良,中性线电路不通,设备不工作,故障可及时发现加以修复,不致发生电气事故。
如PEN线先接中性线母排,如果连接板导电不良,则这时整个装置内的设备都失去PE线的接地,而设备仍工作正常,存在的不接地隐患将不被发现,这对人身安全是十分不利的,而人身安全则是头等重要的。
1.26“三相五线制”是否就是TN-S系统?
否。
“三相五线制”是我国建筑电气技术中的一个错误的名词。
IEC标准对低压配电系统有两种独立的分类体系:
一是解答1.16中所述的接地系统分类;二是按配电系统中的相数和带电导体数进行的分类,它被称作带电导体系统分类。
所谓带电导体是指正常工作时通过负载电流的相线和中性线,而不是指不带负载电流的PE线。
图1.26所示为常见的几种带电导体系统。
以我国通用的220/380V配电系统为例,图1.26(a)为220V单相两线系统,例如给一套住宅供电的系统。
图1.26(b)为220乃80V两相三线系统,例如为减少电压损失给庭园灯供电的系统。
图1.26(c)为380V三相三线系统,例如给没有控制回路的电动机配电的系统。
图1.26(d)为380V单相两线系统,例如给单相大功率电焊机之类的大功率单相设备配电的系统,注意勿将这一系统误称为两相两线系统。
图1.26(e)为我国广泛采用的220/380V三相四线系统,它用以给建筑物电气装置配电。
图126(f)为有些发达国家采用的120/240V两相三线系统,它从变压器240V二次侧绕组的中点抽出一根中线,从而取得120V和240V两种单相电压。
它多用于给住宅配电,120V用于电击危险大的小功率插座回路和照明回路,240V用于电热之类的大功率回路。
这种系统由于两120V单相回路电流的相位差180°,所以它被称作两相三线系统而非单相三线系统。
图1.26所示的诸带电导体系统只表示相数和带电导体数,都不表示如何接地。
任一带电导体系统都可采用任一接地系统。
例如三相四线带电导体系统,可采用TN-S接地系统,也可采用TN-C-S或TT接地系统。
这三种接地系统的末端都是五根线,都可称作“三相五线制”,那又如何将它们加以区分呢?
因此“三相五线制”是一个混淆接地系统和带电导体系统两个互不关连的系统的错误名词,在编制电气规范和设计文件时应注意避免采用。
RCD
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英文全称
RotatingControlDevice
简介
旋转控制装置,一种应用用石油钻井行业的特殊设备,一般应用于欠平衡钻井技术中,有时因为也作为常规防喷器使用。
残余电流保护装置
电流动作型RCD的工作原理
剩余电流装置
剩余电流装置ResidualCurrentDevice(RCD):
在正常工作条件下,接通、负载和断开电流;而当电路的剩余电流在规定的条件下达到其规定值时,引起触头动作而断开主电路的一种保护器。
剩余电流装置可能是检测剩余电流和接通及断开主电路电流的各种元件的组合体。
剩余电流装置
剩余电流装置ResidualCurrentDevice(RCD)是一种漏电流保护装置。
是一种低压安全保护电器,其作用有:
1、用于防止由漏电引起的单相电击事故;
2、用于防止由漏电引起的火灾和设备烧毁事故;
3、用于检测和切断各种一相接地故障;
4、有的漏电保护装置还可用于过载、过压、欠压和缺相保护。
其外观如下所示:
其工作原理:
电气设备漏电时,将呈现出异常的电流和电压信号。
漏电保护装置通过检测此异常电流或异常电压信号,经信号处理,促使执行机构动作,藉助开关设备迅速切断电源,实施漏电保护根据故障电流动作的漏电保护装置是电流型漏电保护装置,根据故障电压动作的是电压型漏电保护装置。
目前,国内外广泛使用的是电流型漏电保护装置。
下面主要对电流型漏电保护装置(即RCD)进行介绍。
1.漏电保护装置的组成
下图是漏电保护装置的组成方框图。
其构成主要有三个基本环节,即检测元件、中间环节(包括放大元件和比较元件)和执行机构。
其次,还具有和试验装置。
(1)检测元件。
它是一个,如图所示。
图中,被保护主电路的相线和中性线穿过环行铁心构成了互感器的一次线圈N1,均匀缠绕在环行铁心上的绕组构成了互感器的二次线圈N2。
检测元件的作用是将漏电电流信号转换为电压或功率信号输出给中间环节。
(2)中间环节。
其功能是对检测到的漏电信号进行处理。
中间环节通常包括放大器、比较器、脱扣器(或继电器)等。
不同型式的漏电保护装置在中间环节的具体构成上型式各异。
(3)执行机构。
该机构用于接收中间环节的指令信号,实施动作,自动切断故障处的电源。
执行机构多为带有分励脱扣器的自动开关或交流接触器。
(4)辅助电源。
当中间环节为电子式时,辅助电源的作用是提供电子电路工作所需的低压电源。
(5)试验装置。
这是对运行中的漏电保护装置进行定期检查时所使用的装置。
通常是用一只限流电阻和检查按钮相串联的支路来模拟漏电的路径,以检验装置能否正常动作。
2.漏电保护装置的工作原理
下图是某三相四线制的漏电保护电气原理图。
图中TA为零序电流互感器,GF为主开关,TL为主开关GF的分励脱扣器线圈。
在被保护电路工作正常、没有发生漏电或触电的情况下,由克希荷夫定律可知,通过TA一次侧电流的相量和等于零。
即IL1+IL2+IL3+IN=0此时,TA二次侧不产生感应电动势,漏电保护装置不动作,系统保持正常供电。
当被保护电路发生漏电或有人触电时,由于漏电电流的存在,通过TA一次侧各相负荷电流的相量和不再等于零,即IL1+IL2+IL3+IN≠0产生了剩余电流,TA二次侧线圈就有感应电动势产生,此信号经中间环节进行处理和比较,当达到预定值时,使主开关分励脱扣器线TL通电,驱动主开关GF自动跳闸,迅速切断被保护电路的供电电源,从而实现保护。
漏电保护开关
百科名片
漏电保护开关
根据保护器的工作原理,可分为电压型、电流型和脉冲型三种。
电压型保护器接于变压器中性点和大地间,当发生触电时中性点偏移对地产生电压,以此来使保护动作切断电源,但由于它是对整个配变低压网进行保护,不能分级保护,因此停电范围大,动作频繁,所以已被淘汰。
脉冲型电流保护器是当发生触电时使三相不平衡漏电流的相位、幅值产生的突然变化,以此为动作信号,但也有死区。
目前应用广泛的是电流型漏电保护器,所以下面主要介绍电流型的保护器。
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简介
,用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护,也可以作为三相电动机的缺相保护。
它有单相的,也有三相的。
由于其以或由此产生的中性点对地电压变化为动作信号,所以不必以用电电流值来整定动作值,所以灵敏度高,动作后能有效地切断电源,保障人身安全。
分类
漏电保护器可以按其保护功能、结构特征、安装方式、运行方式、极数和线数、动作灵敏度等分类,这里主要按其保护功能和用途分类进行叙述,一般可分为漏电保护继电器、漏电保护开关和三种。
1.漏电保护继电器
是指具有对漏电流检测和判断的功能,而不具有切断和接通主回路功能的漏电保护装置。
漏电保护继电器由零序互感器、脱扣器和输出信号的辅助接点组成。
它可与大电流的自动开关配合,作为低压电网的总保护或主干路的漏电、接地或绝缘监视保护。
三相自动重合闸漏电保护开关
当主回路有漏电流时,由于辅助接点和主回路开关的分离脱扣器串联成一回路。
因此辅助接点接通分离脱扣器而断开空气开关、交流接触器等,使其掉闸,切断主回路。
辅助接点也可以接通声、光信号装置,发出漏电报警信号,反映线路的绝缘状况。
2.漏电保护开关
是指不仅它与其它断路器一样可将主电路接通或断开,而且具有对漏电流检测和判断的功能,当主回路中发生漏电或绝缘破坏时,漏电保护开关可根据判断结果将主电路接通或断开的开关元件。
它与熔断器、热继电器配合可构成功能完善的低压开关元件。
目前这种形式的漏电保护装置应用最为广泛,市场上的漏电保护开关根据功能常用的有以下几种类别:
(1)只具有漏电保护断电功能,使用时必须与熔断器、热继电器、过流继电器等保护元件配合。
(2)同时具有过载保护功能。
(3)同时具有过载、短路保护功能。
(4)同时具有短路保护功能。
(5)同时具有短路、过负荷、漏电、过压、欠压功能。
家用漏电保护开关
3.漏电保护插座
是指具有对漏电流检测和判断并能切断回路的电源插座。
其额定电流一般为20A以下,6~30mA,灵敏度较高,常用于手持式电动工具和移动式电气设备的保护及家庭、学校等民用场所。
选用原则
漏电保护器国家为了规范漏电保护器的正确使用,相继颁布了《》(劳安字(1999)16号)和《漏电保护器安装与运行(GB13955-92)等一系列标准和规定。
依据这些标准和规定,我们在选用漏电保护器时应遵循以下主要原则:
德国西门子漏电保护
1.购买漏电保护器时应购买具有生产资质的厂家产品,且产品质量检测合格。
在这里要提醒大家:
目前市场上销售的漏电保护器有不少是不合格品。
2002年10月28日,国家质检总局公布漏电保护器产品质量抽查结果,有20%左右的产品不合格,其主要问题为:
有的不能正常分断短路电流,消除火灾隐患;有的起不到人身触电的保护作用;还有一些不该跳闸时跳闸,影响正常用电。
2.应根据保护范围、人身设备安全和环境要求确定漏电保护器的电源电压、工作电流、漏电电流及动作时间等参数。
3.电源采用漏电保护器做分级保护时,应满足上、下级开关动作的选择性。
一般上一级漏电保护器的额定漏电电流不小于下一级漏电保护器的额定漏电电流,这样既可以灵敏地保护人身和设备安全,又能避免越级跳闸,缩小事故检查范围。
4.手持式电动工具(除III类外)、移动式生活用家电设备(除III类外)、其他移动式机电设备,以及触电危险性较大的用电设备,必须安装漏电保护器。
5.建筑施工场所、临时线路的用电设备,应安装漏电保护器。
这是《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46-88)中明确要求的。
6.机关、学校、企业、住宅建筑物内的插座回路,宾馆、饭店及招待所的客房内插座回路,也必须安装漏电保护器。
7.安装在水中的供电线路和设备以及潮湿、高温、金属占有系数较大及其他导电良
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好的场所,如机械加工、冶金、纺织、电子、食品加工等行业的作业场所,以及锅炉房、水泵房、食堂、浴室、医院等场所,必须使用漏电保护器进行保护。
8.固定线路的用电设备和正常生产作业场所,应选用带漏电保护器的动力配电箱。
临时使用的小型电器设备,应选用(座)或带漏电保护器的插座箱。
9.漏电保护器作为直接接触防护的补充保护时(不能作为唯一的直接接触保护),应选用高灵敏度、快速动作型漏电保护器。
一般环境选择动作电流不超过30mA,动作时间不超过0.1s.,这两个参数保证了人体如果触电时,不会使触电者产生病理性生理危险效应。
在浴室、游泳池等场所漏电保护器的额定动作电流不宜超过10mA。
在触电后可能导致二次事故的场合,应选用额定动作电流为6mA的漏电保护器。
10.对于不允许断电的电气设备,如公共场所的通道照明、应急照明、消防设备的电源、用于防盗报警的电源等,应选用报警式漏电保护器接通声、光报警信号,通知管理人员及
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