電氣三相五線制原理簡介

1、 三相五線制的推廣與應(yīng)用三相五線制的推廣與應(yīng)用 摘摘 要：解決低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中采用接地和接零保護(hù)時安全隱要：解決低壓電網(wǎng)系統(tǒng)中采用接地和接零保護(hù)時安全隱患，保障低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的電氣設(shè)備在故障時人身安全?；迹Ｕ系蛪弘娋W(wǎng)系統(tǒng)的電氣設(shè)備在故障時人身安全。前前 言：在我國，低壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)有三種運(yùn)行方式：一種言：在我國，低壓電網(wǎng)的中性點(diǎn)有三種運(yùn)行方式：一種是電源中性點(diǎn)不接地，一種是電源中性點(diǎn)經(jīng)阻抗（消弧線圈）是電源中性點(diǎn)不接地，一種是電源中性點(diǎn)經(jīng)阻抗（消弧線圈）接地，一種是電源中性點(diǎn)直接接地。前兩種可合稱為接地，一種是電源中性點(diǎn)直接接地。前兩種可合稱為ITIT系統(tǒng)，系統(tǒng)，而后一種可稱為而后一種可稱為TT

2、TT系統(tǒng)及系統(tǒng)及TNTN系統(tǒng)。根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，系統(tǒng)。根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)行這種接地保護(hù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在很大缺陷，給人身現(xiàn)行這種接地保護(hù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在很大缺陷，給人身安全帶來一定威脅，也使低壓電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)裝置動作失靈，安全帶來一定威脅，也使低壓電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)裝置動作失靈，為此有必要對現(xiàn)行各種接地系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍做一分為此有必要對現(xiàn)行各種接地系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍做一分析、比較，以便確定適用于我國現(xiàn)行低壓電網(wǎng)的接地及接零析、比較，以便確定適用于我國現(xiàn)行低壓電網(wǎng)的接地及接零保護(hù)系統(tǒng)，使低壓電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。保護(hù)系統(tǒng)，使低壓電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。一、一、 TT TT系統(tǒng)

3、系統(tǒng) 在低壓電網(wǎng)配電變壓器中性點(diǎn)直在低壓電網(wǎng)配電變壓器中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，把電氣設(shè)備的外接接地系統(tǒng)中，把電氣設(shè)備的外漏可導(dǎo)電部分（金屬外殼）接地、漏可導(dǎo)電部分（金屬外殼）接地、成為成為TTTT系統(tǒng)，該系統(tǒng)引出有系統(tǒng)，該系統(tǒng)引出有N N線，線，屬三相四線制系統(tǒng)。如圖屬三相四線制系統(tǒng)。如圖1 1所示。所示。 ABCNPE 在在TTTT系統(tǒng)內(nèi)，電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（金屬外殼）系統(tǒng)內(nèi)，電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（金屬外殼）經(jīng)各自的經(jīng)各自的PEPE線分別直接接地，與電源的接地在電氣上線分別直接接地，與電源的接地在電氣上無任何聯(lián)系。各個電氣設(shè)備各用自己的接地極無任何聯(lián)系。各個電氣設(shè)備各用自己的接地極P

4、EPE線又線又互不連通，這樣就杜絕某一電氣設(shè)備外殼上危險(xiǎn)故障互不連通，這樣就杜絕某一電氣設(shè)備外殼上危險(xiǎn)故障電壓沿電壓沿PEPE線竄入其他電氣設(shè)備外殼上的危險(xiǎn)，因此它線竄入其他電氣設(shè)備外殼上的危險(xiǎn)，因此它被供電部門規(guī)定為低壓電網(wǎng)供電的接地系統(tǒng)。它也適被供電部門規(guī)定為低壓電網(wǎng)供電的接地系統(tǒng)。它也適用于對數(shù)據(jù)處理、精密檢測裝置等供電，所以這種系用于對數(shù)據(jù)處理、精密檢測裝置等供電，所以這種系統(tǒng)在國內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛。統(tǒng)在國內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛。但這種接地保護(hù)系統(tǒng)在某種情況下，也并不能保但這種接地保護(hù)系統(tǒng)在某種情況下，也并不能保證安全。當(dāng)證安全。當(dāng)TTTT系統(tǒng)中電氣設(shè)備絕緣損壞或發(fā)生相系統(tǒng)中電氣設(shè)備絕緣損壞或

5、發(fā)生相線碰殼時，將使電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分（金屬線碰殼時，將使電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分（金屬外殼）帶電。如果人體觸及帶電設(shè)備外殼時，因外殼）帶電。如果人體觸及帶電設(shè)備外殼時，因設(shè)備接地電阻設(shè)備接地電阻R Rd d遠(yuǎn)小于人體接觸電阻遠(yuǎn)小于人體接觸電阻RrRr，所以大，所以大部分單相短路電流通過接地裝置引入大地，從而部分單相短路電流通過接地裝置引入大地，從而減少了人體觸電的危險(xiǎn)性。一般均考慮中性點(diǎn)的減少了人體觸電的危險(xiǎn)性。一般均考慮中性點(diǎn)的接地電阻接地電阻R Ro o=4=4，電氣設(shè)備外殼接地電阻，電氣設(shè)備外殼接地電阻R Rd d=10=10，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生相線碰殼時，其故障電流為：當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生相

6、線碰殼時，其故障電流為：022015.714 10 xddUIARR 如果電氣設(shè)備容量較大，15.71A的故障電流不足以使電氣設(shè)備保護(hù)裝置動作，故在電氣設(shè)備外殼上呈現(xiàn)電壓： Ud=IdRd=15.7110=157V顯然這對人體是不安全的。如果要想使Ud不超過允許的安全電壓，即50V以下，則:Ud=Ux*Rd/(Ro+ Rd)50，故Rd=1.18要想使電氣設(shè)備的接地電阻做得這么小，要想使電氣設(shè)備的接地電阻做得這么小，這個要求是很高的，即使能做到，也比較昂這個要求是很高的，即使能做到，也比較昂貴，特別在條件差，土壤電阻率高的地區(qū)很貴，特別在條件差，土壤電阻率高的地區(qū)很難做到這一點(diǎn)。難做到這一點(diǎn)。

7、由此可見，由此可見，TTTT系統(tǒng)對人身仍有一定的危險(xiǎn)系統(tǒng)對人身仍有一定的危險(xiǎn)性。性。二、二、 TN TN系統(tǒng)系統(tǒng)低壓電網(wǎng)的配電變壓器中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)低壓電網(wǎng)的配電變壓器中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（金屬中，將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（金屬外殼）與中性線外殼）與中性線N N相接，稱為相接，稱為TNTN系統(tǒng)，系統(tǒng)，TNTN系統(tǒng)又依其系統(tǒng)又依其PEPE的形式分為的形式分為TNTNC C系統(tǒng)、系統(tǒng)、TNTNS S系統(tǒng)和系統(tǒng)和TNTNC CS S系統(tǒng)。系統(tǒng)。1. TN1. TNC C系統(tǒng)系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的中性線這種系統(tǒng)的中性線N N和保護(hù)線和保護(hù)線PEPE合一為合一為PENPEN線，

8、屬于三相四線制系統(tǒng)。如圖線，屬于三相四線制系統(tǒng)。如圖2 2所所示：示：在在TN-CTN-C系統(tǒng)內(nèi)，所有電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)，所有電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（金屬外殼）均與電部分（金屬外殼）均與PENPEN相連，它的相連，它的特點(diǎn)是當(dāng)相線碰殼時，相線經(jīng)設(shè)備外殼和特點(diǎn)是當(dāng)相線碰殼時，相線經(jīng)設(shè)備外殼和零線構(gòu)成閉合回路而發(fā)生短路，由于導(dǎo)線零線構(gòu)成閉合回路而發(fā)生短路，由于導(dǎo)線（包括相線和零線）及設(shè)備外殼的合成電（包括相線和零線）及設(shè)備外殼的合成電阻值很小，所以短路電流較大，可以使電阻值很小，所以短路電流較大，可以使電氣設(shè)備保護(hù)裝置快速而可靠的動作，將故氣設(shè)備保護(hù)裝置快速而可靠的動作，將故障設(shè)備斷開電源

9、。因而在出現(xiàn)相線碰殼短障設(shè)備斷開電源。因而在出現(xiàn)相線碰殼短路故障瞬間，即使人體觸及設(shè)備外殼，流路故障瞬間，即使人體觸及設(shè)備外殼，流過人體的電流比較小，其數(shù)值極低，在大過人體的電流比較小，其數(shù)值極低，在大多情況下能保證人身安全。所以該系統(tǒng)簡多情況下能保證人身安全。所以該系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)成為我國較早最廣泛應(yīng)用單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)成為我國較早最廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。但這種接零保護(hù)系統(tǒng)在某種情況下，但這種接零保護(hù)系統(tǒng)在某種情況下，也并不能保證安全。原因之一是由也并不能保證安全。原因之一是由于于PENPEN線通過正常負(fù)荷電流時，有線通過正常負(fù)荷電流時，有時還要通過三次諧波電流，在其時還要通過三次諧波電流

10、，在其PENPEN線上產(chǎn)生的壓降將呈現(xiàn)在電氣線上產(chǎn)生的壓降將呈現(xiàn)在電氣設(shè)備的外殼上。當(dāng)人體觸及電氣設(shè)設(shè)備的外殼上。當(dāng)人體觸及電氣設(shè)備外殼時，就會有一定的危險(xiǎn)性。備外殼時，就會有一定的危險(xiǎn)性。之二是當(dāng)之二是當(dāng)TN-CTN-C系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)發(fā)生PENPEN斷線，斷線，此時如有一相碰殼時，在沒有重復(fù)此時如有一相碰殼時，在沒有重復(fù)接地的情況下，如圖接地的情況下，如圖3 3所示：所示： ABCPEN圖 3:無 重 復(fù) 接 地 系 統(tǒng) 中 零 線 斷 線 時 的 情 況Ro 接在斷線后面的所有電氣設(shè)備接在斷線后面的所有電氣設(shè)備外殼上，都同時存在著近于相外殼上，都同時存在著近于相電壓的對地電壓，這種情況是電壓

11、的對地電壓，這種情況是相當(dāng)危險(xiǎn)的。而在重復(fù)接地的相當(dāng)危險(xiǎn)的。而在重復(fù)接地的情況下，如圖情況下，如圖4 4所示：所示：ABCPEN圖3:有重復(fù)接地系統(tǒng)中零線斷線時的情況RoRn接在零線斷線處后面的電氣設(shè)備外殼上存在對地接在零線斷線處后面的電氣設(shè)備外殼上存在對地電壓為電壓為 式中式中RnRn重復(fù)接地體的接地電阻重復(fù)接地體的接地電阻； Ro Ro中性點(diǎn)的接地電阻中性點(diǎn)的接地電阻； I Id d故障電流故障電流A A 在零線斷線處后面，人體觸及各設(shè)備外在零線斷線處后面，人體觸及各設(shè)備外殼時，接觸電壓均為殼時，接觸電壓均為I Id d* *RnRn伏。伏。0*nxdnnR UIRRR接在斷線處前面的設(shè)備

12、外殼上的對地電壓為：接在斷線處前面的設(shè)備外殼上的對地電壓為： 在零線斷線處前面，人體觸及各設(shè)備外殼時接在零線斷線處前面，人體觸及各設(shè)備外殼時接觸電壓均為觸電壓均為I Id d* *RoRo伏。伏。 當(dāng)當(dāng)Rn=RoRn=Ro時，前后電氣設(shè)備外殼上對地電壓皆為時，前后電氣設(shè)備外殼上對地電壓皆為Ux/2,Ux/2,但是但是Ux/2=220/2=110VUx/2=220/2=110V電壓值大于電壓值大于50V50V安全電安全電壓，顯然這對人體也是不安全的。而在大多情況下，壓，顯然這對人體也是不安全的。而在大多情況下，RnRn皆大于皆大于RoRo，使零線斷線處后面的所有電氣設(shè)備的，使零線斷線處后面的所有

13、電氣設(shè)備的外殼上的對地電壓升高，也就是說，人體接觸電壓外殼上的對地電壓升高，也就是說，人體接觸電壓會高于會高于Ux/2Ux/2。由此可見，由此可見，TN-CTN-C系統(tǒng)對人身也有危險(xiǎn)性。系統(tǒng)對人身也有危險(xiǎn)性。000*xdnR UIRRR2 2、 TN-S TN-S系統(tǒng)系統(tǒng)這種系統(tǒng)的中性線這種系統(tǒng)的中性線N N與保護(hù)線與保護(hù)線PEPE是分開的，屬是分開的，屬于三相五線制系統(tǒng)，如圖于三相五線制系統(tǒng)，如圖5 5所示所示當(dāng)當(dāng)TN-STN-S系統(tǒng)發(fā)生與系統(tǒng)發(fā)生與TTTT系統(tǒng)同樣故障時，系統(tǒng)同樣故障時，TN-TN-S S系統(tǒng)中電氣設(shè)備相線經(jīng)外殼和保護(hù)線系統(tǒng)中電氣設(shè)備相線經(jīng)外殼和保護(hù)線PEPE構(gòu)構(gòu)成閉合回路

14、而發(fā)生短路，由于導(dǎo)線（包括成閉合回路而發(fā)生短路，由于導(dǎo)線（包括相線和保護(hù)線相線和保護(hù)線PEPE）及設(shè)備外殼的合成電阻）及設(shè)備外殼的合成電阻值很小所以短路電流較大，可以使值很小所以短路電流較大，可以使TN-STN-S系系統(tǒng)中電氣設(shè)備保護(hù)裝置快速而可靠的動作，統(tǒng)中電氣設(shè)備保護(hù)裝置快速而可靠的動作，將故障設(shè)備斷開電源。將故障設(shè)備斷開電源。 在在TN-STN-S系統(tǒng)中，所有電氣設(shè)備的外漏可系統(tǒng)中，所有電氣設(shè)備的外漏可導(dǎo)電部分（金屬外殼）均與導(dǎo)電部分（金屬外殼）均與PEPE相連，而相連，而PEPE線不通過正常負(fù)荷電流，也不通過三次諧線不通過正常負(fù)荷電流，也不通過三次諧波電流，因此在波電流，因此在PEPE

15、線上不產(chǎn)生壓降，也就線上不產(chǎn)生壓降，也就不會在電氣設(shè)備外殼上呈現(xiàn)對地電壓。如不會在電氣設(shè)備外殼上呈現(xiàn)對地電壓。如果果TN-STN-S系統(tǒng)在發(fā)生與系統(tǒng)在發(fā)生與TN-CTN-C系統(tǒng)同樣故障，系統(tǒng)同樣故障，即當(dāng)系統(tǒng)中即當(dāng)系統(tǒng)中N N線斷線，此時如有一相碰殼線斷線，此時如有一相碰殼時，由于保護(hù)線時，由于保護(hù)線PEPE并未受到影響，其分析并未受到影響，其分析過程與上述是一樣，這里不再重述，結(jié)果過程與上述是一樣，這里不再重述，結(jié)果也會使故障設(shè)備斷開電源。也會使故障設(shè)備斷開電源。 由此可見，由此可見，TN-STN-S系統(tǒng)（三相五線制系系統(tǒng)（三相五線制系統(tǒng)）在發(fā)生故障情況下對人身是安全的。統(tǒng)）在發(fā)生故障情況下

16、對人身是安全的。 因此因此TN-STN-S系統(tǒng)適用于工業(yè)、工礦企業(yè)、系統(tǒng)適用于工業(yè)、工礦企業(yè)、及民用建筑業(yè)，也適用對數(shù)據(jù)處理設(shè)備和及民用建筑業(yè)，也適用對數(shù)據(jù)處理設(shè)備和精密電子儀器設(shè)備的供電。但是精密電子儀器設(shè)備的供電。但是TN-STN-S系統(tǒng)系統(tǒng)不足之處在于，不能解決相線對大地短路不足之處在于，不能解決相線對大地短路時引起中性點(diǎn)電位的升高。時引起中性點(diǎn)電位的升高。3 3、 TN-C-S TN-C-S系統(tǒng)系統(tǒng) 系統(tǒng)中有一部分中性線系統(tǒng)中有一部分中性線N N與保護(hù)線與保護(hù)線PEPE是合一的，是合一的，另外一部分又是分開的，所以成為另外一部分又是分開的，所以成為TN-C-STN-C-S系統(tǒng)。系統(tǒng)。如

17、圖如圖6 6所示所示; ; 這種系統(tǒng)前邊為這種系統(tǒng)前邊為TN-CTN-C系統(tǒng)，后邊為系統(tǒng)，后邊為TN-STN-S系統(tǒng)。系統(tǒng)。該系統(tǒng)兼有該系統(tǒng)兼有TN-CTN-C系統(tǒng)和系統(tǒng)和TN-STN-S系統(tǒng)的特點(diǎn)，常用系統(tǒng)的特點(diǎn)，常用于配電系統(tǒng)末端環(huán)境條件較差或有數(shù)據(jù)處理等于配電系統(tǒng)末端環(huán)境條件較差或有數(shù)據(jù)處理等設(shè)備的場所。設(shè)備的場所。 但是這種保護(hù)系統(tǒng)在某種情況下，也并不能但是這種保護(hù)系統(tǒng)在某種情況下，也并不能保證安全，原因之一是由于三相負(fù)荷不平衡和保證安全，原因之一是由于三相負(fù)荷不平衡和線路上接有非線性元件時，零線中有電流和諧線路上接有非線性元件時，零線中有電流和諧波電流通過，這樣設(shè)備就帶上電壓，人體接

18、觸波電流通過，這樣設(shè)備就帶上電壓，人體接觸后有電擊的可能。應(yīng)注意后有電擊的可能。應(yīng)注意PENPEN線分為線分為PEPE線和線和N N線線后，后，N N線應(yīng)對地絕緣，不能再與線應(yīng)對地絕緣，不能再與PEPE線合并或互換，線合并或互換，不然他仍然是不然他仍然是TN-CTN-C系統(tǒng)。系統(tǒng)。之二是如果之二是如果TN-C-STN-C-S系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)發(fā)生PENPEN斷線，斷線，并有一相碰殼時，該系統(tǒng)前邊的并有一相碰殼時，該系統(tǒng)前邊的TN-CTN-C系統(tǒng)系統(tǒng)與上述分析與上述分析TN-CTN-C系統(tǒng)發(fā)生故障時情況是一系統(tǒng)發(fā)生故障時情況是一樣的，即所有電氣設(shè)備外殼上的故障電壓樣的，即所有電氣設(shè)備外殼上的故障電壓都

19、大于或等于都大于或等于Ux/2Ux/2，該系統(tǒng)后邊，該系統(tǒng)后邊TN-STN-S系統(tǒng)，系統(tǒng)，也將由于前邊也將由于前邊TN-CTN-C系統(tǒng)中系統(tǒng)中PENPEN斷線，而將斷線，而將斷線處后面的故障電壓沿著保護(hù)線斷線處后面的故障電壓沿著保護(hù)線PEPE竄入竄入TN-STN-S系統(tǒng)的所有電氣設(shè)備外殼上。系統(tǒng)的所有電氣設(shè)備外殼上。由此可見，由此可見，TN-C-STN-C-S系統(tǒng)對人身也具有一系統(tǒng)對人身也具有一定的危險(xiǎn)性。定的危險(xiǎn)性。三、三、 IT IT系統(tǒng)系統(tǒng)電源中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗（電源中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗（10001000）接地的系統(tǒng)，成）接地的系統(tǒng)，成為為ITIT系統(tǒng)，該系統(tǒng)不引出系統(tǒng)，該系統(tǒng)不引出N N線，屬于三相三線制系統(tǒng)，線，屬于三相三線制系統(tǒng)，如圖如圖7 7所示：所示：ITIT系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是所有設(shè)備的外殼，與系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是所有設(shè)備的外殼，與TTTT系統(tǒng)一樣，都是經(jīng)各自的系統(tǒng)一樣，都是經(jīng)各自的PEPE線分別線分別直接接地，這樣可以避