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什么是三相四线制、三相五线制?有什么区别?

作者:利来w66 发布时间:2021-02-28 15:46 点击:

  首先,要明白什么叫做线制,也即三相四线制的定义。这个定义可以参见IEC 60364和GB 16895系列标准,标准的统一名称是“建筑物电气装置”。注意这里所指的系列标准,是因为此标准号下有几十个标准,例如IEC 60364.1、IEC 60364.2、……、等等。

  三相,我们很容易理解,就是发电机的三个绕组,它们之间的电角度是120度。

  “线中规定,指的是三相配电系统中在正常运行中有电流流过的导线叫做“线”。三条相线,在正常运行时是有电流流过的,它们当然属于线的范畴。中性线,在正常运行状态下,由于三相不一定平衡,因此中性线也有电流流过,因而也被称为“线”。

  那么接地线PE呢?它在正常运行时是没有电流流过的,因此接地线)如果电力变压器的中性点直接接地,然后把中性线N和接地线PE合在一起以PEN的型式接入电路,这在IEC 60364和GB 16895中被定义为TN-C系统。注意PEN的称呼,叫做保护中性线,或者叫做保护接地线。

  此图是IEC 60364对TN-C的权威定义。我们看到三条相线,还有保护接地线PEN。

  请特别注意:PEN线在引入用电设备时,首先接到用电设备的外露导电部分,也即用电设备的金属外壳,然后才接到用电设备的中性线接入端子。这种接线方法有两重意义:第一说明PEN线的功能以保护为优先,第二说明PEN线具有中性线的特性。

  因为PEN线是以保护为主要目的,但我们看到,当PEN线引入负载时在某处断线,则断点后侧的PEN线上的电压会因为负载不平衡而上升,最高可能会升至相电压。因此,IEC 60364和GB 16895规定:TN-C系统可用于三相不平衡的系统,但不得用于具有火灾隐患的场所。例如油库、矿山、港口等等。同时,还强制性地要求TN-C系统的PEN必须多点接地。

  此图是IEC 60364对TN-S的权威定义。我们看到三条相线、一条中性线N和一条接地线PE。

  值得注意的是:PE线在负载侧是可以再次接地的。IEC 60364并没有限制PE线的接地次数。但是,PE线和N线不得再次合并,两者必须相互绝缘。

  利用PE线的重复接地,我们可以实现用电设备处的等电位连接技术。所谓等电位连接,是指把相关的若干用电设备的外露导电部分相互连接起来,再一点接地。当然,PE线在这里也被再次接地。这样的好处是:若发生了相线的碰壳事故,由于有了等电位连接的保护,人身安全得到了有效的保障。

  根据IEC 60364和GB 16895,根本就不存在所谓三相五线制这种说法。这种三相五线制的称呼是我们中国人自己发明的。一旦走出国门,甚至只是到了香港或者台湾,若我们对当地的电气工作者说三相五线制,会被别人耻笑!!!

  3)如果低压配电系统的接地系统是TN-C,但在电源入户前,把PEN再次接地,然后分开为PE和N,这种接地系统被IEC 60364或者GB 16895称为TN-C-S。见下图:

  此图是IEC 60364对TN-C-S的权威定义。这种接线方式也是我们家中配电箱中的最主要接线方法。

  值得注意的是:PE和N一旦分开后,不得再次合并。PE和N两者之间必须绝缘。

  例如TN-S系统下的变压器,我们看到变压器的中性点接地,它的用途是为变压器的中性点建立工作电位,所以叫做工作接地。

  又如TN-S系统下的负载侧,我们看到它的外露导电部分与PE线接在一起,以此实现对人身的安全防护,所以这种接地叫做保护接地。

  低压配电系统的接地型式有IT、TT、TN等三种,其中TN又分为TN-S、TN-C和TN-C-S。

  TN的意思是:变压器中性点直接接地,负载的外露导电部分通过PE线或者PEN线接地。

  其实严格来讲,三相五线制的叫法是错误的,它的学名叫“TN-S”系统;T代表大地,N代表零线,S代表分开。

  TN-S是一种接地方式,但是实际应用中,我们发现三项五线制这种叫法比较直观,所以一直沿用它,我们不用纠结这个叫法,大家知道一下就行;存在的即是合理的,所以我们仍然用三相五线制吧。

  地线是非工作电源,是起到保护作用的,保护人员和设备,所有设备的金属外壳都接到地线上了,操作人员会直接接触到,所以不应该有持续的电流,只允许有非常微弱的感应电流。

  大家看上图可看到,零线和地线最终连到了一起,所以用表测是接通的,那么为什么不能混用呢?

  其根本原因就是虽然最终都汇到一起,但是一个是有电流的,另一个是没有电流的。我给大家举个例子。

  假设工厂有一个变压器,四套设备,设备供电如上图。(工厂实际的供电系统远比上图更加复杂,混乱)

  其中1#2#设备是按照规范安装接线号把应该接到零线上的电源线号则接线正常,但把零线地线接到一起了,那么会有什么问题?

  1#2#连接正常所以,零线有电流,地线只有一些感应电流,非常弱小,几乎检测不到;是3#4#接错了,所以3#4#的地线有电流,它的电流应该是3#设备的零线#设备的一部分零线电流,而这些电流也会污染1#2#的地线,也就导致这一支路的地线带电流了。

  还是那句话,有电流就有电动势,也就是电压,所以,这支地线不纯净了,而且所有设备的外壳全都接到这条带电的地线上了,也非常危险。

  举个不太恰当的例子方便理解,假如一个市里有两条河,一条河是运输废水的,另一条河是运输饮用水,但它们的终点都是污水处理厂。

  假如有人把废水排到饮用水的河里,那么即使河水有一定的自去污能力,但污水排放点附近的水也是污染的,人饮用了会生病的;如果污水排放到饮用水里非常多,那么整个市的人都会生病。

  因为,如果设备的三相均衡的话,零线也是没有电的,但是现场情况比较复杂,所以大多数设备三相不均衡,而且很多都把零地接到一起了。

  其次现场的一些金属设备也会消耗掉一些污染,比如上述例子4#的地线与设备外壳相连,设备外壳就会消耗掉一部分或者全部消耗光。

  但是一旦使用了大型变频器或者伺服电机等会严重污染电网的设备,那么灾难就来了;

  一上文说了,有概率会伤害到操作人员,因为设备外壳带电了,危险因素和操作人员的保护措施,以及现场地线的情况有很大关系;所以对于一个电气操作人员正确的做法是即使确认了需要接触的设备没有电,也要按照它有电的心理进行操作。

  二地线电压不稳,会使一些设备发生故障,地线有两个作用,一是保护操作人员安全,二是消耗掉感应电,使设备保持正常,尤其是一些精密的设备,比如称重传感器,编码器,激光测距仪和一些检测仪表等,它们都是非常灵敏的设备,要求把感应电全部释放掉它们才能正常工作,所以它们的屏蔽电缆都需要接地;而一旦地线异常,这些设备会异常,失灵甚至极端情况会损坏这些仪表。

  大家都知道,在使用电焊的时候需要特殊注意,在焊接点最近的地方安装接地线,来保护这些传感器,也是这个道理。

  对于TN-C,我们从图中看到,它的PEN是合并的。这条PEN线的名称叫做保护中性线,也叫做零线。从零线的功能性来说,它的保护功能是第一位的,中性线功能是第二位的。因此当零线接入负载侧时,首先要接入保护端子,然后再引入到中性线端子。这一点,我们从IEC 60364的TN-C的负载侧图中可以明确地看到。

  TN-C因为少了一根线,在工程施工是具有很大的成本优势,因此为很多工程项目所采用。

  值得注意的是:若PEN线断线,则断点的前方其电位接近于零(要看线路长度),而断点后方的PEN线,其电位会迅速升高。其原因很简单,断点后方的PEN线电压等于负载侧三相电压的相量和。在极端情况下,断点后方的电压会上升到相电压。

  因此,TN-C接地系统的PEN线必须多点接地。同时,TN-C系统不允许用在有爆炸可能的环境中,例如煤矿、油库、危险品仓库等等。

  对于居家和办公用电当然可以使用TN-C接地系统。IEC 60364规定,当PEN线引到入户处时,必须接地,然后分开为PE线和N线。这就是TN-C-S接地系统。

  注意第一个负载接在TN-C系统中,所以PEN线首先引到负载的保护端子,然后再引到中性线端子;第二个负载接在TN-C-S系统中,所以PE线引到保护端子,而N线则引到中性线端子。

  在实际使用时,如果变压器与低压一级配电设备(低压进线和馈电开关柜)的进线回路距离比较近,可以取消变压器中性点的接地。变压器引三条相线和一条N线到开关柜中,在开关柜的进线回路中统一接地。

  由此可以看出:真正的TN-S其实是不存在的。绝大多数低压配电网的接地系统都是TN-C-S。

  我们知道,力是典型的矢量,我们把力乘以力臂,再乘以它们夹角的正弦,得到的是力矩。力矩仍然是矢量;我们把电流相量乘以电压相量,再乘以它们夹角的正弦,得到是无功功率。无功功率是标量,既不是相量也不是矢量。

  尽量不要用三相X线这个名词来描述低压配电网的接地系统,代之以TN-C、TN-S和TN-C-S。也尽量不要用零线这个称呼,代之以PEN线。这样做是与IEC标准靠拢,与国家标准靠拢。事实上,在国家强制性标准中,已经看不见零线这个称呼。

  三相X线的称呼来自于前苏联。我国早先的国家标注是按苏联的,后来全面转向了IEC标准。苏联标准在许多方面确实存在诸多缺陷。由于人们的习惯用语具有惯性,许多人也习惯于三相五线制这种说法,还有零线和火线,并且还代代相传。

  为了与IEC标准靠拢,也为了我们自身的理论水平和工作实践需要,请纠正这种说法。

  从最终用电设备的接地型式,我们只能判断出全系统的接地型式可能是TT、IT或者TN,对于TN-C我们可以直接判断,但TN-C-S和TN-S不可能区分出来。

  例如,我们发现最终用电设备的外壳(外露导电部分)直接接地,且不与上级系统相接。同时,三相电源中未见N线,我们就可以判断出这是IT系统;如果见到N线,特别地,最终用电设备还安装了漏电保护装置,那么我们由此可以判断出是TT;若最终用电设备的外露导电部分与来自上级系统的PEN线相连,同时PEN线先接外露导电部分,然后再接N线端子,则我们马上就能知道,这是TN-C系统。

  如果电源线根线,包括三相,还有N线和PE线,我们不可能知道系统的接地型式是TN-S还是TN-C-S。只能沿着电源线上溯,一直找到N线与PE线分开的源头所在位置,我们才能知道到底是哪一种接地系统。

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利来w66