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- 6 數(shù)據(jù)中心能源白皮書(六)：數(shù)據(jù)中心常見的供配電接地系統(tǒng)
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數(shù)據(jù)中心能源白皮書(六)：數(shù)據(jù)中心常見的供配電接地系統(tǒng)
- 2018-06-11 22:02:47
- Amber
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- 最后編輯：Amber 于 2018-06-11 23:02:14
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1、低壓配電接地方式介紹
低壓交流供配電系統(tǒng)按接地方式的不同分為三類，即 TT 、 TN 和 IT 系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。TN系統(tǒng)根據(jù)其保護(hù)零線是否與工作零線分開而劃分為TN-C，TN-S，TN-C-S系統(tǒng)。
低壓交流供配電系統(tǒng)的分類參照IEC 60364-1。供配電系統(tǒng)的接地型式以拉丁文字作代號(hào)，例如TN-S，其意義為：
表一： 接地系統(tǒng)命名含義
參照以上的定義，可以得出如下幾種常見接地系統(tǒng)的含義。
表二： 接地系統(tǒng)命名含義
2、低壓配電接地方式對(duì)比
提到接地方式，首先要考慮到接地系統(tǒng)的安全性。
安全性指供配電時(shí)不能傷害人或損壞設(shè)備，可靠性指不間斷供電的能力，這是電源系統(tǒng)中的一對(duì)矛盾，當(dāng)人身與設(shè)備安全性受到危險(xiǎn)時(shí)，需要切斷電源，而切斷電源又對(duì)用電設(shè)備不間斷供電產(chǎn)生影響。下面就供配電系統(tǒng)常用的五種交流電源系統(tǒng)及接地方式進(jìn)行介紹，并結(jié)合安全性與可靠性進(jìn)行分析比較。
值得注意的是，在一個(gè)地區(qū)應(yīng)使用同一種供電系統(tǒng)，不可同時(shí)混用多種供電系統(tǒng)，以確保用電設(shè)備安全可靠運(yùn)行。
2.1、IT系統(tǒng)及接地方式
IT系統(tǒng)是三相三線式供電及接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地，無中性線N，電器設(shè)備保護(hù)接地線(PE線)各自獨(dú)立接地。
IT 方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時(shí)，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所，或者是要求嚴(yán)格地連續(xù)供電的地方，例如電力煉鋼、大醫(yī)院的手術(shù)室、地下礦井或坑道指揮所、重要通信樞紐特定設(shè)備等，該供電系統(tǒng)對(duì)用電設(shè)備的耐壓要求較高。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時(shí)才比較安全。這種供電方式在工地上很少見。
圖一： IT系統(tǒng)接地圖示
2.2、TT系統(tǒng)及接地方式
TT系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng)，稱為保護(hù)接地系統(tǒng)，其特點(diǎn)是中性線N與保護(hù)地線PE無電氣連接，即中性點(diǎn)接地與PE線接地是分開的，因此設(shè)備的外殼與電源的接地?zé)o直接聯(lián)系。即設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均與系統(tǒng)接地點(diǎn)無關(guān)，各自的接地裝置單獨(dú)接地。
圖二： TT系統(tǒng)接地圖示
TT系統(tǒng)常用于設(shè)備供電來自于公用電網(wǎng)的地方，民用郊區(qū)較常見。
TT 系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，不管三相負(fù)載是否平衡，在中性線N帶電的情況下，PE線均不帶電，因此該系統(tǒng)中負(fù)載的所有接地均稱為保護(hù)接地。這種供電系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：
1 )當(dāng)電氣設(shè)備的金屬外殼帶電(相線碰殼或設(shè)備絕緣損壞而漏電)時(shí)，由于有接地保護(hù)，可以大大減少觸電的危險(xiǎn)性。但是，低壓斷路器(自動(dòng)開關(guān))不一定能跳閘，造成漏電設(shè)備的外殼對(duì)地電壓高于安全電壓，屬于危險(xiǎn)電壓。
2 )當(dāng)漏電電流比較小時(shí)，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護(hù)器作保護(hù)，因此 TT 系統(tǒng)難以推廣。
3 ) TT 系統(tǒng)接地裝置耗用鋼材多，而且難以回收、費(fèi)工時(shí)、費(fèi)料。
2.3、TN系統(tǒng)及接地方式
TN方式供電系統(tǒng)這種供電系統(tǒng)是將電氣設(shè)備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)，用 TN 表示。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)電部分通過保護(hù)導(dǎo)體與該點(diǎn)連接。在TN系統(tǒng)中又分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種系統(tǒng).
2.3.1、TN-C系統(tǒng)及接地方式
TN-C系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，引出有中性線N線、保護(hù)線PE線或保護(hù)中性線PEN線，屬于三相四線制系統(tǒng)。
圖三： TN-C系統(tǒng)接地圖示
TN-C供電系統(tǒng)常稱為三相四線制供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)中性線N與保護(hù)接地線PE合二為一，即其工作零線兼作保護(hù)線，通稱為PEN線。TN-C系統(tǒng)不適用于數(shù)據(jù)中心，主要原因有如下幾點(diǎn)：
1)當(dāng)系統(tǒng)為單相回路，在PEN線中斷時(shí)，設(shè)備金屬外殼對(duì)地將帶220 V的故障電壓，人身碰觸時(shí)電擊死亡的危險(xiǎn)很大。 當(dāng)安裝剩余電流保護(hù)裝置時(shí)，其PEN線穿過剩余電流保護(hù)裝置，因接地故障電流產(chǎn)生的磁場，在剩余電流保護(hù)裝置內(nèi)相抵消而使剩余電流保護(hù)裝置拒動(dòng)，所以在TN-C系統(tǒng)內(nèi)不能裝用剩余電流保護(hù)裝置來防人身電擊。
2)因PEN線含有PE線而不允許被開關(guān)切斷，所以TN-C系統(tǒng)內(nèi)不能裝用四極開關(guān)，進(jìn)行電氣維修時(shí)，無法保證維修人員的安全。
3)設(shè)備的金屬外殼對(duì)地帶電位，可能對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，也可能產(chǎn)生打火引爆。因此，易爆場所內(nèi)是不允許采用TN-C系統(tǒng)和出現(xiàn)PEN線的。
2.3.2、TN-S系統(tǒng)及接方式
TN-S供電系統(tǒng)有五根線，即三根相線U、V、W，一根中性線N和一根保護(hù)接地線PE，電力系統(tǒng)僅一點(diǎn)接地，用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分(如外殼、機(jī)架等)接PE線。
圖四： TN-S系統(tǒng)接地圖示
TN-S系統(tǒng)對(duì)接地故障靈敏度高，線路經(jīng)濟(jì)簡單。在一般情況下，只要選用適當(dāng)?shù)拈_關(guān)保護(hù)裝置和足夠的導(dǎo)線截面積，就能滿足安全要求。目前，采用這種供電系統(tǒng)的比較多，適用于三相負(fù)荷比較平衡且單相負(fù)荷容量較小的場所。TN-S系統(tǒng)可以作為數(shù)據(jù)中心的優(yōu)選供電及接地系統(tǒng)。主要有以下特點(diǎn)：
1)在整個(gè)TN-S系統(tǒng)內(nèi)，PE線和N線被分為兩根線。除非施工安裝有誤，除微量對(duì)地泄漏電流外，PE線平時(shí)不通過電流，也不帶電位。它只在發(fā)生接地故障時(shí)通過故障電流，因此電氣裝置的外露導(dǎo)電部分對(duì)地平時(shí)幾乎不帶電位，比較安全。
2)當(dāng)出現(xiàn)相線碰殼的情況時(shí)，等于相線直接對(duì)地短路，由于PE線阻抗很小，瞬間短路電流很大，會(huì)直接導(dǎo)致前端過電流保護(hù)器(空開)斷開，不會(huì)對(duì)人身造成危害，因此TN-S系統(tǒng)可以不必增加漏電保護(hù)器。
3)當(dāng)出現(xiàn)N線斷開時(shí)，即使由于三相負(fù)載不平衡導(dǎo)致中性點(diǎn)帶電，但是由于中性點(diǎn)和外殼并無電氣連接，因此外殼對(duì)地?zé)o電位差，不會(huì)導(dǎo)致觸電危險(xiǎn)。
4)TN-S系統(tǒng)的PE線原則上是不允許斷開的，如果斷開了，相當(dāng)于外殼懸空，容易導(dǎo)致觸電危險(xiǎn)，因此TN-S系統(tǒng)也需要同時(shí)考慮重復(fù)接地，以避免PE線斷開的風(fēng)險(xiǎn)。
5)TN-S系統(tǒng)雖然有較高的安全性，但整個(gè)供電系統(tǒng)的回路上需要多鋪設(shè)一條PE線，成本是比較高的。
2.3.3、TN-C-S系統(tǒng)及接地方式
TN-C-S供電系統(tǒng)由兩個(gè)接地系統(tǒng)組成，前部分有四根線，是TN-C供電系統(tǒng);后部分有五根線，是TN-S供電系統(tǒng)。分界點(diǎn)在N線與PR線的連接點(diǎn)處，分開后就不允許再合并。
這種供電系統(tǒng)一般用在民用建筑物的供電由區(qū)域變電所引來的場所。進(jìn)戶前采用TN-C供電系統(tǒng)，進(jìn)戶后變成了TN-S供電系統(tǒng)。目前，新建數(shù)據(jù)中心及其它設(shè)施中也常見。
圖五： TN-C-S系統(tǒng)接地圖示
TN-C-S系統(tǒng)由于供電線路上使用了PEN線，當(dāng)N線上有電流通過時(shí)，在PEN線上一定有產(chǎn)生一定的對(duì)地電位差，將會(huì)使整個(gè)電氣裝置對(duì)地之間產(chǎn)生這個(gè)對(duì)地電位差，但對(duì)于電氣裝置內(nèi)部，由于PE線和N線是分離的，PE線上并無電流通過，因此整個(gè)電氣裝置對(duì)地電位是相等的，電氣裝置內(nèi)部并無電位差，因此不會(huì)出現(xiàn)類似TN-C系統(tǒng)的電擊風(fēng)險(xiǎn);
當(dāng)出現(xiàn)N線斷開的情況，如果是PE線斷開，和TN-C系統(tǒng)一樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)回路斷開，也會(huì)出現(xiàn)外殼帶電的問題，因此TN-C-S系統(tǒng)和其他TN系統(tǒng)一樣也要對(duì)設(shè)備外殼PE端進(jìn)行重復(fù)接地，但不要對(duì)PEN線進(jìn)行重復(fù)接地，如果是N線斷開，PE線不會(huì)帶電，外殼也就不會(huì)帶電，和TN-S情況類似，不會(huì)出現(xiàn)觸電風(fēng)險(xiǎn)
當(dāng)出現(xiàn)相線碰殼的情況是，相當(dāng)于L線直接對(duì)PE線短路，短路電流很大，前端的空開會(huì)斷開保護(hù)，因此和TN-S系統(tǒng)一樣，無需增加漏電保護(hù)開關(guān)。
總體來看TN-C-S系統(tǒng)綜合了TN-S的安全性和TN-C的成本優(yōu)勢，又避免了TN-C系統(tǒng)的系列安全問題。
3、總結(jié)
通過以上的介紹，總結(jié)如下：
表三： 幾種接地系統(tǒng)優(yōu)劣對(duì)比
目前這幾種接地系統(tǒng)都有一些應(yīng)用，而TN-S系統(tǒng)是應(yīng)用較多的，用戶應(yīng)該根據(jù)自己的實(shí)際需求來選擇合適的接地系統(tǒng)，滿足自建要求
