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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，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)中的一對矛盾，當(dāng)人身與設(shè)備安全性受到危險時，需要切斷電源，而切斷電源又對用電設(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)及接地方式進行介紹，并結(jié)合安全性與可靠性進行分析比較。
值得注意的是，在一個地區(qū)應(yīng)使用同一種供電系統(tǒng)，不可同時混用多種供電系統(tǒng)，以確保用電設(shè)備安全可靠運行。
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)變壓器中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地，無中性線N，電器設(shè)備保護接地線(PE線)各自獨立接地。
IT 方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時，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。運用 IT 方式供電系統(tǒng)，即使電源中性點不接地，一旦設(shè)備漏電，單相對地漏電流仍小，不會破壞電源電壓的平衡，所以比電源中性點接地的系統(tǒng)還安全。
但是，如果用在供電距離很長時，供電線路對大地的分布電容就不能忽視了。在負載發(fā)生短路故障或漏電使設(shè)備外殼帶電時，漏電電流經(jīng)大地形成架路，保護設(shè)備不一定動作，這是危險的。只有在供電距離不太長時才比較安全。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系統(tǒng)，稱為保護接地系統(tǒng)，其特點是中性線N與保護地線PE無電氣連接，即中性點接地與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)接地點無關(guān)，各自的接地裝置單獨接地。
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)在正常運行時，不管三相負載是否平衡，在中性線N帶電的情況下，PE線均不帶電，因此該系統(tǒng)中負載的所有接地均稱為保護接地。這種供電系統(tǒng)的特點如下：
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，由于有接地保護，可以大大減少觸電的危險性。但是，低壓斷路器(自動開關(guān))不一定能跳閘，造成漏電設(shè)備的外殼對地電壓高于安全電壓，屬于危險電壓。
2 )當(dāng)漏電電流比較小時，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護器作保護，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、費工時、費料。
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系統(tǒng)，稱作接零保護系統(tǒng)，用 TN 表示。TN系統(tǒng)的電力系統(tǒng)有一點直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分通過保護導(dǎo)體與該點連接。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)的電源中性點直接接地，引出有中性線N線、保護線PE線或保護中性線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與保護接地線PE合二為一，即其工作零線兼作保護線，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：
1)當(dāng)系統(tǒng)為單相回路，在PEN線中斷時，設(shè)備金屬外殼對地將帶220 V的故障電壓，人身碰觸時電擊死亡的危險很大。 當(dāng)安裝剩余電流保護裝置時，其PEN線穿過剩余電流保護裝置，因接地故障電流產(chǎn)生的磁場，在剩余電流保護裝置內(nèi)相抵消而使剩余電流保護裝置拒動，所以在TN-C系統(tǒng)內(nèi)不能裝用剩余電流保護裝置來防人身電擊。
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)，進行電氣維修時，無法保證維修人員的安全。
3)設(shè)備的金屬外殼對地帶電位，可能對電子設(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和一根保護接地線PE，電力系統(tǒng)僅一點接地，用電設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分(如外殼、機架等)接PE線。
圖四： TN-S系統(tǒng)接地圖示
TN-S系統(tǒng)對接地故障靈敏度高，線路經(jīng)濟簡單。在一般情況下，只要選用適當(dāng)?shù)拈_關(guān)保護裝置和足夠的導(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，適用于三相負荷比較平衡且單相負荷容量較小的場所。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：
1)在整個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，除微量對地泄漏電流外，PE線平時不通過電流，也不帶電位。它只在發(fā)生接地故障時通過故障電流，因此電氣裝置的外露導(dǎo)電部分對地平時幾乎不帶電位，比較安全。
2)當(dāng)出現(xiàn)相線碰殼的情況時，等于相線直接對地短路，由于PE線阻抗很小，瞬間短路電流很大，會直接導(dǎo)致前端過電流保護器(空開)斷開，不會對人身造成危害，因此TN-S系統(tǒng)可以不必增加漏電保護器。
3)當(dāng)出現(xiàn)N線斷開時，即使由于三相負載不平衡導(dǎo)致中性點帶電，但是由于中性點和外殼并無電氣連接，因此外殼對地?zé)o電位差，不會導(dǎo)致觸電危險。
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，因此TN-S系統(tǒng)也需要同時考慮重復(fù)接地，以避免PE線斷開的風(fēng)險。
5)TN-S系統(tǒng)雖然有較高的安全性，但整個供電系統(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)。分界點在N線與PR線的連接點處，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。進戶前采用TN-C供電系統(tǒng)，進戶后變成了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，在PEN線上一定有產(chǎn)生一定的對地電位差，將會使整個電氣裝置對地之間產(chǎn)生這個對地電位差，但對于電氣裝置內(nèi)部，由于PE線和N線是分離的，PE線上并無電流通過，因此整個電氣裝置對地電位是相等的，電氣裝置內(nèi)部并無電位差，因此不會出現(xiàn)類似TN-C系統(tǒng)的電擊風(fēng)險;
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)一樣會導(dǎo)致整個回路斷開，也會出現(xiàn)外殼帶電的問題，因此TN-C-S系統(tǒng)和其他TN系統(tǒng)一樣也要對設(shè)備外殼PE端進行重復(fù)接地，但不要對PEN線進行重復(fù)接地，如果是N線斷開，PE線不會帶電，外殼也就不會帶電，和TN-S情況類似，不會出現(xiàn)觸電風(fēng)險
當(dāng)出現(xiàn)相線碰殼的情況是，相當(dāng)于L線直接對PE線短路，短路電流很大，前端的空開會斷開保護，因此和TN-S系統(tǒng)一樣，無需增加漏電保護開關(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)自己的實際需求來選擇合適的接地系統(tǒng)，滿足自建要求
