PEN重复接地问题与路灯配电

PEN重复接地问题与路灯配电系统的讨论内容提要：本文旨在讨论在TN-C-S配电系统中，PEN线接地与重复接地后，线路的杂散电流分布及线路压降导致接地点的接触电压问题。并由此深入讨论路灯配电系统采用TT配电系统的不合理性问题。关键词：TNCS TNS TT PE线多重接地 人体流过电流。一、 在TN-C-S配电系统中，PEN线接地与重复接地后，线路的杂散电流讨论。中国南方电网城市配电网技术导则7.2低压配电系统接地型式7.2.1 接地型式选择a） 低压配电系统可采用TN或TT接地型式，一个系统应只采用一种接地型式。b） 当低压系统采用TN-C接地型式时，配电线路除主干线和各分支线的末端外，中性点应重复接地，且每回干线的接地点，不应小于三处；线路进入车间或大型建筑物的入口支架处的接户线，其中性线应再重复接地。该导则，提出PEN导线多次重复接地的规定，当然在工程实施中应当视为一种普遍规则，即在南方电网中，所有的TNCS配电系统均采用了多次重复接地。那么，我们来分析一下其安全合理性问题。举例来说：一个住宅工程，其三相不平衡负荷为40KW。配线采用YJV4*95，线路长度L=250m。这个配电系统如图一本例中，电缆阻值取自工业民用配电设计手册第三版，为计算简便起见，把线路的总阻抗值作为一个纯电阻值，且所有电流均采用等效直流电流做简单的工程评估计算。显然正常运行时，接地电阻为1欧姆时，U=17.4V，低于安全电压限值。PEN重复接地点是安全的。当接地处接地电阻为10欧姆时，I3=0.82A，U8.2V。PEN重复接地点仍然是安全的。当发生，相线对PEN线短路时，如图二，但是，当接地处接地电阻为10欧姆时，I3=6.25A，U62.5V。高于安全电压50V限值。图一图二是PEN线仅做一次重复接地的情况。图三满足中国南方电网城市配电网技术导则每回干线的接地点，不应小于三处的规定。图三如下：本图，计算条件同上。显然正常运行时，PEN重复接地点是安全的。等效电路见图四，采用支路电流法，可简单求得各支路中的电流。短路时各支路电流如图五。图五中I416A，表示实际电流方向与设定方向相反。当接地处接地电阻为10欧姆时，计算结果见图六与图七。结论：1、当PEN重复接地后，无论接地电阻大小，对正常运行时，其接地点处的对地电压均在安全限值范围内。接地杂散电流却因接地电阻增加而减少。2、当接地点处发生短路时，接地故障电压取决于接地点处的接地电阻值，因此在TN-C-S系统中，只要采取降低接地点处的接地电阻措施，控制接地故障电压不大于安全限值，是容易做到的。3、当采用重复接地时，能有效降低各接地点处的杂散电流。从而有效降低接地点处的电压。但不能有效降低短路时，接地故障电压。4、在TNCS配电系统中，等电位联结和较低的接地电阻值是两个必要的条件。5、变压器中性点接地电阻不可以过小，过小对负荷侧来讲是个灾难。将每个图中的变压器中性点接地电阻用0.5欧姆来替代，计算结果是，杂散电流偏大，重复接地点处电压升高，这将直接威胁人员与设备的安全。6、每个配电工程都具有自己的电气特性，就如同世上不存在两片完全一样的树叶一样，比如本例中的电缆长度选定30米，计算结果完全不同，或者电缆截面选定150平方，都会有计算数据上的差别。二、 对路灯配电系统选用的讨论路灯配电系统国内有些专家推崇TT配电系统，同时认可TN-S配电系统。TN-S与TT在路灯配电上必然有一优一劣，两者绝不等价。上文已经分析，在TN-C配电系统中，重复接地做法对杂散电流与接地处接地电压的影响。现在我们分析，路灯配电系统中，采用TN-C配电系统的安全性问题。如图八本图如精确求解，需要列解22组联立方程组，这样做当然最好，但是，作为工程安全性评估，完全可以采用简便的方法。假定所有的电流都沿PEN线返回电流，假定每个灯杆前的PEN线的电压降全部经由本灯杆和中性点电阻分流。简单计算有下表，显然，正常运行时，TNC系统是安全的。1灯2灯3灯4灯5灯6灯7灯8灯9灯10灯Ia2320.718.416.113.811.59.26.94.62.3I00.00170.0330.0470.0580.0680.0750.0820.0850.087短路情况下，末端短路计算电流， 449A该电流在30米档距内的导线压降就是，一个档距内的以30米为跨步的跨步电压。449*0.0245 11V，分到0.8m为跨步的跨步电压会更小，跨步电压小，接触电压也必然很小，因为接触电压是以跨步电压为前提的，因此，此配电系统是安全的。TNS配电系统，因为PE线小于TNC系统中的PEN线，在短路时，一个档距内的跨步电压会略有增加，但是也一定是安全的。由于TNS配电系统可以设置剩余保护作为附加的安全措施，虽然附加措施失效并不构成对人员的电击威胁，但是，从切断配电线路来讲采用TNS则较为妥当。三、 路灯配电系统不可采用TT系统理论求证。图九是路灯配电系统采用TT配电系统的情况，TT系统中性线不重复接地，灯杆接地电阻仍是25欧（25欧通常灯杆基础接地电阻即能满足，该阻值能安全泄放雷电流，有关路灯雷击问题的考虑，基本上是多余的，灯杆淋雨后，就完全满足了泄放雷电流的要求）。明显可见，对任何一只灯杆来讲，发生接地故障时，只有本灯杆接地电阻起作用，易求不同接地电阻时，接地故障电压值.本例接地故障电压是220V*25/（25+4） 190V。当人员站在灯杆附近时，跨步电压应接近117V，人员对灯杆的接触电压还会再大。当设计人员明确设计接地电阻时，比如1欧时，接地故障电压是220V*1/（1+4） 44V。在安全电压限值内，但是，由于明确了接地电阻，人工费用，材料费用，检测费用是一笔不小的投入，且也很难四季均满足这一阻值要求。由于TT系统不能满足安全上的要求，因此必须装设剩余电流保护，但是如何来保证剩余电流保护器的不拒动？维护管理水平能跟上吗？有一天剩余电流保护开关坏了，又不跳又不被人发现怎么办？剩余电流保护开关坏坏了，更换一个普通断路器怎么办？TT系统把安全问题，完全托付给剩余电流保护的做法，是完全错误的，剩余电流保护只能是一种附加的安全措施。还有一个重大的问题，RA*Id=50V，公式可以这么写，路灯控制箱一般都是在户外设备，运行环冬夏差别大，春秋差别大，阴雨天与晴朗天差别大，剩余保护实际运行中动作是有较大误差的，另外整定电流大于30mA以上时，是完全不能保护人身免遭伤害的。总之，经过对TNC、TNCS、TT系统的分析，TT系统是不适合用于路灯配电的系统，在NEC规范中已