电气三相五线制原理简介

1、 三相五线制的推广与应用三相五线制的推广与应用 摘摘 要：解决低压电网系统中采用接地和接零保护时安全隐要：解决低压电网系统中采用接地和接零保护时安全隐患，保障低压电网系统的电气设备在故障时人身安全。患，保障低压电网系统的电气设备在故障时人身安全。前前 言：在我国，低压电网的中性点有三种运行方式：一种言：在我国，低压电网的中性点有三种运行方式：一种是电源中性点不接地，一种是电源中性点经阻抗（消弧线圈）是电源中性点不接地，一种是电源中性点经阻抗（消弧线圈）接地，一种是电源中性点直接接地。前两种可合称为接地，一种是电源中性点直接接地。前两种可合称为ITIT系统，系统，而后一种可称为而后一种可称为TT

2、TT系统及系统及TNTN系统。根据多年的运行经验表明，系统。根据多年的运行经验表明，现行这种接地保护有许多优点，但也存在很大缺陷，给人身现行这种接地保护有许多优点，但也存在很大缺陷，给人身安全带来一定威胁，也使低压电网系统保护装置动作失灵，安全带来一定威胁，也使低压电网系统保护装置动作失灵，为此有必要对现行各种接地系统的优缺点和适用范围做一分为此有必要对现行各种接地系统的优缺点和适用范围做一分析、比较，以便确定适用于我国现行低压电网的接地及接零析、比较，以便确定适用于我国现行低压电网的接地及接零保护系统，使低压电网系统稳定安全运行。保护系统，使低压电网系统稳定安全运行。一、一、 TT TT系统

3、系统 在低压电网配电变压器中性点直在低压电网配电变压器中性点直接接地系统中，把电气设备的外接接地系统中，把电气设备的外漏可导电部分（金属外壳）接地、漏可导电部分（金属外壳）接地、成为成为TTTT系统，该系统引出有系统，该系统引出有N N线，线，属三相四线制系统。如图属三相四线制系统。如图1 1所示。所示。 ABCNPE 在在TTTT系统内，电气设备的外露可导电部分（金属外壳）系统内，电气设备的外露可导电部分（金属外壳）经各自的经各自的PEPE线分别直接接地，与电源的接地在电气上线分别直接接地，与电源的接地在电气上无任何联系。各个电气设备各用自己的接地极无任何联系。各个电气设备各用自己的接地极P

4、EPE线又线又互不连通，这样就杜绝某一电气设备外壳上危险故障互不连通，这样就杜绝某一电气设备外壳上危险故障电压沿电压沿PEPE线窜入其他电气设备外壳上的危险，因此它线窜入其他电气设备外壳上的危险，因此它被供电部门规定为低压电网供电的接地系统。它也适被供电部门规定为低压电网供电的接地系统。它也适用于对数据处理、精密检测装置等供电，所以这种系用于对数据处理、精密检测装置等供电，所以这种系统在国内外应用比较广泛。统在国内外应用比较广泛。但这种接地保护系统在某种情况下，也并不能保但这种接地保护系统在某种情况下，也并不能保证安全。当证安全。当TTTT系统中电气设备绝缘损坏或发生相系统中电气设备绝缘损坏或

5、发生相线碰壳时，将使电气设备外露可导电部分（金属线碰壳时，将使电气设备外露可导电部分（金属外壳）带电。如果人体触及带电设备外壳时，因外壳）带电。如果人体触及带电设备外壳时，因设备接地电阻设备接地电阻R Rd d远小于人体接触电阻远小于人体接触电阻RrRr，所以大，所以大部分单相短路电流通过接地装置引入大地，从而部分单相短路电流通过接地装置引入大地，从而减少了人体触电的危险性。一般均考虑中性点的减少了人体触电的危险性。一般均考虑中性点的接地电阻接地电阻R Ro o=4=4，电气设备外壳接地电阻，电气设备外壳接地电阻R Rd d=10=10，当电气设备发生相线碰壳时，其故障电流为：当电气设备发生相

6、线碰壳时，其故障电流为：022015.714 10 xddUIARR 如果电气设备容量较大，15.71A的故障电流不足以使电气设备保护装置动作，故在电气设备外壳上呈现电压： Ud=IdRd=15.7110=157V显然这对人体是不安全的。如果要想使Ud不超过允许的安全电压，即50V以下，则:Ud=Ux*Rd/(Ro+ Rd)50，故Rd=1.18要想使电气设备的接地电阻做得这么小，要想使电气设备的接地电阻做得这么小，这个要求是很高的，即使能做到，也比较昂这个要求是很高的，即使能做到，也比较昂贵，特别在条件差，土壤电阻率高的地区很贵，特别在条件差，土壤电阻率高的地区很难做到这一点。难做到这一点。

7、由此可见，由此可见，TTTT系统对人身仍有一定的危险系统对人身仍有一定的危险性。性。二、二、 TN TN系统系统低压电网的配电变压器中性点直接接地系统低压电网的配电变压器中性点直接接地系统中，将电气设备的外露可导电部分（金属中，将电气设备的外露可导电部分（金属外壳）与中性线外壳）与中性线N N相接，称为相接，称为TNTN系统，系统，TNTN系统又依其系统又依其PEPE的形式分为的形式分为TNTNC C系统、系统、TNTNS S系统和系统和TNTNC CS S系统。系统。1. TN1. TNC C系统系统 这种系统的中性线这种系统的中性线N N和保护线和保护线PEPE合一为合一为PENPEN线，

8、属于三相四线制系统。如图线，属于三相四线制系统。如图2 2所所示：示：在在TN-CTN-C系统内，所有电气设备的外露可导系统内，所有电气设备的外露可导电部分（金属外壳）均与电部分（金属外壳）均与PENPEN相连，它的相连，它的特点是当相线碰壳时，相线经设备外壳和特点是当相线碰壳时，相线经设备外壳和零线构成闭合回路而发生短路，由于导线零线构成闭合回路而发生短路，由于导线（包括相线和零线）及设备外壳的合成电（包括相线和零线）及设备外壳的合成电阻值很小，所以短路电流较大，可以使电阻值很小，所以短路电流较大，可以使电气设备保护装置快速而可靠的动作，将故气设备保护装置快速而可靠的动作，将故障设备断开电源

9、。因而在出现相线碰壳短障设备断开电源。因而在出现相线碰壳短路故障瞬间，即使人体触及设备外壳，流路故障瞬间，即使人体触及设备外壳，流过人体的电流比较小，其数值极低，在大过人体的电流比较小，其数值极低，在大多情况下能保证人身安全。所以该系统简多情况下能保证人身安全。所以该系统简单、经济的优点成为我国较早最广泛应用单、经济的优点成为我国较早最广泛应用的系统。的系统。但这种接零保护系统在某种情况下，但这种接零保护系统在某种情况下，也并不能保证安全。原因之一是由也并不能保证安全。原因之一是由于于PENPEN线通过正常负荷电流时，有线通过正常负荷电流时，有时还要通过三次谐波电流，在其时还要通过三次谐波电流

10、，在其PENPEN线上产生的压降将呈现在电气线上产生的压降将呈现在电气设备的外壳上。当人体触及电气设设备的外壳上。当人体触及电气设备外壳时，就会有一定的危险性。备外壳时，就会有一定的危险性。之二是当之二是当TN-CTN-C系统发生系统发生PENPEN断线，断线，此时如有一相碰壳时，在没有重复此时如有一相碰壳时，在没有重复接地的情况下，如图接地的情况下，如图3 3所示：所示： ABCPEN图 3:无 重 复 接 地 系 统 中 零 线 断 线 时 的 情 况Ro 接在断线后面的所有电气设备接在断线后面的所有电气设备外壳上，都同时存在着近于相外壳上，都同时存在着近于相电压的对地电压，这种情况是电压

11、的对地电压，这种情况是相当危险的。而在重复接地的相当危险的。而在重复接地的情况下，如图情况下，如图4 4所示：所示：ABCPEN图3:有重复接地系统中零线断线时的情况RoRn接在零线断线处后面的电气设备外壳上存在对地接在零线断线处后面的电气设备外壳上存在对地电压为电压为 式中式中RnRn重复接地体的接地电阻重复接地体的接地电阻； Ro Ro中性点的接地电阻中性点的接地电阻； I Id d故障电流故障电流A A 在零线断线处后面，人体触及各设备外在零线断线处后面，人体触及各设备外壳时，接触电压均为壳时，接触电压均为I Id d* *RnRn伏。伏。0*nxdnnR UIRRR接在断线处前面的设备

12、外壳上的对地电压为：接在断线处前面的设备外壳上的对地电压为： 在零线断线处前面，人体触及各设备外壳时接在零线断线处前面，人体触及各设备外壳时接触电压均为触电压均为I Id d* *RoRo伏。伏。 当当Rn=RoRn=Ro时，前后电气设备外壳上对地电压皆为时，前后电气设备外壳上对地电压皆为Ux/2,Ux/2,但是但是Ux/2=220/2=110VUx/2=220/2=110V电压值大于电压值大于50V50V安全电安全电压，显然这对人体也是不安全的。而在大多情况下，压，显然这对人体也是不安全的。而在大多情况下，RnRn皆大于皆大于RoRo，使零线断线处后面的所有电气设备的，使零线断线处后面的所有

13、电气设备的外壳上的对地电压升高，也就是说，人体接触电压外壳上的对地电压升高，也就是说，人体接触电压会高于会高于Ux/2Ux/2。由此可见，由此可见，TN-CTN-C系统对人身也有危险性。系统对人身也有危险性。000*xdnR UIRRR2 2、 TN-S TN-S系统系统这种系统的中性线这种系统的中性线N N与保护线与保护线PEPE是分开的，属是分开的，属于三相五线制系统，如图于三相五线制系统，如图5 5所示所示当当TN-STN-S系统发生与系统发生与TTTT系统同样故障时，系统同样故障时，TN-TN-S S系统中电气设备相线经外壳和保护线系统中电气设备相线经外壳和保护线PEPE构构成闭合回路

14、而发生短路，由于导线（包括成闭合回路而发生短路，由于导线（包括相线和保护线相线和保护线PEPE）及设备外壳的合成电阻）及设备外壳的合成电阻值很小所以短路电流较大，可以使值很小所以短路电流较大，可以使TN-STN-S系系统中电气设备保护装置快速而可靠的动作，统中电气设备保护装置快速而可靠的动作，将故障设备断开电源。将故障设备断开电源。 在在TN-STN-S系统中，所有电气设备的外漏可系统中，所有电气设备的外漏可导电部分（金属外壳）均与导电部分（金属外壳）均与PEPE相连，而相连，而PEPE线不通过正常负荷电流，也不通过三次谐线不通过正常负荷电流，也不通过三次谐波电流，因此在波电流，因此在PEPE

15、线上不产生压降，也就线上不产生压降，也就不会在电气设备外壳上呈现对地电压。如不会在电气设备外壳上呈现对地电压。如果果TN-STN-S系统在发生与系统在发生与TN-CTN-C系统同样故障，系统同样故障，即当系统中即当系统中N N线断线，此时如有一相碰壳线断线，此时如有一相碰壳时，由于保护线时，由于保护线PEPE并未受到影响，其分析并未受到影响，其分析过程与上述是一样，这里不再重述，结果过程与上述是一样，这里不再重述，结果也会使故障设备断开电源。也会使故障设备断开电源。 由此可见，由此可见，TN-STN-S系统（三相五线制系系统（三相五线制系统）在发生故障情况下对人身是安全的。统）在发生故障情况下

16、对人身是安全的。 因此因此TN-STN-S系统适用于工业、工矿企业、系统适用于工业、工矿企业、及民用建筑业，也适用对数据处理设备和及民用建筑业，也适用对数据处理设备和精密电子仪器设备的供电。但是精密电子仪器设备的供电。但是TN-STN-S系统系统不足之处在于，不能解决相线对大地短路不足之处在于，不能解决相线对大地短路时引起中性点电位的升高。时引起中性点电位的升高。3 3、 TN-C-S TN-C-S系统系统 系统中有一部分中性线系统中有一部分中性线N N与保护线与保护线PEPE是合一的，是合一的，另外一部分又是分开的，所以成为另外一部分又是分开的，所以成为TN-C-STN-C-S系统。系统。如

17、图如图6 6所示所示; ; 这种系统前边为这种系统前边为TN-CTN-C系统，后边为系统，后边为TN-STN-S系统。系统。该系统兼有该系统兼有TN-CTN-C系统和系统和TN-STN-S系统的特点，常用系统的特点，常用于配电系统末端环境条件较差或有数据处理等于配电系统末端环境条件较差或有数据处理等设备的场所。设备的场所。 但是这种保护系统在某种情况下，也并不能但是这种保护系统在某种情况下，也并不能保证安全，原因之一是由于三相负荷不平衡和保证安全，原因之一是由于三相负荷不平衡和线路上接有非线性元件时，零线中有电流和谐线路上接有非线性元件时，零线中有电流和谐波电流通过，这样设备就带上电压，人体接

18、触波电流通过，这样设备就带上电压，人体接触后有电击的可能。应注意后有电击的可能。应注意PENPEN线分为线分为PEPE线和线和N N线线后，后，N N线应对地绝缘，不能再与线应对地绝缘，不能再与PEPE线合并或互换，线合并或互换，不然他仍然是不然他仍然是TN-CTN-C系统。系统。之二是如果之二是如果TN-C-STN-C-S系统发生系统发生PENPEN断线，断线，并有一相碰壳时，该系统前边的并有一相碰壳时，该系统前边的TN-CTN-C系统系统与上述分析与上述分析TN-CTN-C系统发生故障时情况是一系统发生故障时情况是一样的，即所有电气设备外壳上的故障电压样的，即所有电气设备外壳上的故障电压都

19、大于或等于都大于或等于Ux/2Ux/2，该系统后边，该系统后边TN-STN-S系统，系统，也将由于前边也将由于前边TN-CTN-C系统中系统中PENPEN断线，而将断线，而将断线处后面的故障电压沿着保护线断线处后面的故障电压沿着保护线PEPE窜入窜入TN-STN-S系统的所有电气设备外壳上。系统的所有电气设备外壳上。由此可见，由此可见，TN-C-STN-C-S系统对人身也具有一系统对人身也具有一定的危险性。定的危险性。三、三、 IT IT系统系统电源中性点不接地或经阻抗（电源中性点不接地或经阻抗（10001000）接地的系统，成）接地的系统，成为为ITIT系统，该系统不引出系统，该系统不引出N N线，属于三相三线制系统，线，属于三相三线制系统，如图如图7 7所示：所示：ITIT系统优点是所有设备的外壳，与系统优点是所有设备的外壳，与TTTT系统一样，都是经各自的系统一样，都是经各自的PEPE线分别线分别直接接地，这样可以避