TN-C-S系統(tǒng)缺陷分析-建筑電氣2010.2

建箍電乞。
—_l·l_——-_BUILDlNG
2n 1 1：3年第2期l ELECTRICITY
TN—C—S系統(tǒng)缺陷分析
謝 寧(浙江慈溪市工業(yè)設(shè)計院有限公司，浙江省慈溪市315300)
Defect Analysis forthe TN—C—S System
Xie Ning(Zhejiang Cixi Industrial Design Institute Co．，Ltd．，Cixi 315300，Zhejiang Province，China)
Abstract Due to the repetitive grounding of PEN 1 TN—C—S系統(tǒng)PEN線的重復(fù)接地不符
lines．the current in tIle neutral line of the TN—C—S 合N線一點接地的要求
system will return to the power source through the PEN
or PE lines of other 100ps introduced into the same 變電所內(nèi)PEN母線多點接地會產(chǎn)生雜散電流，
building，generating divided currents and resulting in 對此專家們已多次提到。而TN—C—S系統(tǒng)PEN線的
residual currents in its loop and other loops．The residual 重復(fù)接地．實際上也是系統(tǒng)的多點接地．本質(zhì)上與變
currents can cause vortex lOSS．hysteresis loss and lOSS of 電所內(nèi)PEN母線多點接地是相同的．只不過變電所
short—circuit ring．
內(nèi)中性線電流通過多點接地(電阻值為幾Q)流回變
Key words TN．．C．．S system Unbalaneed load
壓器中性點．進(jìn)而產(chǎn)生雜散電流：而TN—C—S系統(tǒng)
Residual current loss
因PEN線重復(fù)接地．也有雜散電流產(chǎn)生。單回路供
電的建筑物．小部分中性線電流通過重復(fù)接地電阻流
摘 要TN—C—S系統(tǒng)的中性線電流由于PEN
回變配電所內(nèi)的PEN母線；多回路供電的建筑物，
線的重復(fù)接地．會通過引入同一建筑物的其他回路的
通過其他回路的PEN或PE線f阻值為mIl級)流回
PEN或PE線返回電源。產(chǎn)生分流。導(dǎo)致本回路和其
變配電所內(nèi)的PEN母線。也同樣會產(chǎn)生雜散電流。
它回路產(chǎn)生剩余電流。該剩余電流會引起渦流損耗、
其實也可以把TN—C—S系統(tǒng)的PEN線看作變配
磁滯損耗和短路環(huán)損耗。
電所內(nèi)PEN母線的延伸來理解。由此引出二個問題。
關(guān)鍵詞TN—C—S系統(tǒng) 不平衡負(fù)荷 剩余
一是變配電所內(nèi)的多點接地阻抗遠(yuǎn)大于一段PEN母
電流損耗
線阻抗．雜散電流相對較?。憾鳷N—C—S系統(tǒng)某回
路PEN線與其它回路的PEN線或PE線并聯(lián)后的阻抗
低壓配電系統(tǒng)的接地形式分為TN、TT、IT三種
小于本回路阻抗．因此產(chǎn)生的分流電流(已不是微小
形式。TN系統(tǒng)又分為TN—C、TN—S、TN—C—S三
的雜散電流)相對值很大。二是由于變電所內(nèi)PEN
種形式。TN—C系統(tǒng)由于諸多原因已很少采用，建筑
母線是裸設(shè)的．沒有渦流損耗和磁滯損耗。雖然存
物內(nèi)設(shè)有變電所時通常采用TN—S系統(tǒng)…。工業(yè)園區(qū)
在下文所述的短路環(huán)損耗．因其雜散電流值較小，
(包括自設(shè)變電所的工礦企業(yè))、住宅小區(qū)，均設(shè)有集 損耗也小。而TN—C—S系統(tǒng)雜散電流(即剩余電
中變電所向各建筑物放射性供電．由于TN—C—S系 流)不但相對值很大。而且絕對值也很大。引起的
統(tǒng)可節(jié)省一根PE線．且具有建筑物內(nèi)N線與PE線 各種損耗也很大。
之間電位差較小的優(yōu)點．被大量采用。其供電線路
2用電負(fù)荷不平衡及中性線電流
通常采用穿鋼管、高強度塑料管埋地敷設(shè)或沿電纜
溝敷設(shè)方式。隨著對接地問題認(rèn)識的深入。筆者認(rèn) 現(xiàn)代建筑中的用電負(fù)荷。插座用電功率遠(yuǎn)大于照
為TN—C—S系統(tǒng)存在難以消除的缺陷．因此采用該 明功率，而插座用電功率隨機性變化很大。辦公樓內(nèi)
系統(tǒng)時要謹(jǐn)慎。下面主要從節(jié)能角度對TN—C—S系 大功率用電設(shè)備有空調(diào)、飲水器、電腦等。住宅樓內(nèi)
統(tǒng)的缺陷進(jìn)行定性和定量分析．由于筆者水平有限． 大功率用電設(shè)備有電炊具、空調(diào)、電熱水器、飲水器、
大膽提出來，不當(dāng)及謬誤之處請專家及同行們指正。 電腦、大型冷藏設(shè)備等。這些大功率用電設(shè)備會因有
24人無人、何時使用，導(dǎo)致用電負(fù)荷大小隨機性很大。 忽略時(只開二三盞燈，或無負(fù)荷)，這時如果線路
更由于住宅樓入住率很低的現(xiàn)象存在．即使配電設(shè)計 無漏電流．并且中性線電流未被分流．相電流和中
時力求三相負(fù)荷平衡．但實際運行時的隨機性使得三 性線電流的矢量和為零。但由于TN—C—S系統(tǒng)的
相負(fù)荷不平衡度有可能極端嚴(yán)重(有時甚至有可能會 重復(fù)接地。中性線電流會被分流，通過WLM2回路的
二相運行)。合成電流與三相相電流最大值與最小值 PEN線返回電源。分流大小與二回路的阻抗大小、二
關(guān)系很大．與三相相電流中間值關(guān)系不大。當(dāng)其中一 回路中性線電流的大小和相位有關(guān)?，F(xiàn)假定另一單元
相電流為零或小到與最大相電流相比可忽略時．相線 三相負(fù)荷平衡或該單元不用電。中性線電流為零．或
合成電流的有效值接近用電量最大相的相電流有效 者另一單元用電中性線電流相位與本回路中性線電流
不同。由于二個單元的PEN線通過接地線處于并聯(lián)
值。根據(jù)電路原理．中性線電流有效值大小與合成電
狀態(tài)：此時WLMl的中性線電流約有1／2被分流．
流的有效值數(shù)值相等，相位相反。
通過WLM2回路的PEN線返回小區(qū)變電所。就是說
3 TN—C—S系統(tǒng)中性線電流的分流
WLMl及WLM2回路電流的矢量和均不為零．均有剩
在電氣設(shè)計時．多采用TN—C—S系統(tǒng)．而且做 余電流產(chǎn)生。上述問題不但存在于多路進(jìn)線的建筑
物．而且在單路進(jìn)線的建筑物也有類似的問題，只
等電位聯(lián)結(jié)和重復(fù)接地．這種設(shè)計有增加損耗的缺陷．
是中性線電流分流不是通過本建筑物的其他回路
現(xiàn)以住宅建筑為例來說明。一住宅樓．共二單元，每
PEN線，而是通過建筑物的重復(fù)接地分流。
單元12戶，每戶配電功率8 kW，單相供電?？偣╇?br/>功率96 kW．每相滿負(fù)荷電流為160 A．需要系數(shù)取 4剩余電流引起渦流損耗、磁滯損耗的計算
0．75。每相計算電流為120A。每單元集中計量箱由
如果此時四芯電纜外皮為鎧裝金屬或穿鋼管保
小區(qū)變電所放射式三相供電。采用TN—C—S系統(tǒng)．
護，將產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，
供電電纜為YJV一1(4×70)．供電平面如圖1所示。
交變的剩余電流產(chǎn)生的磁通在金屬管壁中形成閉合環(huán)
…腎_4
住宅樓 路，變化的磁通產(chǎn)生相當(dāng)大的感應(yīng)電勢．進(jìn)而產(chǎn)生渦
等電俯聯(lián)結(jié)線 總等電位聯(lián)結(jié)板
計孱箱 ×40 鍍鋅扁鋼 ／ 流及渦流損耗。同時．磁通的方向和數(shù)值變化使金屬
管壁反復(fù)磁化。產(chǎn)生磁滯損耗。渦流損耗的計算公式：
A：
I Z堡些絲 』 +WL坐 M2業(yè)o’M區(qū) 只=_l y仃2f2 d2 8m V (1)
，I 2根毋20圓鋼 O
WLMl yJv—l(4 X70) 變電所引來 式中：只——渦流損耗，W；
圖l住宅樓供電平面圖
7——鐵芯材料的導(dǎo)電系數(shù)，iL1，y=1／p；
Fig．1 Powersupplyplanforresidentialbuilding
A‘‘m
注：箭頭指向為中性線電流方向。
P——電阻率，Q·nl：
接地圓鋼的電阻率與低碳鋼電阻率相近．據(jù)資 廠——頻率，Hz；

"TN-C-S"是三相四線制中的一種接地方式，其中"C"代表電力系統(tǒng)中的中性線（Neutral）和保護地線(PEN)共用一根導(dǎo)線；"S"則表示采用單獨的PE線（ earth wire）作為專用的保護接零線。在建筑電氣工程中，TN-C-S系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，它結(jié)合了TN-C和TN-S的優(yōu)點，既實現(xiàn)了設(shè)備外殼直接接地以確保人身安全，又能通過PE線將故障電流引向大地，提供有效的剩余電流保護。 然而，TN-C-S系統(tǒng)并非沒有缺陷。2010年2月的相關(guān)研究分析可能探討了以下內(nèi)容： 1. TN-C-S系統(tǒng)的理論與實踐應(yīng)用：介紹該接地方式的基本原理、設(shè)計規(guī)范以及在中國建筑業(yè)中的實施情況。 2. 中性線與保護線共用帶來的問題：如中性線過載可能導(dǎo)致保護地線電壓升高，影響設(shè)備和人員的安全；中性線故障時，PEN線不再能有效分隔工作零線與保護零線，形成電位差，增加觸電風(fēng)險。 3. 缺陷案例剖析：可能存在的一些實際施工或運行過程中出現(xiàn)的問題，比如PEN線材質(zhì)選擇不當(dāng)、敷設(shè)不規(guī)范導(dǎo)致電阻增大、重復(fù)接地設(shè)置不足等，從而引發(fā)安全隱患。 4. 故障檢測與預(yù)防措施：針對上述缺陷，提出了相應(yīng)的故障檢測技術(shù)（如剩余電流監(jiān)測）、維護管理建議以及改進(jìn)設(shè)計方案，以期提高TN-C-S系統(tǒng)的安全性與可靠性。 5. 建筑電氣領(lǐng)域的最新發(fā)展趨勢：探討隨著電氣工程技術(shù)進(jìn)步及標(biāo)準(zhǔn)更新，對于TN-C-S系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和完善的可能性及其對未來建筑電氣工程的影響。