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[科普中国]-三相五线制

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三相五线制包括三相电的三个相线(A、B、C线)、中性线(N线);以及地线(PE线)。中性线(N线)就是零线。三相负载对称时,三相线路流入中性线的电流矢量和为零,但对于单独的一相来讲,电流不为零。三相负载不对称时,中性线的电流矢量和不为零,会产生对地电压。

三相五线制标准导线颜色为:A线黄色,B线绿色,C线红色,N线淡蓝色,PE线黄绿色。

原理众所周知, 在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时,零线将有零序电流通过,过长的低压电网,由于环境恶化,导线老化,受潮等因素,导线的漏电电流通过零线形成闭合回路,致使零线也带一定的电位,这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下,断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压,这是不允许的.如采用三相五线制供电方式,用电设备上所连接的工作零线N和保护零线PE是分别敷设的,工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上, 这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压,使用电设备外壳上电位始终处在"地"电位,从而消除了设备产生危险电压的隐患。123

接地方式三相五线制分为TT接地方式和TN接地方式,其中TN又具体分为TN-S,TN-C,TN-C-S三种方式。

TT:

第一个字母T表示电源中性点接地,第二个T是设备金属外壳接地,这种方法高压系统普遍采用,低压系统中有大容量用电器时不宜采用。

TN-S:

字母S代表N与PE分开,设备金属外壳与PE相连,设备中性点与N相连。

其优点是PE中没有电流,故设备金属外壳对地电位为零。主要用于数据处理,精密检测,高层建筑的供电系统。

TN-C

字母C表示N与PE合并成为PEN,实际上是四线制供电方式。设备中性点和金属外壳都和N相连。由于N正常时流通三相不平衡电流和谐波电流,故设备金属外壳正常对地有一定电压,通常用于一般供电场所。

TN-C-S:

一部分N与PE分开,是四线半制供电方式。应用于环境较差的场所。

当N和PE分开后不允许再合并。

中国规定,民用供电线路相线之间的电压(即线电压)为380V,相线和地线或中性线之间的电压(即相电压)均为220V。进户线一般采用单相二线制,即三个相线中的任意一相和中性线(作零线)。如遇大功率用电器,需自行设置接地线。

三相五线制标准导线颜色为:A线黄色,B线绿色,C线红色,N线淡蓝色,PE线黄绿色。4

三相五线制安装的要求与传统的三相四线制供电方式相比较,三相五线制的主要区别就在于施工过程中另外增加了一条地线,这条增加的地线对保护零线的正常运行有着非常重要的意义,为了确保三相五线制配电系统的安全运行,在安装保护零线过程中必须要满足以下几点:

①工作零线和保护零线除了在变压器中性点处可靠联接外,不允许在其他任何位置进行直接连接;

②在保护零线架设过程中,施工人员应该对工作零线和保护零线设置明显的分辨标志,避免在施工过程中出现接错线的情况;

③为了保障保护零线的运行性能,在保护零线安装过程中,保护零线上不允许安装任何熔断器或者开关设备,进而确保保护零线运行性能的稳定可靠;

④保护零线在安装过程中要选择重复接地的方式,以此提高其安全性能,重复接地的位置主要分布在分支线路的首端以及主干线的末端位置,重复接地处的电阻值也应该在规定限制之内;

⑤在三相五线制供电方式安装过程中,保护零线的材料应该与相线材料相同,不可以片面的认为保护零线没有相线重要,而降低保护零线材料的标准,做到有效避免断线事故的发生。

三相五线制供电方式在敷设过程中也有着严格的技术要求:

①在铺设过程中,施工人员若想利用绝缘导线进行布线,这时保护零线应用黄绿双色线进行安装,工作零线的敷设一般用黑色线进行,在沿墙垂直方向进行布线工作过程中,为了确保整个三相五线制系统的安全性能,保护零线应该设置在最下端位置,在水平布时,保护零线要布置在最接近墙体的位置;

②在电力变压器处,工作零线和保护零线有着不同的引出位置,在安装过程中要特别注意,工作零线的引出位置是在变压器中性瓷套管处,保护零线的引出位置是在接地体的引出线处;

③进行重复接地保护安装过程中,重复接地要严格按照要求一律连接在保护零线之上,严禁出现工作零线重复接地的现象;

④三相五线制供电方式若想采用低压电缆供电时,电缆应该选择质量优良的五芯低压电力电缆,确保整个三相五线系统在运行过程中的稳定性;

⑤在三相五线制的终端用电位置,工作零线和保护零线一定分别与零干线相连接。4

三相五线制供电方式的具体应用在目前的施工应用过程中,只要低压供电系统采用了保护接零的保护措施,均可以对三相五线制供电方式进行应用,通过对国家相关要求分析可以看出,只要是新建、扩建或者用于企业事业、商业、居民住宅、智能建筑以及基建施工都可以必须采用三相五线制的供电方式,并且在安装过程中要做到保护零线和工作零线单独敷设。对于某些施工过程中的三相四线制供电方式整改为三线五线制供电方式,具体整改方法要严格按照国家颁布的标准进行。在采用三相五线制供电方式过程中,首先要注意的是用电设备的工作零线与保护零线是分别铺设的,工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上,这样就可以有效避免三相四线制供电方式所产生的危险电压,确保用电设备的外壳可以始终保持着零电位,从而有效的消除设备产生危险电压。

在发电机中,三组感应线圈的公共端可以作为整个供电系统的参考零点,在三相五线制供电体系中,引出线被称为中线;另一端与中线之间有额定电压差的称为相线。在一般情况,三相五线制系统中线是把大地作为导线,因此中线的对地电压应该为零,称为零线。 此外相线对地必然会形成一个电压差,进而形成电力回流的情况,这种相线称为火线。在正常的供电系统中,供电回路是由火线以及零线组合完成的。地线是仪器设备的外壳或屏蔽系统与大地相连接的导线,这种导线对地电阻非常小,在供电系统中,地线基本不参与供电回路的形成,其主要作用就是保护工作人员以及设备的安全。在供电系统使用过程中,一旦中线和大地的连接出现问题,就会造成用电端中线对地电压大于零,进而造成安全问题,为了确保供电系统的用电安全,三相五线制将中线和地线分离开有着重要的安全意义。5

施工现场三相五线制供电系统的具体规定为了进一步规范施工中的三相五线制供电系统,国家颁布了相关规定对三相五线制供电系统进行了严格规定,规定中要求:在施工现场专用的中性点直接接地的电力线路中必须采用 TN-S 接零保护系统。 这是三相五线制供电系统实施过程中必须要满足的一项要求。

1、接零保护的定义

三相五线制供电系统中接零保护的具体概念就是指施工现场中的电气设备在正常情况下不带电的金属外壳和机械设备的金属构架与保护零线进行连接;提高电气设备运行过程中的安全系数,在出现用电安全事故之后,通过接零保护措施可以把事故的危害降到最低,进而保护施工部门的财产安全以及施工人员的人身安全。

2、接零保护的优点

中性点直接接地的低压电力系统按照其电气设备的保护方式不同可以分为两种保护系统:一种是将电气设备正常情况下不带电的金属外壳直接接地的 TT 系统,也就是俗称的三相四线制接地保护系统;另一种是将电气设备正常情况下不带电的金属外壳作接零保护的 TN系统,TN系统又可以分为两种形式,第一种形式是把工作零线和保护零线进行合一设置,另一种是把工作零线与保护零线分开设置,也就是俗称的三相五线制接零保护系统。对这三种电力系统比较分析可以看出,三相五线制接零保护系统具有最高的稳定性以及安全性,究其原因是由于这种系统在运行过程中,工作零线与保护零线分开设置,两者是完全独立的线路,当设备在正常运行过程时,工作零线中有电流经过,但是保护零线中没有电流经过,从而保证了电气设备的金属外壳不会出现电压,进而起到安全保护作用;此外,当电气设备出现短路或者漏电等安全故障时,设备外壳出现带电情况,进而保护零线中出现故障电流,形成电流回路,但是由于该回路阻抗小,短路电流就会很大,进而使得漏电保护和短路保护装置迅速地感应到安全故障问题,及时地切断电源,进而起到保护作用。

3、三相五线制的形成

在实际生活中,供电部门一般情况下就可以为施工现场提供三相五线制的电力系统,但是许多工程的施工现场都在野外环境之中,如此供电部门就无法向施工现场提供三相五线制的电力系统,在这种情况下,施工部门为了确保施工运行的安全,就需要通过以下方式实现三相五线制供电系统:首先是把三相四线制电源连接到总配电箱之中,在漏电保护器的电源侧,用一条黄绿双色线与工作零线并联,并在此处做重复接地工作,这条连接的黄绿双色线就可以称为保护零线;自此以后,保护零线与工作零线要严格分离开,不可以在任何位置出现连接情况,保护零线与总配电箱的金属箱体做电气连接之后,随原有的三相四线电源一同引出至各分配电箱、开关箱和用电设备,从而实现三相五线制的供电系统。5

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学