基于TN配電系統(tǒng)的線路分析

黃 維（中國(guó)長(zhǎng)城計(jì)算機(jī)深圳股份有限公司，廣東深圳，518108）

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基于TN配電系統(tǒng)的線路分析

黃 維
（中國(guó)長(zhǎng)城計(jì)算機(jī)深圳股份有限公司，廣東深圳，518108）

結(jié)合TN配電系統(tǒng)的基本要求，分析了相線、零線、地線接錯(cuò)，零線接觸不良等帶來(lái)的影響，用電設(shè)備帶來(lái)空氣開(kāi)關(guān)、漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)跳閘的線路分析，并據(jù)此給出了合理建議。

電源；TN配電系統(tǒng)

1　TN配電系統(tǒng)

在工廠、學(xué)校、服務(wù)器機(jī)房等場(chǎng)所一般均采用TN配電系統(tǒng)，根據(jù)其零線與地線是否合并在一起，又分為三種：

（1）TN-S 配電系統(tǒng)：在整個(gè)系統(tǒng)中采用一根獨(dú)立的地線。

（2）TN-C 配電系統(tǒng)：在整個(gè)系統(tǒng)中，零線與地線合并在一根導(dǎo)線上。

（3）TN-C-S 配電系統(tǒng)： 在系統(tǒng)的一部分，零線與地線合并在一起。

如圖1所示，左半部分（Building or installation 1）零線與地線合并在一根導(dǎo)體上，此部分系統(tǒng)為T(mén)N-C配電形式；右半部分（Building or installation 2）零線與地線分開(kāi)，地線為獨(dú)立的導(dǎo)體，此部分系統(tǒng)為T(mén)N-S配電形式。所以，綜合來(lái)看，整個(gè)系統(tǒng)是TN-C-S配電系統(tǒng)。由于三相配電系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)存在三相負(fù)載不平衡的情形，零線上就會(huì)由于存在不平衡的電流而產(chǎn)生壓降，越遠(yuǎn)離電網(wǎng)則零線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，阻抗增加而壓降增加，因此在TN-C-S配電系統(tǒng)中遠(yuǎn)離電網(wǎng)一側(cè)采用零線與地線分離，降低零線上壓降及諧波等給地線帶來(lái)的影響。

考慮到零線斷線、地線漏電等異常情形，使用最多的配電系統(tǒng)是TN-S系統(tǒng)。

在配電系統(tǒng)連接到用電設(shè)備時(shí)常存在以下接線錯(cuò)誤：

（1）零線與火線接反

由于配線線序錯(cuò)誤，原來(lái)接在火線上的開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)管變成接在零線上了，當(dāng)關(guān)掉開(kāi)關(guān)時(shí)，實(shí)際用電設(shè)備仍然帶電；發(fā)生異常時(shí)，如火線對(duì)地短路故障，保險(xiǎn)管不能及時(shí)熔斷保護(hù)。

（2）零線與地線接反

通電后，火線經(jīng)由用電設(shè)備，回到電網(wǎng)地線，這時(shí)如果用電設(shè)備前端接有漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，則由于流經(jīng)火線的電流與零線電流不平衡而發(fā)生跳閘保護(hù)；如果前端未安裝漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，同時(shí)發(fā)生接地不良，電流將經(jīng)由設(shè)備外殼、人體，回到大地，從而發(fā)生觸電事故。

（3）地線未接

用電設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，電流將直接經(jīng)由人體到大地，發(fā)生觸電危險(xiǎn)。

圖1　TN-C-S配電系統(tǒng)（轉(zhuǎn)引自IEC60950）

圖2　零線接觸不良等效電路圖

2　零線接觸不良

在進(jìn)行電源產(chǎn)品老化試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)總是發(fā)生電源炸機(jī)，線路中儲(chǔ)能大電容損壞，但是集中在日系電容N品牌上，而使用日系電容R品牌的則不會(huì)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，老化試驗(yàn)車(chē)間采用的是航空插頭，在每個(gè)老化車(chē)架裝好試驗(yàn)電源產(chǎn)品后，再插上插頭，由于經(jīng)常插拔，零線磨損，在插入的瞬間，三根相線先接觸，零線然后才接觸。等效線路如下：

零線斷開(kāi)時(shí)，電流由a點(diǎn)-＞D-＞b點(diǎn)-＞d點(diǎn)-＞D-＞c點(diǎn)，L2、L3的相電壓直接跨接在用電設(shè)備上，由于cd兩點(diǎn)并聯(lián)用電設(shè)備多，阻抗低，電壓主要落在ab間的用電設(shè)備上。

線路中，存在幾秒鐘的時(shí)間，零線斷開(kāi)，加在電源產(chǎn)品上的電壓接近418V，經(jīng)過(guò)整流后，儲(chǔ)能電容兩端的電壓為：

。

為進(jìn)一步驗(yàn)證使用不同品牌電容產(chǎn)品表現(xiàn)出來(lái)的差異，分別取N品牌和R品牌的電容（規(guī)格均為450V，560uf）進(jìn)行耐壓測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明N品牌電容在外加570V時(shí)，保持5分鐘即發(fā)生爆破，而R品牌電容在外加電壓升至625V，保持15分鐘才爆破，試驗(yàn)結(jié)果解釋了為什么使用N品牌電容發(fā)生不良，而R品牌電容則能通過(guò)老化試驗(yàn)。

綜合對(duì)策：

（1）檢查并及時(shí)更換零線磨損的插頭。

（2）在試驗(yàn)時(shí)均勻分配電源產(chǎn)品到各個(gè)區(qū)域，使三相負(fù)載接近均衡。

3　空氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作

在服務(wù)器機(jī)房中8臺(tái)服務(wù)器配1個(gè)空氣開(kāi)關(guān)，服務(wù)器電源采用1+1冗余工作，常出現(xiàn)的問(wèn)題有兩類(lèi)：

（1）電源的開(kāi)機(jī)浪涌電流大，一啟動(dòng)即發(fā)生跳閘。

電源輸入端在開(kāi)機(jī)時(shí)由于大電容充電前接近于短路狀態(tài)，熱敏電阻太小，浪涌電流約60A，16臺(tái)電源總電流遠(yuǎn)超過(guò)空氣開(kāi)關(guān)的動(dòng)作電流，發(fā)生跳閘。

加大熱敏電阻的規(guī)格，使單機(jī)浪涌電流小于15A；正常工作時(shí)繼電器將熱敏電阻旁路，保證其工作效率。

（2）電源內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，造成空氣開(kāi)關(guān)跳閘，則此路8臺(tái)服務(wù)器都將斷電，帶來(lái)意料之外的損失。

如選用延時(shí)型保險(xiǎn)管50T，在電源內(nèi)部發(fā)生MOSFET擊穿等短路故障時(shí)，保險(xiǎn)管熔斷響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，機(jī)柜的空氣開(kāi)關(guān)反而先動(dòng)作，造成整個(gè)機(jī)組掉電。

選用50F快速熔斷型保險(xiǎn)管則可以在較短的時(shí)間內(nèi)熔斷，避免空氣開(kāi)關(guān)跳閘。由于服務(wù)器一般采用1+1冗余電源供電，其中一個(gè)電源模塊失效，另一個(gè)電源模塊仍能保證服務(wù)器正常工作。

通過(guò)對(duì)50T、50F兩種型號(hào)的保險(xiǎn)管（額定電流均為12.5A）進(jìn)行125A過(guò)載試驗(yàn)，實(shí)測(cè)50T的熔斷時(shí)間為88ms，為874；而50F的熔斷時(shí)間為29ms，為404。試驗(yàn)證明，50F的既能承受電源啟動(dòng)時(shí)浪涌電流的沖擊，又能滿足電源內(nèi)部短路時(shí)先于空開(kāi)動(dòng)作的保護(hù)要求。

綜合對(duì)策：

（1）服務(wù)器機(jī)房空氣開(kāi)關(guān)規(guī)格一般選額定電流的1.5倍。

（2）電源產(chǎn)品內(nèi)的熱敏電阻取值適當(dāng)，使開(kāi)機(jī)浪涌電流小于15A。

（3）電源內(nèi)的保險(xiǎn)管選擇快速熔斷型，保證電源內(nèi)部短路異常時(shí)保險(xiǎn)管在空開(kāi)動(dòng)作前先熔斷。

4　漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作

故障描述：2015年中供貨的電腦用在電腦室里面出現(xiàn)供電系統(tǒng)跳閘現(xiàn)象，如果電腦室不接上地線就不會(huì)跳閘，但是靜電電壓很高，達(dá)到110V。

在個(gè)人計(jì)算機(jī)用開(kāi)關(guān)電源中，安全接地是通過(guò)一根地線將外殼與輸入插座的接地端連接起來(lái)，GB4943對(duì)接地阻抗的規(guī)定為以30A電流連續(xù)測(cè)試時(shí)其阻抗小于0.1Ω。同時(shí)，為提升電源的電磁兼容性能，在火線對(duì)地、零線對(duì)地分別接有Y1、Y2電容，這樣火線、零線對(duì)地就存在一定的泄漏電流。

不接地線時(shí)，電流從L線-＞Y1-＞Y2-＞N線，由于Y1、Y2規(guī)格相同，在線路中分壓相等，故機(jī)殼（與地線連接）的電位為。

用戶摸到外殼有觸電的感覺(jué)，但因?yàn)閅電容漏電流很小，仍是安全的，客戶誤認(rèn)為是靜電。

不接地線時(shí)，L、N的電流是平衡的，所以漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)不會(huì)動(dòng)作。

當(dāng)接上地線時(shí)，N與PE在配電系統(tǒng)中是連接在一起，電流流經(jīng)Y2的阻抗比流經(jīng)PE的阻抗大得多，所以漏電電流的路徑：L-＞Y1-＞PE，因此L、N流經(jīng)的電流不平衡，觸發(fā)漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

地線阻抗1.5ohm（在不同的布線系統(tǒng)中，此阻值有差異，但必須小于4ohm），以30顆222電容并聯(lián)（等效于10臺(tái)電源），測(cè)量其開(kāi)機(jī)瞬間的漏電流峰值，在交流波形相位時(shí)電流最大：， 持續(xù)時(shí)間100μS。電流波形可近似看作三角波，為：

一般漏電保護(hù)器的規(guī)格為30mA，動(dòng)作時(shí)間0.1s，其為：0.00009。

此時(shí)電腦仍能正常開(kāi)機(jī)，當(dāng)進(jìn)一步增加每路漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)所帶的電腦數(shù)量時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)跳閘保護(hù)情形。

綜合對(duì)策：

由于電源產(chǎn)品在開(kāi)機(jī)瞬間Y電容的漏電電流較大，在選取漏電開(kāi)關(guān)與電源產(chǎn)品配合時(shí)，每路漏電開(kāi)關(guān)所接的電源產(chǎn)品不宜超過(guò)10臺(tái)。

［1］ IEC.CEI/IEC 60950-1

Line analysis of power distribution system based on TN

Huang Wei
（China Great Wall Computer Shenzhen Company Limited， Guangdong Shenzhen，518108）

Combined with TN distribution system of the basic requirements，analysis the influence of phase，zero line， grounding fault，zero line of bad contact etc.bring，bring the air switch，leakage protection switch tripping circuit analysis of electrical equipment，and thus give the reasonable suggestions.

power supply；TN distribution system