基于HYAD01低壓電網接地模擬實訓

時慧 楊震 王東

摘要：在電網系統中，為了電網系統的正常工作和安全的需要，常將電網系統與用電設備的某些特定位置與“地”可靠相連接，電網系統中所指的“地”是指任何一點的電位按慣例取0的大地導電物質。因為接地的不同，低壓電網可以分成不同的類型，為了使電氣工程類本科生在工程實訓過程中，能更好地了解不同類型接地的低壓電網系統的結構、特點、應用范圍，設計相關模擬實訓項目供學生進行實訓操作，實訓項目在HYAD01安全用電技能實訓裝置上進行。

關鍵詞：低壓電網接地系統;HYAD01安全用電技能實訓裝置;工程實訓

1 保護接地

在低壓電網系統中，如果用電設備沒有采取接地措施，在用電設備使用時如遇絕緣損壞，可能會使得原本不應有電的部位突然有電;設備使用者一旦接觸到帶電的部位就會發生造成人身傷害的觸電事故[12]。為了避免類似觸電事故的發生，需采取相應的保護措施，通常是采用用電設備接地的方法[35]。

用電設備如果采用了接地保護方式，在發生單相接地短路事故時，在線路中就會產生較大的短路電流，使上級保護器件漏電保護裝置動作，切斷事故線路電源，讓設備管理人員及時進行檢查維修，從而避免事故造成的人身傷害或設備損壞。

2 低壓電網接地方式

因接地類型的不同把低壓電網分為不同的系統，按照IEC60364標準分為三類不同的低壓電網系統，使用兩個字母組成的代號IT、TT和TN來區分它們。第一個字母表示電網系統中，中性點與地之間的關系：T（Terre）的含義為中性點直接接地;I（Isolant）的含義為中性點不接地;第二個字母表示用電設備的外部導電部分與地之間的關系：T（Terre）的含義為用電設備外部導電部分直接接地，此接地點必須與電網系統的中性點接地分開，N（Neutre）表示用電設備的外部導電部分與電網系統中性點直接連接;在電網TN系統中，根據其保護零線（PE線）、工作零線（N線）是否分開又可以分為TNC、TNS系統等，其中C：Combinaison表示PE線與N線合并為PEN線;S：Separateur表示PE、N線分開。

3 實訓目的

使參加工程實訓的電氣工程類本科生，在安全用電技能實訓項目中了解低電網IT、TT、TN（TNC，TNS）系統的結構、特點、應用范圍等。

4 實訓設備

HYAD01安全用電技能實訓裝置，它由實訓工作臺和實訓掛箱組成，可以根據實訓項目的不同選擇實訓掛箱來完成實訓內容。本實訓選用的功能單元如下：

（1）三相五線電源輸出單元。用于在實訓中向用電回路的供電，可提供220V、380V兩種電壓等級，使用前應檢查急停旋鈕是否處在正常狀態;檢查保險座中的保險管是否有燒斷的情況，如果發現有保險管燒斷的情況應及時告知指導教師進行更換。

（2）實訓掛箱三低壓模擬供電系統單元。

（3）實訓掛箱二三相負載單元。

（4）實訓掛箱四模擬供電系統單元。

（5）萬用表，連接導線若干。

5 實訓內容

按要求使用所給的實訓設備連接線路，分別模擬三種不同接地類型的電網系統，并觀察實訓中所產生的現象。

5.1 電網IT系統模擬實訓

按照圖1所示的電網IT接地系統圖，連接線路構成IT系統。步驟如下：

圖1 電網IT接地系統

（1）將380V交流電從三相五線電源輸出單元上接出，U、V、W三個相線端接到實訓掛箱三低壓模擬供電系統單元380V/220V變壓器一次側的U、V、W端。

（2）將380V/220V變壓器二次側U、V、W端分別連接到實訓掛箱二三相負載單元U、V、W端。

（3）裝上負載（即節能燈）;閉合電源總開關，按下啟動按鈕，打開三相負載上的開關，觀察節能燈能否正常點亮。

（4）在電網IT接地系統中，模擬單相接地故障，在三相負載端任意一相疊加插入一條導線，導線的另一端接入萬用表mA級接入端，將萬用表COM端與實訓掛箱四滑動變阻器A端用連接導線相連;將萬用表調至20mA交流電擋位;最后將滑動變阻器B端連接到三相五線電源輸出單元的PE端。

（5）將滑動變阻器阻值調到最大，閉合電源總開關，按下啟動按鈕，打開三相負載上的開關;觀測萬用表所顯示的電流值，并測量另外兩相電壓。

5.2 電網TT系統模擬實訓

按照圖2所示的電網TT接地系統圖，連接線路構成TT系統，步驟如下：

圖2 電網TT接地系統

（1）將380V交流電從三相五線電源輸出單元上接出，U、V、W三個相線端接到實訓掛箱三低壓模擬供電系統單元380V/220V變壓器一次側的U、V、W端。

（2）將380V/220V變壓器二次側U、V、W、N端分別連接到實訓掛箱二三相負載單元U、V、W、N端。

（3）裝上負載（即節能燈）;閉合電源總開關，按下啟動按鈕，打開三相負載上的開關，觀察節能燈能否正常點亮。

（4）在電網TT接地系統中，模擬單相接地故障，在三相負載端任意一相疊加插入一條導線，導線的另一端接入萬用表mA級接入端，將萬用表COM端與實訓掛箱四滑動變阻器A端用連接導線相連;將萬用表調至20mA交流電擋位;最后將滑動變阻器B端連接到三相五線電源輸出單元的PE端。

（5）將滑動變阻器阻值調到最大，閉合電源總開關，按下啟動按鈕，打開三相負載上的開關;觀測萬用表所顯示的電流值，并測量另外兩相電壓。

5.3 電網TN系統模擬實訓

按照圖3、圖4分別所示連接線路構成相應的電網TNC，TNS系統接地系統后，完成以下操作步驟：

圖3 電網TNC接地系統

圖4 電網TNS接地系統

（1）按照圖3連接電網TNC接地系統，將模擬供電系統構成TNC系統并接入實訓掛箱二三相負載端。

（2）按照圖4連接電網TNS接地系統，將模擬供電系統構成TNS系統并接入實訓掛箱二三相負載端。

（3）將TNC接線圖直接轉換成TNS。

（4）在TNC，TNS接線圖中PEN、N線中分別接入交流電流表，測量電流值，關閉其中任一燈泡，并測量中線電流。

（5）在TNC，TNS接線圖中斷開PEN、N線，測量負載中性點電壓，關閉其中任一燈泡，并測量中線PEN、N線端電壓。

6 不同電網系統的特點及適用范圍

（1）在電網IT系統中，當用電設備發生接地短路故障時，電流的大小為非故障相對地的電容電流，故障電流極小，發生電擊危險的可能性很小，不需要立即切斷故障線路，從而確保連續地供電;這種供電系統在短距離供電時可靠性高、安全性好，被用于即使發生故障也不能間斷供電的工業設備和重要的醫療設備;在這種系統中不能采用漏電保護裝置，以免故障時自動斷電，但應安裝監測裝置用來提醒工作人員及時排除故障。

（2）在電網TT系統中，中性點的直接接地與用電設備的外部導電部分的接地分別做工作接地和保護接地，它們必須是相互獨立，用電設備的接地可以是各個用電設備都有單立的接地裝置，還可以是多個用電設備共用一個接地裝置，電網TT系統多用于農村低壓電網，當發生單相接地故障時能控制電網系統對地電壓的升高，但不能降低到安全范圍內，因此須安裝漏電保護裝置。如果用電設備外部可導電部分漏電時，電流不會延伸到其他用電設備的外殼上，發生單相接地故障時電流較大，使漏電保護裝置動作迅速可靠地切除故障，同時，電網TT系統建設投入較大，耗時較長。電網TT系統適用于沒有安裝變壓器從外面直接引進低壓電源的用戶，另外，在對電壓敏感的設備、精密電子設備或在有爆炸火災隱患等危險的環境下，該系統都可以體現其優勢。

（3）在TN系統中，根據其PE線是否與N線分開可分為TNC、TNS系統。

在電網TNC系統中PE線、N線合并為PEN線，系統簡單、經濟，當用電設備發生單相接地短路故障時，短路電流較大，使漏電保護裝置迅速動作切斷故障設備電源;該系統在三相負載基本平衡的狀態下效果較好，但如果三相負載不平衡，PEN線上則會出現電流，從而產生對地壓降，電壓加載在用電設備的導電部分上，影響敏感電子設備。在危險的環境下，PEN線上的微弱電流可能會引起爆炸，所以TNC系統不能用在危險環境中，TNC系統主線上使用漏電保護裝置時，N線后面的重復接地必須拆除，并且N線在任何情況下不能斷線。

在電網TNS系統中，保護零線、工作零線分開，系統建設成本較高。正常運行時，PE線上沒有電流，只是N線上可能會出現不平衡電流，與PE線相連的用電設備外殼上沒有對地電壓，同時PE線不許斷線，也不許進入漏電開關;電網TNS系統可用于精密電子設備、危險環境中的供電，在住宅建筑內家用電器的供電采用TNS系統安全、可靠、方便。

7 結語

通過進行低壓電網接地模擬實訓，學生能夠對各種低壓電網接地系統的結構、特點、應用范圍有更進一步的理解，在以后的各種用電系統設計工作中合理選擇低壓接地系統，從而可以使用電系統的設計更合理、更可靠、更經濟。

參考文獻：

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作者簡介：時慧喆（1990—），工程師，研究方向：安全用電、電工實訓方面的教學。