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    數據中心常見的供配電接地系統

    2017-05-09    來源:    作者:  瀏覽次數:6772

    1 低壓配電接地方式介紹  


    國內的機房中一般采用TN-S的接地方式,那么這種接地方式代表什么意義?與其他的TT、IT等接地系統又有什么區別?這些接地系統各有什么優缺點?文中將對這些接地系統予以簡介。


      低壓交流供配電系統按接地方式的不同分為三類,即TT、TN和IT系統,其中TN系統應用最為廣泛。TN系統根據其保護零線是否與工作零線分開而劃分為TN-C、TN-S、TN-C-S系統。

      低壓交流供配電系統的分類參照IEC60364-1。供配電系統的接地方式以拉丁文字作代號,其定義見表1。



      參照以上的定義,可以得出幾種常見接地系統的含義,見表2。


      2 低壓配電接地方式對比

      提到接地方式,首先要考慮到接地系統的安全性和可靠性。安全性指供配電時不能傷害人或損壞設備,可靠性指不間斷供電的能力,這是電源系統中的一對矛盾,當人身與設備安全性受到危險時,需要切斷電源,而切斷電源又對用電設備不間斷供電產生影響。下面就供配電系統常用的五種交流電源系統及接地方式進行介紹,并結合安全性與可靠性進行分析比較。

      值得注意的是,在一個地區應使用同一種供電系統,不可同時混用多種供電系統,以確保用電設備安全可靠運行。

      (1)IT系統及接地方式(圖1)


      IT系統是三相三線式供電及接地系統,該系統的變壓器中性點不接地或經高阻抗接地,無中性線N,電器設備保護接地線(PE線)各自獨立接地。

      IT方式供電系統在供電距離不是很長時,供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所,或者是要求嚴格地連續供電的地方,例如電力煉鋼、大醫院的手術室、地下礦井或坑道指揮所、重要通信樞紐特定設備等,該供電系統對用電設備的耐壓要求較高。地下礦井內供電條件比較差,電纜易受潮。運用IT方式供電系統,即使電源中性點不接地,一旦設備漏電,單相對地漏電流仍較小,不會破壞電源電壓的平衡,所以比電源中性點接地的系統還安全。

      但是,如果供電距離很長時,供電線路對大地的分布電容就不能忽視了。在負載發生短路故障或漏電使設備外殼帶電時,漏電電流經大地形成回路,保護設備不一定動作,這是危險的。只有在供電距離不太長時才比較安全。這種供電方式在工地上很少見。

      (2) TT系統及接地方式(圖2)


      TT系統是指將電氣設備的金屬外殼直接接地的保護系統,稱為保護接地系統,其特點是中性線N與保護地線PE無電氣連接,即中性點接地與PE線接地是分開的,因此設備的外殼與電源的接地無直接聯系。即設備的外露可導電部分均與系統接地點無關,各自的接地裝置單獨接地。

      TT系統常用于設備供電來自于公用電網的地方,民用郊區較常見。TT系統在正常運行時,不管三相負載是否平衡,在中性線N帶電的情況下,PE線均不帶電,因此該系統中負載的所有接地均稱為保護接地。這種供電系統的特點如下:

     、佼旊姎庠O備的金屬外殼帶電(相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電)時,由于有接地保護,可以大大減少觸電的危險性。但是,低壓斷路器(自動開關)不一定能跳閘,造成漏電設備的外殼對地電壓高于安全電壓,屬于危險電壓;

     、诋斅╇婋娏鞅容^小時,即使有熔斷器也不一定能熔斷,所以還需要漏電保護器作保護,因此TT系統難以推廣;

     、跿T系統接地裝置耗用鋼材多,而且難以回收、費工時、費料。

      (3)TN系統及接地方式

      TN方式供電系統是將電氣設備的金屬外殼與工作零線相接的保護系統,稱作接零保護系統。TN系統的電力系統有一點直接接地,電氣裝置的外露可導電部分通過保護導體與該點連接。在TN系統中又分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種系統。

     、賂N-C系統及接地方式(圖3)


      TN-C系統的電源中性點直接接地,引出有中性線N線、保護線PE線或保護中性線PEN線,屬于三相四線制系統。

      TN-C供電系統常稱為三相四線制供電系統,該系統中性線N與保護接地線PE合二為一,即其工作零線兼作保護線,通稱為PEN線。TN-C系統不適用于數據中心,主要原因有如下幾點:

      •當系統為單相回路,在PEN線中斷時,設備金屬外殼對地將帶220V的故障電壓,人身碰觸時電擊死亡的危險很大。當安裝剩余電流保護裝置時,其PEN線穿過剩余電流保護裝置,因接地故障電流產生的磁場,在剩余電流保護裝置內相抵消而使剩余電流保護裝置拒動,所以在TN-C系統內不能裝用剩余電流保護裝置來防人身電擊;

      •因PEN線含有PE線而不允許被開關切斷,所以TN-C系統內不能裝用四極開關,進行電氣維修時,無法保證維修人員的安全;

      •設備的金屬外殼對地帶電位,可能對電子設備產生*,也可能產生打火引爆。因此,易爆場所內是不允許采用TN-C系統和出現PEN線的。

     、赥N-S系統及接方式(圖4)


      TN-S供電系統有五根線,即三根相線U、V、W,一根中性線N和一根保護接地線PE,電力系統僅一點接地,用電設備的外露可導電部分(如外殼、機架等)接PE線。

      TN-S系統對接地故障靈敏度高,線路經濟簡單。在一般情況下,只要選用適當的開關保護裝置和足夠的導線截面積,就能滿足安全要求。目前,采用這種供電系統的比較多,適用于三相負荷比較平衡且單相負荷容量較小的場所。TN-S系統可以作為數據中心的優選供電及接地系統。主要有以下特點:

      •在整個TN-S系統內,PE線和N線被分為兩根線。除非施工安裝有誤,除微量對地泄漏電流外,PE線平時不通過電流,也不帶電位。它只在發生接地故障時通過故障電流,因此電氣裝置的外露導電部分對地平時幾乎不帶電位,比較安全;

      •當出現相線碰殼的情況時,等于相線直接對地短路,由于PE線阻抗很小,瞬間短路電流很大,會直接導致前端過電流保護器(空開)斷開,不會對人身造成危害,因此TN-S系統可以不必增加漏電保護器;

      •當出現N線斷開時,即使由于三相負載不平衡導致中性點帶電,但是由于中性點和外殼并無電氣連接,因此外殼對地無電位差,不會導致觸電危險;

      •TN-S系統的PE線原則上是不允許斷開的,如果斷開了,相當于外殼懸空,容易導致觸電危險,因此TN-S系統也需要同時考慮重復接地,以避免PE線斷開的風險;

      •TN-S系統雖然有較高的安全性,但整個供電系統的回路上需要多鋪設一條PE線,成本是比較高的。

     、跿N-C-S系統及接地方式(圖5)


      TN-C-S供電系統由兩個接地系統組成,前部分有四根線,是TN-C供電系統;后部分有五根線,是TN-S供電系統。分界點在N線與PE線的連接點處,分開后就不允許再合并。這種供電系統一般用在民用建筑物的供電由區域變電所引來的場所。進戶前采用TN-C供電系統,進戶后變成了TN-S供電系統。目前,新建數據中心及其它設施中也常見。

      TN-C-S系統由于供電線路上使用了PEN線,當N線上有電流通過時,在PEN線上產生一定的對地電位差,將會使整個電氣裝置對地之間產生對地電位差,但對于電氣裝置內部,由于PE線和N線是分離的,PE線上并無電流通過,因此整個電氣裝置對地電位是相等的,電氣裝置內部并無電位差,因此不會出現類似TN-C系統的電擊風險;當出現N線斷開的情況時,如果PE線斷開,和TN-C系統一樣會導致整個回路斷開,也會出現外殼帶電的問題,因此TN-C-S系統和其他TN系統一樣也要對設備外殼PE端進行重復接地,但不要對PEN線進行重復接地,如果是N線斷開,PE線不會帶電,外殼也就不會帶電,和TN-S情況類似,不會出現觸電風險。當出現相線碰殼的情況時,相當于相線直接對PE線短路,短路電流很大,前端的空開會斷開保護,因此和TN-S系統一樣,無需增加漏電保護開關。

      總體來看TN-C-S系統綜合了TN-S的安全性和TN-C的成本優勢,又避免了TN-C系統的系列安全問題。

      3 結束語

      通過以上的介紹,總結見表3。


      目前這幾種接地系統都有一些應用,而TN-S系統是應用較多的,用戶應該根據自己的實際需求來選擇合適的接地系統,滿足自建要求。


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