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数据中心常见的供配电接地系统

作者:dede58.com时间:2017-04-18 14:00浏览:
低压交流供配电系统按接地方式的不同分为三类,即TT、TN和IT系统,其中TN系统应用最为广泛。TN系统根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。
  
  低压交流供配电系统的分类参照IEC60364-1。供配电系统的接地方式以拉丁文字作代号,其定义见表1。
  
  参照以上的定义,可以得出几种常见接地系统的含义,见表2。
  
  2 低压配电接地方式对比
  
  提到接地方式,首先要考虑到接地系统的安全性和可靠性。安全性指供配电时不能伤害人或损坏设备,可靠性指不间断供电的能力,这是电源系统中的一对矛盾,当人身与设备安全性受到危险时,需要切断电源,而切断电源又对用电设备不间断供电产生影响。下面就供配电系统常用的五种交流电源系统及接地方式进行介绍,并结合安全性与可靠性进行分析比较。
  
  值得注意的是,在一个地区应使用同一种供电系统,不可同时混用多种供电系统,以确保用电设备安全可靠运行。
  
  (1)IT系统及接地方式(图1)
  
  IT系统是三相三线式供电及接地系统,该系统的变压器中性点不接地或经高阻抗接地,无中性线N,电器设备保护接地线(PE线)各自独立接地。
  
  IT方式供电系统在供电距离不是很长时,供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所,或者是要求严格地连续供电的地方,例如电力炼钢、大医院的手术室、地下矿井或坑道指挥所、重要通信枢纽特定设备等,该供电系统对用电设备的耐压要求较高。地下矿井内供电条件比较差,电缆易受潮。运用IT方式供电系统,即使电源中性点不接地,一旦设备漏电,单相对地漏电流仍较小,不会破坏电源电压的平衡,所以比电源中性点接地的系统还安全。
  
  但是,如果供电距离很长时,供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时,漏电电流经大地形成回路,保护设备不一定动作,这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。这种供电方式在工地上很少见。
  
  (2) TT系统及接地方式(图2)
  
  TT系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统,称为保护接地系统,其特点是中性线N与保护地线PE无电气连接,即中性点接地与PE线接地是分开的,因此设备的外壳与电源的接地无直接联系。即设备的外露可导电部分均与系统接地点无关,各自的接地装置单独接地。
  
  TT系统常用于设备供电来自于公用电网的地方,民用郊区较常见。TT系统在正常运行时,不管三相负载是否平衡,在中性线N带电的情况下,PE线均不带电,因此该系统中负载的所有接地均称为保护接地。这种供电系统的特点如下:
  
  ①当电气设备的金属外壳带电(相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电)时,由于有接地保护,可以大大减少触电的危险性。但是,低压断路器(自动开关)不一定能跳闸,造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压,属于危险电压;
  
  ②当漏电电流比较小时,即使有熔断器也不一定能熔断,所以还需要漏电保护器作保护,因此TT系统难以推广;
  
  ③TT系统接地装置耗用钢材多,而且难以回收、费工时、费料。
  
  (3)TN系统及接地方式
  
  TN方式供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统,称作接零保护系统。TN系统的电力系统有一点直接接地,电气装置的外露可导电部分通过保护导体与该点连接。在TN系统中又分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种系统。
  
  ①TN-C系统及接地方式(图3)
  
  TN-C系统的电源中性点直接接地,引出有中性线N线、保护线PE线或保护中性线PEN线,属于三相四线制系统。
  
  TN-C供电系统常称为三相四线制供电系统,该系统中性线N与保护接地线PE合二为一,即其工作零线兼作保护线,通称为PEN线。TN-C系统不适用于数据中心,主要原因有如下几点:
  
  •当系统为单相回路,在PEN线中断时,设备金属外壳对地将带220V的故障电压,人身碰触时电击死亡的危险很大。当安装剩余电流保护装置时,其PEN线穿过剩余电流保护装置,因接地故障电流产生的磁场,在剩余电流保护装置内相抵消而使剩余电流保护装置拒动,所以在TN-C系统内不能装用剩余电流保护装置来防人身电击;
  
  •因PEN线含有PE线而不允许被开关切断,所以TN-C系统内不能装用四极开关,进行电气维修时,无法保证维修人员的安全;
  
  •设备的金属外壳对地带电位,可能对电子设备产生*,也可能产生打火引爆。因此,易爆场所内是不允许采用TN-C系统和出现PEN线的。
  
  ②TN-S系统及接方式(图4)
  
  TN-S供电系统有五根线,即三根相线U、V、W,一根中性线N和一根保护接地线PE,电力系统仅一点接地,用电设备的外露可导电部分(如外壳、机架等)接PE线。
  
  TN-S系统对接地故障灵敏度高,线路经济简单。在一般情况下,只要选用适当的开关保护装置和足够的导线截面积,就能满足安全要求。目前,采用这种供电系统的比较多,适用于三相负荷比较平衡且单相负荷容量较小的场所。TN-S系统可以作为数据中心的优选供电及接地系统。主要有以下特点:
  
  •在整个TN-S系统内,PE线和N线被分为两根线。除非施工安装有误,除微量对地泄漏电流外,PE线平时不通过电流,也不带电位。它只在发生接地故障时通过故障电流,因此电气装置的外露导电部分对地平时几乎不带电位,比较安全;
  
  •当出现相线碰壳的情况时,等于相线直接对地短路,由于PE线阻抗很小,瞬间短路电流很大,会直接导致前端过电流保护器(空开)断开,不会对人身造成危害,因此TN-S系统可以不必增加漏电保护器;
  
  •当出现N线断开时,即使由于三相负载不平衡导致中性点带电,但是由于中性点和外壳并无电气连接,因此外壳对地无电位差,不会导致触电危险;
  
  •TN-S系统的PE线原则上是不允许断开的,如果断开了,相当于外壳悬空,容易导致触电危险,因此TN-S系统也需要同时考虑重复接地,以避免PE线断开的风险;
  
  •TN-S系统虽然有较高的安全性,但整个供电系统的回路上需要多铺设一条PE线,成本是比较高的。
  
  ③TN-C-S系统及接地方式(图5)
  
  TN-C-S供电系统由两个接地系统组成,前部分有四根线,是TN-C供电系统;后部分有五根线,是TN-S供电系统。分界点在N线与PE线的连接点处,分开后就不允许再合并。这种供电系统一般用在民用建筑物的供电由区域变电所引来的场所。进户前采用TN-C供电系统,进户后变成了TN-S供电系统。目前,新建数据中心及其它设施中也常见。
  
  TN-C-S系统由于供电线路上使用了PEN线,当N线上有电流通过时,在PEN线上产生一定的对地电位差,将会使整个电气装置对地之间产生对地电位差,但对于电气装置内部,由于PE线和N线是分离的,PE线上并无电流通过,因此整个电气装置对地电位是相等的,电气装置内部并无电位差,因此不会出现类似TN-C系统的电击风险;当出现N线断开的情况时,如果PE线断开,和TN-C系统一样会导致整个回路断开,也会出现外壳带电的问题,因此TN-C-S系统和其他TN系统一样也要对设备外壳PE端进行重复接地,但不要对PEN线进行重复接地,如果是N线断开,PE线不会带电,外壳也就不会带电,和TN-S情况类似,不会出现触电风险。当出现相线碰壳的情况时,相当于相线直接对PE线短路,短路电流很大,前端的空开会断开保护,因此和TN-S系统一样,无需增加漏电保护开关。
  
  总体来看TN-C-S系统综合了TN-S的安全性和TN-C的成本优势,又避免了TN-C系统的系列安全问题。
  
  3 结束语
  
  通过以上的介绍,总结见表3。
  

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