10kV/0.4kV配电系统图,红圈内为变压器的接地该接地系统为TN-S系统
首先确定供配电系统是0.4kV低压配电系统中的单相AC220V配电系统,只有在单相AC220V配电系统中才会有所谓的“零线”,也就是中性线,简称“N线”。“零线”这种叫法是不严谨的,因为这根线是工作电路,本身是有电流流过的,不是所谓的“零”电流,叫“零线”是一种历史称呼,目前也只是电工群体这样称呼这根线缆,电气设计人员一般称其为“中性线”或“N线”。低压配电系统的电源一般指的是10kV/0.4kV变压器,这种变压器一般都是Dyn11型式的,高压10kV侧是三角接法,进线为三相10kV电缆;0.4kV低压侧是星型接法,出线为0.4kV低压电缆。
低压出线侧的电缆根据低压接地系统是TN-C还是TN-S有所不同:前者TN-C系统是三相四线制,四根电缆,分别是A相(黄),B相(绿),C相(红),PEN线(保护中性导体);后者TN-S系统也叫三相四线制,是五根电缆,分别是A相(黄),B相(绿),C相(红),PE线(保护导体),N线(中性导体)。
在实际的工程实践中,从变压器低压出线侧到低压配电室(房)有比较长的距离,施工方和甲方为了节省电缆,降低造价,一般采用TN-C系统,这样可以节省一根电缆。但TN-C系统接入低压配电室(房)中要将PEN导体重复接地一次,把PE导体和N导体分开,这样才能有单相AC220V系统的N线,那么也才能给单相用电设备配电,PEN导体的性质是保护导体的性质,不是中性导体的性质,因此不能将PEN导体当做中性导体使用!切记!
为什么又把中性导体称做工作导体,带电导体呢?这是因为在理论上虽然星型变压器的三相负荷平衡,中性点联结的中性导体应该没有电流;但在实际生活和现实世界中,三相负荷的配置是绝对不会平衡的,只要三相负荷不平衡,那么中性导体就会有电流通过,因此在低压配电系统中,我们把中性导体称为工作导体和带电导体。在国家标准《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065-2011中对中性导体(N线)、保护导体(PE线)、保护中性导体(PEN线)有明确的定义:
中性导体(N线):电气上与中性点连接并能用于配电的导体。
保护导体(PE线):为了安全目的设置的导体。
保护中性导体(PEN线):具有中性导体和保护导体两种功能的导体。
从中性导体(N线)定义中我们就可以看出设置中性导体的目的是为了配电,也就是说它参与配电工作;前一段定义说明它是和谁连接的。以上回答的是问题中的前一个部分。
保护导体(PE线)从其定义中我们可以看出设置保护导体的目的就是为了安全,这里的安全有两个含义:其一是电气设备的安全,其二是人员的安全。
建筑物的接地系统保护导体(PE线)在电气系统正常运行的情况下不会有任何作用,因为它连接的是电气设备或非电气设备的金属外壳,没有发生接地故障时,没有电流流过,只有在发生接地故障的时候,故障电流通过故障设备的金属机壳,再通过保护导体(PE线)进入接地网(自然接地系统或人工接地系统)。由于接地故障电流较小,不会达到低压断路器的瞬时整定值,所以低压断路器一般不会切断接地故障回路,这就带来一个问题,接地故障一直存在,造成低压接地系统中的保护导体(PE线)带有故障电压,这个电压要大于50V就会对人体造成伤害,甚至是生命威胁。为了解决这个问题,供配电设计就会采取等电位联结的方法把保护导体(PE线)传导的接地故障电压降低到50V以下,这就是为什么在卫生间,机房等房间设置等电位联结箱的原因。
当然以上的接地故障电压都是可以通过计算得出的,这也是注册电气工程师(供配电专业)专业考试案例部分的考试内容,是必须要掌握的内容,属于考试的安全部分,尽管在实际的设计工作中没有人计算这些接地故障电压,但通过考试,我们能够明白规范和标准中为什么要这样规定,对电气设计和施工都是有好处的,希望对从业者有所帮助。