知识链接二 电力的传输与分配

了解电力的传输和分配，对于我们安全用电，具有重大的作用。

1.电力系统组成

由各种电压的电力线路，将各个发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体称为电力系统。工厂所需要的电力是由发电厂生产的，而发电厂大多建立在能源基地附近，往往离用电负荷很远。为了减少输电损失，发电厂发出的电压一般要经过升压变压器升压，采用高压输送到各负荷中心，而用电负荷的电压是低压，因此升压变压器输送的电能最后又要经降压变压器降压，才输送给最终用户。整个送电过程示意图如图1-7所示。

电力系统重要组成部分及其作用见表1-8。

2.电力系统（电力网）电压等级及应用

电力系统（电力网）电压等级及应用详见表1-9。

3.电力负荷级别

电力负荷级别见表1-10。

4.低压配电线路

低压配电线路是指线电压380V、相电压220V的线路。适合于输送到比较近的地方，作为动力电源和照明电源。无论是工厂、企业还是农村，配电线路都是以变压器、变电所和配电所为中心，采用向四周分散引出的方式，即放射型的供电方式，一般情况下都是采用三相四线的供电方式。其中照明、家电采用单相供电（一根相线和一根零线），工厂动力设备采用三相供电（含三根相线）。

（1）低压配电系统的分类

低压配电系统按接地方式的不同可分为三类，即TT系统、TN系统和IT系统，其中字母的含义如下：

1）第一个字母表示电源端与地的关系：

T——电源端中性点直接接地；

I——电源端中性点不接地或者有一点通过阻抗接地。

2）第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系：

T——电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点；

N——电气装置的外露可导电部分与电源接地点有直接的电气连接。

3）第三、四个字母表示中性线与保护线是否合用：

C——中性线与保护线是合用的；

S——中性线与保护线分开设置，为不同的导线。

（2）各类低压配电系统简介

1）IT系统：IT系统就是电源中性点不接地，用电设备外露的可导电部分直接接地的系统，如图1-8所示。IT系统可以有中性线，但若设置中性线，当中性线上任意一点发生接地故障时，该系统就不是IT系统了，所以建议不设置中性线。

IT系统中，连接设备外露可导电部分和接地体的导线，就是PE线。

当供电距离很远时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负荷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（见图1-9），保护设备不一定动作，这是危险的。IT系统适用于供电距离不太远的情况。

2）TT系统：TT系统就是电源中性点直接接地、用电设备外露可导电部分也直接接地的系统。通常将电源中性点的接地叫作工作接地，而设备外露可导电部分的接地叫作保护接地。TT系统中，这两个接地必须是相互独立的。设备接地可以是每一设备都有各自独立的接地装置，也可以若干设备共用一个接地装置，如图1-10所示。

①TT系统的显著特点。接地线可以共用，与工作零线没有电的联系。正常运行时，工作零线可以有电流，而专用接地线没有电流。

②TT系统的显著优点和适用场合。TT系统由于接地装置就在设备附近，因此PE线断线的概率小，且容易被发现。TT系统设备在正常运行时外壳不带电，故障时外壳高电位不会沿PE线传递至全系统。因此，TT系统适用于对电压敏感的数据处理设备及精密电子设备进行供电，在爆炸与火灾危险性场所等有优势。TT系统适用于接地保护点很分散的地方。

③TT系统的局限性。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。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。TT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：TN系统就是电源中性点直接接地、设备外露可导电部分与电源中性点直接电气连接的系统。TN系统主要是通过将单相碰壳故障变成单相短路故障（短路电流是TT系统的5.3倍），并通过短路保护切断电源来实施电击防护的。

TN系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家中得到广泛应用。TN系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统三种形式。

①TN-C系统。将PE线和N线的功能综合起来，由一根称为PEN线的导体同时承担两者的功能。在用电设备处，PEN线既连接到负荷中性点上，又连接到设备外露的可导电部分，如图1-11所示。

由图1-11可以看出TN-C系统具有以下特点：

a）优点。设备外壳带电时，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，实际就是单相对地短路故障，熔丝会熔断或断路器跳闸，使故障设备断电，比较安全。

b）缺点。TN-C系统只适用于三相负荷基本平衡的情况，若三相负荷不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所连接的电气设备金属外壳有一定的电压。如果工作零线断线，则保护接零的通电设备外壳带电。

c）如果电源的相线接地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。TN-C系统干线上使用漏电保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电保护器合不上闸，而且工作零线在任何情况下不能断线。所以，实用中工作零线只能在漏电保护器的上侧重复接地。

由于它所固有的技术上的种种弊端，现在已很少采用，尤其是在民用配电中已基本上不允许采用TN-C系统。

②TN-S系统。TN-S系统中性线与TT系统相同。与TT系统不同的是，用电设备外露可导电部分通过PE线连接到电源中性点，与系统中性点共用接地体，而不是连接到自己专用的接地体，中性线（N线）和保护线（PE线）是分开的。TN-S系统的最大特征是N线与PE线在系统中性点分开后，不能再有任何电气连接，这一条件一旦破坏，TN-S系统便不再成立，如图1-12所示。

由图1-12可以看出TN-S系统具有以下特点：

a）系统正常运行时，专用PE线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用PE线上，安全可靠。工作零线只用作单相照明负荷回路。

b）专用PE线不许断线，也不许进入漏电保护器。

c）干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。

d）TN-S系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。

③TN-C-S系统。TN-C-S系统是TN-C系统和TN-S系统的结合形式。在TNC-S系统中，从电源出来的那一段采用TN-C系统，因为在这一段中无用电设备，只起电能的传输作用，到用电负荷附近某一点处，将PEN线分开形成单独的N线和PE线，从这一点开始，系统相当于TN-S系统，如图1-13所示。

TN-C-S系统的特点如下：

TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于负荷不平衡的情况及线路的长度。要求负荷不平衡电流不能太大，而且在PE线上应做重复接地。

PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。

对PE线除了在总配电箱处必须与N线相接以外，其他各分配电箱处均不得把N线和PE线相连，PE线上不许安装开关和熔断器。

实际上，TN-C-S系统是在TN-C系统上临时变通的做法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负荷比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负荷不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S系统。