三相五线制和三相四线制比较

1.什么是三相五线制?

在三相四线制制供电系统中,把零线的两个作用分开,即一根线做工作零线(N),另外用一根线专做保护零线(PE),这样的供电结线方式称为三相五线制供电方式.三相五线制包括三根相线、一根工作零线、一根保护零线.三相五线制的接线方式如下图1 所示.

图1 三相五线制接线示意图

该接线的特点是:工作零线N与保护零线PE 除在变压器中性点共同接地外,两线不再有任何的电气连接.由于该种接线能用于单相负载、没有中性点引出的三相负载和有中性点引出的三相负载,因而得到广泛的应用.在三相负载不完全平衡的运行情况下,工作零线 N是有电流通过且是带电的,而保护零线 PE 不带电,因而该供电方式的接地系统完全具备安全和可靠的基准电位.

2.三相五线制与三相四线制的比较

(1)基本供电系统简介常用的基本供电系统有(380V)三相三线制和(380/220V)三相四线制等,但这些名词术语内涵不是十分严格.国际电工委员会(IEC)对此作了统一规定,称为TT 系统、TN系统、IT 系统.其中TN 系统又分为TN-C、TN-S 系统.

TT 式供电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,也称TT 系统.第一个符号T 表示电力系统中性点直接接地;第二个符号T 表示负载设备金属外壳和正常不带电的金属部分与大地直接联接,而与系统如何接地无关.在TT 系统中负载的所有接地均称为保护接地。

TN 方式供电系统是将电气设备的金属外壳和正常不带电的金属部分与工作零线相接的保护系统,称作接零保护系统,用 TN 表示.TN-C 方式供电系统是用工作零线兼作接零保护线,可以称作保护中性线,可用NPE 表示,即常用的三相四线制供电方式.TN-S 式供电系统是把工作零线N 和专用保护线PE 严格分开的供电系统,称作TN-S 供电系统,即常用的三相五线制供电方式.

IT 方式供电系统,其中I 表示电源侧没有工作接地,或经过高阻抗接地.第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护.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,例如连续生产装置、大医院的手术室、地下矿井等处.

(2)三相四线制(TN-C)与三相五线制(TN-S)系统的比较

在三相四线制供电方式中,由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时,零线将有零序电流通过,过长的低压电网,由于环境恶化、导线老化、受潮等因素,导线的漏电电流通过零线形成闭合回路,致使零线也带一定的电位,这对安全运行十分不利.

在零线断线的特殊情况下,断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压,这是不允许的.

采用三相五线制供电方式,用电设备上所连接的工作零线 N 和保护零线 PE 是分别敷设的,工作零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上,这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压,使用电设备外壳上电位始终处在"地"电位,从而消除了设备产生危险电压的隐患.

发电机中,三组感应线圈的公共端作为供电系统的参考零点,引出线称为中线(在单相供电中称为零线);另

一端与中线之间有额定的电压差,称为相线(单相供电中称为火线).

一般情况下,中线是以大地作为导体,故其对地电压应为零,称为零线.因此相线对地必然形成一定的电压差,可以形成电流回路,称其为火线.正常供电回路由相线(火线)和中线(零线)形成.地线是仪器设备的外壳或屏蔽系统就近与大地连接的导线,其对地电阻小于 4 欧姆;它不参与供电回路,主要是保护操作人员人身安全或抗干扰用的.很多情况下,中线和大地的连接问题会导致用电端中线对地电压大于零,因此三相五线制种将中线和地线分开对消除安全隐患具有重要意义.

在三相四线制供电方式中,主要采用 TN-C 系统供电系统,对于单相回路存在较大的安全缺陷.单相二线供电方式,最大缺陷是在发生电器外壳碰相线时,直接将 220V 相电压施加给此时正巧触摸到的人,从而发生触电事故.但如果把接外壳的保护线 PE 和中性线 N 并联合用一根,实际上这也是极不安全的.建筑物的配电线路由于接头松脱、导线断线等故障,很可能造成图 2 所示A点处开路,此时当其中一台设备开关接通后,在 A点后面所有中性线上,将出现相电压,这个高电压又被设备接地引至所有插入插座的用电设备外壳上,而且其后的设备即使并未开启,外壳上也有 220V 电压,这是十分危险的.

图2 TN-C系统单相回路断零示意图

如果采用三相五线制的TN-S 供电系统,则不会出现这种情况.如图3 所示,只有当保护线断开,而且又有一台设备发生相线碰外壳,两故障同时出现时,才会出现与前述二线制中类似情况的事故.从而也极大地降低了事故出现的可能性.

图3 TN-S系统单相回路示意图

3.三相五线制在民用建筑电气设计中的应用(1)三相五线制供电的应用范围凡是采用保护接零的低压供电系统,均是三相五线制供电的应用范围.国家有关部门规定:凡是新建、扩建、企事业、商业、居民住宅、智能建筑、基建施工现场及临时线路,一律实行三相五线制供电方式,做到保护零线和工作零线单独敷设.对现有企业应逐步将三相四线制改为三相五线制供电,具体办法应按三相五线制敷设要求的规定实施.

根据JGJ/T-1992《民用建筑电气设计规范》,住宅小区设计不应采用TN-C供电系统即三相四线制供电方式,而应推广采用TN-S供电系统即三相五线制供电方式.

(2)单相三线制"和"三相五线制"配电建筑电气设计中采用"单相三线制"和"三相五线制"配电.就是在过去"

单相二线制"

和"三相四线制"配电基础上,另增加一根专用保护线直接与接地网相连,如图1所示.即根据国际电工委员会(IEC)标准和国家标准而定的TN-S系统,从而保障了电器使用的安全.

①"单相三线制"是"三相五线制"的一部分,在配电中出现了N线和PE线:一个是工作接地N线,这是构成电气回路的需要,其中有工作电流流过,在单相二线制中,工作接地N严禁装设保险等可断开点,但单相三线制中则应同相线一样装设保护元器件.另一个是保护接地PE线,要求直接与接地网相联接,保护线PE与中性线N从某点分开后,就不得有任何联系,目的有两个:其一是为了使漏电电流动作保护能正确动作;其二是为了使保护线上没有电流流过,以利安全.

②每个建筑物进户线处应将零线重复接地,接地电阻≤lO.

③从引入处开始,接至建筑物内各个插座,中性线N和保护线PE完全分开(严禁零地混接).至于保护线PE的导线应采用与工作回路相同等级的绝缘导线,且与中性线N截面相同,敷设方式和路径也同工作回路,为便于识别,最好能采用三种颜色分开,依据规范,相线为L1黄、L2绿、L3红色;中性线N为淡兰色或黑色;保护线PE为黄绿双色.(民用建筑电气设计规范》规定"住宅建筑每户的进线开关或插座专用回路宜设置漏电电流动作保护,动作电流为30mA".

④插座的接线应遵循左零(N)右相(L)上接地.如图4所示.

三相四线制三相五线制的选择

TN-S接地：即常说的三相五线制，由变电所引出的N线和PE线是分开的，N线不允许再接地，PE线则与用电建筑地相连。

TN-C-S接地：即常说的三相四线制，变电所引出的N线和PE连合二为一为PEN线，用电建筑将PEN线重复接地，其后在用电建筑内N线和PE线是分开的，N线绝缘并且不再接地。

TT接地：由变电所引出的N线全程绝缘，用电建筑物内PE线为单独接地，与变电所接地线无任何联系。优缺点分析：

TN-S（三相五线制）接地形式的PE线平时不通过工作电流，仅在发生接地故障时流过故障电流，其电位接近大地电位，不会干扰信息设备，不会对地打火，较为安全；缺点是需要全程设置PE线，造价较

TN-C-S（三相四线制）相对于TN-S（三相五线制）来说少了一根专用PE线，造价较低，由于其进入用电建筑后PE线和N线分开所以也具有TN-S的有点；但是要求PEN线的连接非常可靠，PEN线一旦断线将引发很多故障。

需要注意的是NT-S和TN-C-S在同一供电范围内的PE/PEN都是连通的，当变电所或配电系统中某一设施发生电气接地故障时，其故障电压会沿着PN/PEN线在电气设备间传导，这是TN系统共有的缺点，所以必须采取等电位措施来预防这种情况的发生。

TT接地形式兼有TN-S和TN-C-S的优点，还同时避免了TN接地系统共有的缺点，对于住宅建筑来说宜作为首要推荐接地形式。但是TT接地的缺点是用电建筑接地故障电流由变电所接地与用电建筑地两个接地电阻串联关系返回电源，故障电流小，断路器或熔断器的灵敏度难以满足其要求，需要剩余电流动作保护装置RCD来弥补这一缺点。

结论：

1：多层住宅建筑通常采用户外箱变作为供电电源，宜优先选用TT接地，仅在箱变等供电设施与该住宅建筑接地无法分开时选用TN-S接地形式即三相五线制。

2：高层住宅建筑宜选用TN-S接地形式。

3：高层住宅供电电源在建筑物内时可采用TN-S接地，如供电电源在住宅外世优选TT接地，采用单路及多路电源供电时宜选用TN-S接地。

4：TN-C-S三相四线制接地在工程设计中应根据项目实际情况谨慎选用。

三相五线制的优点是保护灵敏性与可靠性都比三相四线制的要高，因为PE线（即接地零线）是单独设置，