基于HYAD01低压电网接地模拟实训

时慧 杨震 王东

摘要：在电网系统中，为了电网系统的正常工作和安全的需要，常将电网系统与用电设备的某些特定位置与“地”可靠相连接，电网系统中所指的“地”是指任何一点的电位按惯例取0的大地导电物质。因为接地的不同，低压电网可以分成不同的类型，为了使电气工程类本科生在工程实训过程中，能更好地了解不同类型接地的低压电网系统的结构、特点、应用范围，设计相关模拟实训项目供学生进行实训操作，实训项目在HYAD01安全用电技能实训装置上进行。

关键词：低压电网接地系统;HYAD01安全用电技能实训装置;工程实训

1 保护接地

在低压电网系统中，如果用电设备没有采取接地措施，在用电设备使用时如遇绝缘损坏，可能会使得原本不应有电的部位突然有电;设备使用者一旦接触到带电的部位就会发生造成人身伤害的触电事故[12]。为了避免类似触电事故的发生，需采取相应的保护措施，通常是采用用电设备接地的方法[35]。

用电设备如果采用了接地保护方式，在发生单相接地短路事故时，在线路中就会产生较大的短路电流，使上级保护器件漏电保护装置动作，切断事故线路电源，让设备管理人员及时进行检查维修，从而避免事故造成的人身伤害或设备损坏。

2 低压电网接地方式

因接地类型的不同把低压电网分为不同的系统，按照IEC60364标准分为三类不同的低压电网系统，使用两个字母组成的代号IT、TT和TN来区分它们。第一个字母表示电网系统中，中性点与地之间的关系：T（Terre）的含义为中性点直接接地;I（Isolant）的含义为中性点不接地;第二个字母表示用电设备的外部导电部分与地之间的关系：T（Terre）的含义为用电设备外部导电部分直接接地，此接地点必须与电网系统的中性点接地分开，N（Neutre）表示用电设备的外部导电部分与电网系统中性点直接连接;在电网TN系统中，根据其保护零线（PE线）、工作零线（N线）是否分开又可以分为TNC、TNS系统等，其中C：Combinaison表示PE线与N线合并为PEN线;S：Separateur表示PE、N线分开。

3 实训目的

使参加工程实训的电气工程类本科生，在安全用电技能实训项目中了解低电网IT、TT、TN（TNC，TNS）系统的结构、特点、应用范围等。

4 实训设备

HYAD01安全用电技能实训装置，它由实训工作台和实训挂箱组成，可以根据实训项目的不同选择实训挂箱来完成实训内容。本实训选用的功能单元如下：

（1）三相五线电源输出单元。用于在实训中向用电回路的供电，可提供220V、380V两种电压等级，使用前应检查急停旋钮是否处在正常状态;检查保险座中的保险管是否有烧断的情况，如果发现有保险管烧断的情况应及时告知指导教师进行更换。

（2）实训挂箱三低压模拟供电系统单元。

（3）实训挂箱二三相负载单元。

（4）实训挂箱四模拟供电系统单元。

（5）万用表，连接导线若干。

5 实训内容

按要求使用所给的实训设备连接线路，分别模拟三种不同接地类型的电网系统，并观察实训中所产生的现象。

5.1 电网IT系统模拟实训

按照图1所示的电网IT接地系统图，连接线路构成IT系统。步骤如下：

图1 电网IT接地系统

（1）将380V交流电从三相五线电源输出单元上接出，U、V、W三个相线端接到实训挂箱三低压模拟供电系统单元380V/220V变压器一次侧的U、V、W端。

（2）将380V/220V变压器二次侧U、V、W端分别连接到实训挂箱二三相负载单元U、V、W端。

（3）装上负载（即节能灯）;闭合电源总开关，按下啟动按钮，打开三相负载上的开关，观察节能灯能否正常点亮。

（4）在电网IT接地系统中，模拟单相接地故障，在三相负载端任意一相叠加插入一条导线，导线的另一端接入万用表mA级接入端，将万用表COM端与实训挂箱四滑动变阻器A端用连接导线相连;将万用表调至20mA交流电挡位;最后将滑动变阻器B端连接到三相五线电源输出单元的PE端。

（5）将滑动变阻器阻值调到最大，闭合电源总开关，按下启动按钮，打开三相负载上的开关;观测万用表所显示的电流值，并测量另外两相电压。

5.2 电网TT系统模拟实训

按照图2所示的电网TT接地系统图，连接线路构成TT系统，步骤如下：

图2 电网TT接地系统

（1）将380V交流电从三相五线电源输出单元上接出，U、V、W三个相线端接到实训挂箱三低压模拟供电系统单元380V/220V变压器一次侧的U、V、W端。

（2）将380V/220V变压器二次侧U、V、W、N端分别连接到实训挂箱二三相负载单元U、V、W、N端。

（3）装上负载（即节能灯）;闭合电源总开关，按下启动按钮，打开三相负载上的开关，观察节能灯能否正常点亮。

（4）在电网TT接地系统中，模拟单相接地故障，在三相负载端任意一相叠加插入一条导线，导线的另一端接入万用表mA级接入端，将万用表COM端与实训挂箱四滑动变阻器A端用连接导线相连;将万用表调至20mA交流电挡位;最后将滑动变阻器B端连接到三相五线电源输出单元的PE端。

（5）将滑动变阻器阻值调到最大，闭合电源总开关，按下启动按钮，打开三相负载上的开关;观测万用表所显示的电流值，并测量另外两相电压。

5.3 电网TN系统模拟实训

按照图3、图4分别所示连接线路构成相应的电网TNC，TNS系统接地系统后，完成以下操作步骤：

图3 电网TNC接地系统

图4 电网TNS接地系统

（1）按照图3连接电网TNC接地系统，将模拟供电系统构成TNC系统并接入实训挂箱二三相负载端。

（2）按照图4连接电网TNS接地系统，将模拟供电系统构成TNS系统并接入实训挂箱二三相负载端。

（3）将TNC接线图直接转换成TNS。

（4）在TNC，TNS接线图中PEN、N线中分别接入交流电流表，测量电流值，关闭其中任一灯泡，并测量中线电流。

（5）在TNC，TNS接线图中断开PEN、N线，测量负载中性点电压，关闭其中任一灯泡，并测量中线PEN、N线端电压。

6 不同电网系统的特点及适用范围

（1）在电网IT系统中，当用电设备发生接地短路故障时，电流的大小为非故障相对地的电容电流，故障电流极小，发生电击危险的可能性很小，不需要立即切断故障线路，从而确保连续地供电;这种供电系统在短距离供电时可靠性高、安全性好，被用于即使发生故障也不能间断供电的工业设备和重要的医疗设备;在这种系统中不能采用漏电保护装置，以免故障时自动断电，但应安装监测装置用来提醒工作人员及时排除故障。

（2）在电网TT系统中，中性点的直接接地与用电设备的外部导电部分的接地分别做工作接地和保护接地，它们必须是相互独立，用电设备的接地可以是各个用电设备都有单立的接地装置，还可以是多个用电设备共用一个接地装置，电网TT系统多用于农村低压电网，当发生单相接地故障时能控制电网系统对地电压的升高，但不能降低到安全范围内，因此须安装漏电保护装置。如果用电设备外部可导电部分漏电时，电流不会延伸到其他用电设备的外壳上，发生单相接地故障时电流较大，使漏电保护装置动作迅速可靠地切除故障，同时，电网TT系统建设投入较大，耗时较长。电网TT系统适用于没有安装变压器从外面直接引进低压电源的用户，另外，在对电压敏感的设备、精密电子设备或在有爆炸火灾隐患等危險的环境下，该系统都可以体现其优势。

（3）在TN系统中，根据其PE线是否与N线分开可分为TNC、TNS系统。

在电网TNC系统中PE线、N线合并为PEN线，系统简单、经济，当用电设备发生单相接地短路故障时，短路电流较大，使漏电保护装置迅速动作切断故障设备电源;该系统在三相负载基本平衡的状态下效果较好，但如果三相负载不平衡，PEN线上则会出现电流，从而产生对地压降，电压加载在用电设备的导电部分上，影响敏感电子设备。在危险的环境下，PEN线上的微弱电流可能会引起爆炸，所以TNC系统不能用在危险环境中，TNC系统主线上使用漏电保护装置时，N线后面的重复接地必须拆除，并且N线在任何情况下不能断线。

在电网TNS系统中，保护零线、工作零线分开，系统建设成本较高。正常运行时，PE线上没有电流，只是N线上可能会出现不平衡电流，与PE线相连的用电设备外壳上没有对地电压，同时PE线不许断线，也不许进入漏电开关;电网TNS系统可用于精密电子设备、危险环境中的供电，在住宅建筑内家用电器的供电采用TNS系统安全、可靠、方便。

7 结语

通过进行低压电网接地模拟实训，学生能够对各种低压电网接地系统的结构、特点、应用范围有更进一步的理解，在以后的各种用电系统设计工作中合理选择低压接地系统，从而可以使用电系统的设计更合理、更可靠、更经济。

参考文献：

[1]马红雷.浅析电力系统中的保护接地问题[J].科技经济市场，2016（03）：176.

[2]邓永生，董俊贤，张弄韬，周明鑫，詹志浩.电网接地系统检测技术探讨[J].电力设备管理，2018（12）：4346+83.

[3]万兴弘.浅析低压电网接地系统与安全保护[J].低压电器，1998（02）：5354.

[4]李树坚.中压电网系统的中性点接地方式[J].电气时代，2004（06）：9899.

[5]张合栋，杨秀，张美霞，邓虹，赵树青.城市微电网接地系统选择与设计[J].高压电器，2017，53（05）：4147.

作者简介：时慧喆（1990—），工程师，研究方向：安全用电、电工实训方面的教学。