TN-C-S系统缺陷分析-建筑电气2010.2

建箍电乞。
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2n 1 1：3年第2期l ELECTRICITY
TN—C—S系统缺陷分析
谢 宁(浙江慈溪市工业设计院有限公司，浙江省慈溪市315300)
Defect Analysis forthe TN—C—S System
Xie Ning(Zhejiang Cixi Industrial Design Institute Co．，Ltd．，Cixi 315300，Zhejiang Province，China)
Abstract Due to the repetitive grounding of PEN 1 TN—C—S系统PEN线的重复接地不符
lines．the current in tIle neutral line of the TN—C—S 合N线一点接地的要求
system will return to the power source through the PEN
or PE lines of other 100ps introduced into the same 变电所内PEN母线多点接地会产生杂散电流，
building，generating divided currents and resulting in 对此专家们已多次提到。而TN—C—S系统PEN线的
residual currents in its loop and other loops．The residual 重复接地．实际上也是系统的多点接地．本质上与变
currents can cause vortex lOSS．hysteresis loss and lOSS of 电所内PEN母线多点接地是相同的．只不过变电所
short—circuit ring．
内中性线电流通过多点接地(电阻值为几Q)流回变
Key words TN．．C．．S system Unbalaneed load
压器中性点．进而产生杂散电流：而TN—C—S系统
Residual current loss
因PEN线重复接地．也有杂散电流产生。单回路供
电的建筑物．小部分中性线电流通过重复接地电阻流
摘 要TN—C—S系统的中性线电流由于PEN
回变配电所内的PEN母线；多回路供电的建筑物，
线的重复接地．会通过引入同一建筑物的其他回路的
通过其他回路的PEN或PE线f阻值为mIl级)流回
PEN或PE线返回电源。产生分流。导致本回路和其
变配电所内的PEN母线。也同样会产生杂散电流。
它回路产生剩余电流。该剩余电流会引起涡流损耗、
其实也可以把TN—C—S系统的PEN线看作变配
磁滞损耗和短路环损耗。
电所内PEN母线的延伸来理解。由此引出二个问题。
关键词TN—C—S系统 不平衡负荷 剩余
一是变配电所内的多点接地阻抗远大于一段PEN母
电流损耗
线阻抗．杂散电流相对较小：而TN—C—S系统某回
路PEN线与其它回路的PEN线或PE线并联后的阻抗
低压配电系统的接地形式分为TN、TT、IT三种
小于本回路阻抗．因此产生的分流电流(已不是微小
形式。TN系统又分为TN—C、TN—S、TN—C—S三
的杂散电流)相对值很大。二是由于变电所内PEN
种形式。TN—C系统由于诸多原因已很少采用，建筑
母线是裸设的．没有涡流损耗和磁滞损耗。虽然存
物内设有变电所时通常采用TN—S系统…。工业园区
在下文所述的短路环损耗．因其杂散电流值较小，
(包括自设变电所的工矿企业)、住宅小区，均设有集 损耗也小。而TN—C—S系统杂散电流(即剩余电
中变电所向各建筑物放射性供电．由于TN—C—S系 流)不但相对值很大。而且绝对值也很大。引起的
统可节省一根PE线．且具有建筑物内N线与PE线 各种损耗也很大。
之间电位差较小的优点．被大量采用。其供电线路
2用电负荷不平衡及中性线电流
通常采用穿钢管、高强度塑料管埋地敷设或沿电缆
沟敷设方式。随着对接地问题认识的深入。笔者认 现代建筑中的用电负荷。插座用电功率远大于照
为TN—C—S系统存在难以消除的缺陷．因此采用该 明功率，而插座用电功率随机性变化很大。办公楼内
系统时要谨慎。下面主要从节能角度对TN—C—S系 大功率用电设备有空调、饮水器、电脑等。住宅楼内
统的缺陷进行定性和定量分析．由于笔者水平有限． 大功率用电设备有电炊具、空调、电热水器、饮水器、
大胆提出来，不当及谬误之处请专家及同行们指正。 电脑、大型冷藏设备等。这些大功率用电设备会因有
24人无人、何时使用，导致用电负荷大小随机性很大。 忽略时(只开二三盏灯，或无负荷)，这时如果线路
更由于住宅楼入住率很低的现象存在．即使配电设计 无漏电流．并且中性线电流未被分流．相电流和中
时力求三相负荷平衡．但实际运行时的随机性使得三 性线电流的矢量和为零。但由于TN—C—S系统的
相负荷不平衡度有可能极端严重(有时甚至有可能会 重复接地。中性线电流会被分流，通过WLM2回路的
二相运行)。合成电流与三相相电流最大值与最小值 PEN线返回电源。分流大小与二回路的阻抗大小、二
关系很大．与三相相电流中间值关系不大。当其中一 回路中性线电流的大小和相位有关。现假定另一单元
相电流为零或小到与最大相电流相比可忽略时．相线 三相负荷平衡或该单元不用电。中性线电流为零．或
合成电流的有效值接近用电量最大相的相电流有效 者另一单元用电中性线电流相位与本回路中性线电流
不同。由于二个单元的PEN线通过接地线处于并联
值。根据电路原理．中性线电流有效值大小与合成电
状态：此时WLMl的中性线电流约有1／2被分流．
流的有效值数值相等，相位相反。
通过WLM2回路的PEN线返回小区变电所。就是说
3 TN—C—S系统中性线电流的分流
WLMl及WLM2回路电流的矢量和均不为零．均有剩
在电气设计时．多采用TN—C—S系统．而且做 余电流产生。上述问题不但存在于多路进线的建筑
物．而且在单路进线的建筑物也有类似的问题，只
等电位联结和重复接地．这种设计有增加损耗的缺陷．
是中性线电流分流不是通过本建筑物的其他回路
现以住宅建筑为例来说明。一住宅楼．共二单元，每
PEN线，而是通过建筑物的重复接地分流。
单元12户，每户配电功率8 kW，单相供电。总供电
功率96 kW．每相满负荷电流为160 A．需要系数取 4剩余电流引起涡流损耗、磁滞损耗的计算
0．75。每相计算电流为120A。每单元集中计量箱由
如果此时四芯电缆外皮为铠装金属或穿钢管保
小区变电所放射式三相供电。采用TN—C—S系统．
护，将产生涡流损耗和磁滞损耗。根据电磁感应原理，
供电电缆为YJV一1(4×70)．供电平面如图1所示。
交变的剩余电流产生的磁通在金属管壁中形成闭合环
…肾_4
住宅楼 路，变化的磁通产生相当大的感应电势．进而产生涡
等电俯联结线 总等电位联结板
计孱箱 ×40 镀锌扁钢 ／ 流及涡流损耗。同时．磁通的方向和数值变化使金属
管壁反复磁化。产生磁滞损耗。涡流损耗的计算公式：
A：
I Z堡些丝 』 +WL坐 M2业o’M区 只=_l y仃2f2 d2 8m V (1)
，I 2根毋20圆钢 O
WLMl yJv—l(4 X70) 变电所引来 式中：只——涡流损耗，W；
图l住宅楼供电平面图
7——铁芯材料的导电系数，iL1，y=1／p；
Fig．1 Powersupplyplanforresidentialbuilding
A‘‘m
注：箭头指向为中性线电流方向。
P——电阻率，Q·nl：
接地圆钢的电阻率与低碳钢电阻率相近．据资 厂——频率，Hz；

"TN-C-S"是三相四线制中的一种接地方式，其中"C"代表电力系统中的中性线（Neutral）和保护地线(PEN)共用一根导线；"S"则表示采用单独的PE线（ earth wire）作为专用的保护接零线。在建筑电气工程中，TN-C-S系统被广泛应用，它结合了TN-C和TN-S的优点，既实现了设备外壳直接接地以确保人身安全，又能通过PE线将故障电流引向大地，提供有效的剩余电流保护。 然而，TN-C-S系统并非没有缺陷。2010年2月的相关研究分析可能探讨了以下内容： 1. TN-C-S系统的理论与实践应用：介绍该接地方式的基本原理、设计规范以及在中国建筑业中的实施情况。 2. 中性线与保护线共用带来的问题：如中性线过载可能导致保护地线电压升高，影响设备和人员的安全；中性线故障时，PEN线不再能有效分隔工作零线与保护零线，形成电位差，增加触电风险。 3. 缺陷案例剖析：可能存在的一些实际施工或运行过程中出现的问题，比如PEN线材质选择不当、敷设不规范导致电阻增大、重复接地设置不足等，从而引发安全隐患。 4. 故障检测与预防措施：针对上述缺陷，提出了相应的故障检测技术（如剩余电流监测）、维护管理建议以及改进设计方案，以期提高TN-C-S系统的安全性与可靠性。 5. 建筑电气领域的最新发展趋势：探讨随着电气工程技术进步及标准更新，对于TN-C-S系统进行优化和完善的可能性及其对未来建筑电气工程的影响。