如何理解三相四线制和三相五线制?

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匿名用户1024   2021-5-28 09:30   10682   5
我看了三相四线制_百度百科三相五线制_百度百科三相电 - 维基百科,自由的百科全书,以及交流电的传输过程是怎样的? - 生活等网页,还是不太明白,希望专业人士能够再指点一下 m(_ _)m

我现在的理解是:
1. 三相四线制和三相五线制都是对交流电的传输过程说的,也就是说它们只关注从发电机到(离用户最近的)供电变压器的这个部分。在这个部分中,三相四线制的做法是"中性线和地线共用一条线路",而三相五线制的做法是"地线在(离用户最近的)供电变压器侧和中性线接到一起"。引入三相五线制的原因,是由于三相四线制在供电时可能导致"中性线带有一定的电位","这对安全运行十分不利"。

2. 从(离用户最近的)供电变压器到用户的这个部分,实际就没有三相四线制和三相五线制什么事了。按照维基的说法,三相四线制和三相五线制在这个部分一般都采用单相三线制,也就是从三条相线里抽出一条,再加上中性线和地线。这里我就不理解了:三相四线制不是把中性线和地线合成一条线了吗?三相五线制不是在(离用户最近的)供电变压器侧把地线和中性线接到一起了吗?那在单相三线制中,用户从哪里得到的地线?临时从大地上拉出一根线(即用一条连接大地的线)作为地线?

3. 三相五线制中的地线究竟是怎么回事?按照我的猜测,交流电在传输的过程中要通过很多变压器,每次变压时输入的都是相线和中性线,输出的应该也只有相线和中性线,好像没有地线什么事。那三相五线制中的地线又是怎么回事?是怎么连接的?难道每次变压后都把中性线接一下地就叫三相五线制了?除此以外和三相四线制没有区别?

4. 家用插头有两只脚和三只脚的。如果用户得到的都是单相三线制的话,那么两只脚的插头用的就是相线和中性线,三只脚的插头用的就是相线、中性线和地线?是这样?

望指点。如果能给直观点的图那就感激不尽了 >///<
另外,我说的相线就是火线,中性线就是零线。
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2#
有关回应  16级独孤 | 2021-5-28 09:30:20
首先要明白什么叫做线制,也即三相四线制的定义。这个定义可以参见IEC 60364和GB 16895系列标准,标准的统一名称是“建筑物电气装置”。注意这里所指的系列标准,是因为此标准号下有几十个标准,例如IEC 60364.1、IEC 60364.2、……、等等。
三相我们很容易理解,就是发电机的三个绕组,它们之间的电角度是120度。
“线”,按GB 16895中规定,指的是三相配电系统中在正常运行中有电流流过的导线叫做“线”。三条相线,在正常运行时是有电流流过的,它们当然属于线的范畴。中性线,在正常运行状态下,由于三相不一定平衡,因此中性线也有电流流过,因而也被称为“线”。
那么接地线PE呢?它在正常运行时是没有电流流过的,因此接地线不叫做“线”。
1)如果电力变压器的中性点直接接地,然后把中性线N和接地线PE合在一起以PEN的型式接入电路,这在IEC 60364和GB 16895中被定义为TN-C系统。注意PEN的称呼,叫做保护中性线,或者叫做保护接地线。见下图:

此图是IEC 60364对TN-C的权威定义。我们看到三条相线L1、L2、L3,还有保护接地线PEN
注意:TN-C是三相四线制。
请特别注意:PEN线在引入用电设备时,首先接到用电设备的外露导电部分,也即用电设备的金属外壳,然后才接到用电设备的中性线接入端子。这种接线方法有两重意义:第一说明PEN线的功能以保护为优先,第二说明PEN线具有中性线的特性。
在讨论接地系统时,保障人身安全永远是第一位的。
因为PEN线是以保护为主要目的,但我们看到,当PEN线引入负载时在某处断线,则断点后侧的PEN线上的电压会因为负载不平衡而上升,最高可能会升至相电压。因此,IEC 60364和GB 16895规定:TN-C系统可用于三相不平衡的系统,但不得用于具有火灾隐患的场所。例如油库、矿山、港口等等。同时,还强制性地要求TN-C系统的PEN必须多点接地。
2)如果电力变压器的中性点直接接地,然后把中性线N和接地线PE分别引出,这在IEC60364和GB16895中被定义为TN-接地系统。见下图:

此图是IEC 60364对TN-S的权威定义。我们看到三条相线、一条中性线N和一条接地线PE
注意:TN-S是三相四线制,不是三相五线制!
TN-S接地系统中,N和PE被分开了,两者的功能也单一化了。
值得注意的是:PE线在负载侧是可以再次接地的。IEC 60364并没有限制PE线的接地次数。但是,PE线和N线不得再次合并,两者必须相互绝缘。
利用PE线的重复接地,我们可以实现用电设备处的等电位连接技术。所谓等电位连接,是指把相关的若干用电设备的外露导电部分相互连接起来,再一点接地。当然,PE线在这里也被再次接地。这样的好处是:若发生了相线的碰壳事故,由于有了等电位连接的保护,人身安全得到了有效的保障。
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根据IEC 60364和GB 16895,根本就不存在所谓三相五线制这种说法。这种三相五线制的称呼是我们中国人自己发明的。一旦走出国门,甚至只是到了香港或者台湾,若我们对当地的电气工作者说三相五线制,会被别人耻笑!!!!!!!!!
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3)如果低压配电系统的接地系统是TN-C,但在电源入户前,把PEN再次接地,然后分开为PN和N,这种接地系统被IEC 60364或者GB 16895称为TN-C-S。见下图:

此图是IEC 60364对TN-C-S的权威定义。
这种接线方式也是我们家中配电箱中的最主要接线方法。
指的注意的是:PE和N一旦分开后,不得再次合并。PE和N两者之间必须绝缘。
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我们来看看什么叫做接地。
接地有两类,一类叫做工作接地,一类叫做保护接地。
例如TN-S系统下的变压器,我们看到变压器的中性点接地,它的用途是为变压器的中性点建立工作电位,所以叫做工作接地。
再例如TN-S系统下的负载侧,我们看到它的外露导电部分与PE线接在一起,以此实现对人身的安全防护,所以这种接地叫做保护接地。
低压配电系统的接地型式有IT、TT、TN等三种,其中TN又分为TN-S、TN-C和TN-C-S。
TN的意思是:变压器中性点直接接地,负载的外露导电部分通过PE线或者PEN线接地。
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几个概念重复性地总结一下:
第一,关于TN-C
对于TN-C,我们从图中看到,它的PEN是合并的。这条PEN线的名称叫做保护中性线,也叫做零线。从零线的功能性来说,它的保护功能是第一位的,中性线功能是第二位的。因此当零线接入负载侧时,首先要接入保护端子,然后再引入到中性线端子。这一点,我们从IEC 60364的TN-C的负载侧图中可以明确地看到。
TN-C因为少了一根线,在工程施工是具有很大的成本优势,因此为很多工程项目所采用。
值得注意的是:若PEN线断线,则断点的前方其电位接近于零(要看线路长度),而断点后方的PEN线,其电位会迅速升高。其原因很简单,断点后方的PEN线电压等于负载侧三相电压的相量和。在极端情况下,断点后方的电压会上升到相电压。
因此,TN-C接地系统的PEN线必须多点接地。同时,TN-C系统不允许用在有爆炸可能的环境中,例如煤矿、油库、危险品仓库等等。
第二,关于TN-C-S
对于居家和办公用电当然可以使用TN-C接地系统。IEC 60364规定,当PEN线引到入户处时,必须接地,然后分开为PE线和N线。这就是TN-C-S接地系统。
我们再次认真地看看TN-C-S接地系统,如下:

注意第一个负载接在TN-C系统中,所以PEN线首先引到负载的保护端子,然后再引到中性线端子;第二个负载接在TN-C-S系统中,所以PE线引到保护端子,而N线则引到中性线端子。
在TN-C-S接地系统中,一旦PE和N分开,就不得再次合并。
在实际使用时,如果变压器与低压一级配电设备(低压进线和馈电开关柜)的进线回路距离比较近,可以取消变压器中性点的接地。变压器引三条相线和一条N线到开关柜中,在开关柜的进线回路中统一接地。
由此可以看出:真正的TN-S其实是不存在的。绝大多数低压配电网的接地系统都是TN-C-S。
第三,关于中性线电流是三相电流的矢量和这种说法
在讨论接地系统时,中性线的电流不是等于三相的矢量和,而是相量和。
我们知道,力是典型的矢量,我们把力乘以力臂,再乘以它们夹角的正弦,得到的是力矩。力矩仍然是矢量;我们把电流相量乘以电压相量,再乘以它们夹角的正弦,得到是无功功率。无功功率是标量,既不是相量也不是矢量。
所以在电学中,我们讨论的对象都是相量,不是矢量。
第四,关于三相X线的说法
尽量不要用三相X线这个名词来描述低压配电网的接地系统,代之以TN-C、TN-S和TN-C-S。也尽量不要用零线这个称呼,代之以PEN线。这样做是与IEC标准靠拢,与国家标准靠拢。事实上,在国家强制性标准中,已经看不见零线这个称呼。
三相X线的称呼来自于前苏联。我国早先的国家标注是按苏联的,后来全面转向了IEC标准。苏联标准在许多方面确实存在诸多缺陷。由于人们的习惯用语具有惯性,许多人也习惯于三相五线制这种说法,还有零线和火线,并且还代代相传。
为了与IEC标准靠拢,也为了我们自身的理论水平和工作实践需要,请纠正这种说法。
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接地系统的讨论是永恒的话题,这方面的书籍、杂志和网上的帖子多的无法计数。哪怕只是一位小电工,都可以讲出一本书的内容出来。尽管如此,真正能够解析透彻的并不多。
王厚余的书是值得看的,此书能让我们理解什么叫做接地系统。
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给大家出一道题:如果我们从最终用电设备处的接地形式来推测全系统的接地形式,可能吗?
(参考答案:有一定的困难,有时很难区分。结论:讨论低压配电网的接地系统,一定要从全局来看,切忌仅仅从电源部分来看,或者从用电负荷出来看。)
3#
有关回应  16级独孤 | 2021-5-28 09:30:21
强答一波,欢迎拍砖~
接地制式 按照 配电系统 电气设备 的不同 接地组合 分类。
按照IEC60364规定,接地系统 一般由两个字母组成,必要时,可以加后续字母。
  • TT
  • TN
  • TN-C
  • TN-S
  • TN-C-S
  • I T
第一个字母:T or I ,表示  电源【发电机或变压器】中性点  对  地  的关系:
T  :表示 直接接地
I   :表示 不接地,或者通过  阻抗  接地。


第二个字母:T or N,表示  电气设备外壳  的接地方式:
T   :表示 独立于 电源接地点 的接地,【从 设备外壳 直接接 一根导线 到  泥土 里】。
N  :表示 与 电源系统接地点 或者 该点引出的导体【即N线、或电厂接地网】  相连。


后续字母表示中性点和保护线之间的关系:
C   :表示中性线【N线】和保护线【PE线】合一,即PEN线。然后接入到大地【泥土或接地网】
S   :表示中性线【N线】和保护线【PE线】分开    然后 各自分别 接入到大地【泥土或接地网】。
C-S:表示在三相电源侧,中性线【N线】和保护线【PE线】合一,
从某一 用电设备 前一点,分开,
分为  保护线【PE线】 中性线【N线】
保护线【PE线】——接用电设备的外壳,
中性线【N线】——接用电设备的中性线【N线】,和 三相电中的 一相【或三相】 组成用电设备回路


1、TN系统
       在TN系统中,所有用电设备的外壳,接到保护线【PE】上,与电源配电系统的中性点相连(若无中性点,即变压器二次侧三角形连接或未引出中性点,空降变压器二次侧绕组的一相接地,但该接电不能用作PEN线)。
保护线  应在每个变电所【含发电厂】附近  接地,即接入接地网。【接地网,巨大,亲自敷设过】,
配电系统 【10kV、380V 三相电】,引入建筑物时,保护线 在建筑物入口处 接地 。
为保证 故障时  保护线电位 尽量接近 地电位【接地网同电位】,尽可能将保护线与附近的有效接地体【接地网相连,如有必要,可增加接地点,并使其均匀分布,即可 形成电位趋于0的接地网。
TN 系统故障时,电流较大,仅仅与电缆的阻抗大小有关系,出现绝缘故障时,需要短路电流保护装置瞬时断开电路。
国际标准IEC 60364规定,根据  保护线【PE线】 中性线【N线】是否合并的情况,
TN系统分为:
TN-C、
TN-S、
TN-C-S三种。
对电网来说,当 导线截面积偏细:  铜导线截面积 小于等于10平方毫米,铝导线截面积  小于等于16平方毫米时,
必须采用TN-S系统,而不允许采用TN-C系统,
保护线【PE线】 中性线【N线】不能合并,必须分开了。导线太细,分开才好减少干扰。
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先看一张TN-C的图:

TN-C系统上图中,保护线【PE线】 中性线【N线】合并,称为  PEN线。
TN-C系统  是利用  中性点接地系统【电源侧】 中的 中性线 ,作为 故障电流 回流导线,
当为    电气设备提供动力的相线   发生 意外,碰触     用电设备的外壳  时,故障电流经中性线回到 电源中点 ,由于短路电流大, 因此可以采用   过电流保护器   切断电源
TN-C系统  一般采用  零序电流保护,  适用于 三相负荷基本平衡  状态的场合,
如果三相负荷  不平衡, 则  PEN线 中有 不平衡电流,
再加一些负荷设备引起的 谐波电流 也会注入PEN线
从而  中性线【N线】带电,且极有可能  高于50V。
他不但使   用电设备的外壳 带电对人身造成不安全而且还 无法  取得稳定的  基准电位;
应将 PEN线 重复接地,其作用是  当接零的用电设备 发生  相线与设备外壳接触,
可以有效降低  中性线【N线】 对地电压。
可以看出,TN-C系统存在一些缺陷,当 三相负载 不平衡 时,中性线【N线】上出现 不平衡电流中性线【N线】存在 对地电压,当  三相负荷  严重不平衡是,触及  中性线【N线】有可能导致触电事故。
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再看一张TN-S的图:

TN-S系统在TN-S系统中,见上图【简化为一相电路】,保护线【PE线】 中性线【N线】分开。
电气设备的相线碰到用电设备的外壳,直接短路【L线和N线短接,不经过用电设备阻抗】,可采用过电流保护器切断电源;
当  中性线【N线】 断开,如果 三相负荷不平衡,中性点 电位升高,但 用电设备外壳 因为与 接地网直连电位趋于0,因此无 电位;
TN-S系统 保护线【PE线】  首 末端 应做 重复接地。以减少  保护断线  造成的危险;
TN-S系统  使用与工业企业,大型民用建筑。
单独使用独一变压器供电的、或者变配电所距施工现场较近的工地,基本都采用TN-S系统,与逐级漏电保护相配合,确实起到了保障施工用电的安全的作用。但TNS系统必须注意几个问题:
1)、保护线【PE线】决不允许 断开.否则在用电设备发生带电部分碰到设备外壳或漏电时,就无法构成单相回路,电源就不会自动切断,就会产生两种后果:
a:用电设备失去安全保护;
b:使后面的其他完好的用电设备外壳带电,因为PE线连接了这些外壳,电位沿着PE线使全部设备外壳带电。引起大范围的电气设备外壳带电,造成可怕的触电隐患。
2)、同一用电系统中  电气设备:不允许    部分设备接地、部分设备接零【即:一部分设备外壳——接PE线,而一部分设备外壳——接N线】。
否则,当  保护接地【设备外壳接PE线】的  设备发生漏电到 外壳  时,
会使    中性点 接地线【N线】 电位升高,
从而造成  所有  采用  保护接零【设备外壳接N线】 的设备 外壳带电


3)、保护线【PE线】的 材料及连接要求:保护线【PE线】 的截面应不小于 中性线【N线】。
并且使用  黄 绿 双色线。


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再看几张TN-C-S的图:







在系统某一点起,PEN线 分为  保护线【PE线】 和  中性线【N线】。
分开后,中性线【N线】对地绝缘【分开后,不再合并】
他可以看做是 TN-S 和  TN-C  两个系统的组成,
分届点在保护线【PE线】 中性线【N线】的连接点。
1)、当电气设备发生单相碰外壳事故时,系统相当于  TN-S 系统。
2)、N线断开,系统同于TN-S系统。
3)、 TN-C-S 系统中,
PEN线——需要 重复接地,而
中性线【N线】——不可重复接地,
保护线【PE线】连接的  设备外壳  在  正常运行时 ,始终不会带电,【因通过PE线接入了大地】。
所以,TN-C-S系统提高了操作人员及设备的安全性。施工现场一般当配电变压器台去局现场较远或者没有施工专业变压器时采用TN-C-S系统。




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再看一张 I T 的图:

i TI T 系统:
电源侧——中性点,不接地,或通过一个比较大的阻抗接地
用电侧—— 电气设备的外壳  可以 直接接地,或者通过保护线【PE线】接至单独接地体【单独接地体】


I T 系统 的优点:单相接地 故障发生,第一次发生时,故障电流 较小,可以仅仅发警报而不切断电源,通过查线排故障,供电连续性较高,适用于大型电厂的厂用电和重要生产线用电。
而且这种系统 可以采用 剩余电流动作保护器 进行人身和设备安全保护。
I T系统的缺点:如果在 一相接地故障 被排除 ,又发生 另一相接地故障故障电流 会非常大,因此对 一次故障 探测报警设备的要求 较高,以便 及时消除和减少出现双重故障的可能性,保证IT系统的可靠性。








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再看几张 T T 的图:



T T 系统:
电源侧——变压器或发电机的中性点——直接接地,
用电侧——电气设备的所有外壳——用保护线【PE线】连接在一起,接在 独立于 电源中性点的  独立的 接地点。
优点:
用电侧—电气设备的外壳    电源侧—电源的接地 无电气联系,适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备;
故障时——对地故障电压不会蔓延;
接地短路时——由于受  电流接地电阻  和  电气设备接地电阻  的限制短路电流较小可以减少危险。
缺点:
短路电流小,发生短路时,短路电流保护装置不会动作,容易造成点击事故;
短路保护装置的过电流保护 不能提供  绝缘故障保护
需要采用 剩余电流动作保护器 进行人身和设备安全保护。
为了提高这种系统的安全性,通常采用不小于工作零线【N线】的截面积的绿黄双色线【PT线】,将总配电箱、分配电箱、主要电气设备下埋设的4~5组接地电阻的保护地线并联为保护地线,连接到电气设备金属外壳。
这样可以达到:单相对地的故障点对地电压较低,故障电流较大,使漏电保护装置迅速动作切除故障电路;
PT线不与中性线【N】线相连接,线路架设建设,不会有接错线的隐患;多个施工单位同时施工的大型工地可以分块设置PT线,有利于防止触电施工发生;不必每台设备下面重复安装接地线,节约开支,有利于保证接地电阻不大于规定值一般为4Ω。
T T系统在国外被广泛应用,在国内仅限于局部对接地要求高的电子设备场合,在施工现场一般不采用此系统。
但,如果是公用变压器,而有其他使用者使用的是T T 系统,则施工现场也应采用此系统。




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以下情况应选用4极开关断开中性线【N线】
1)、T T和T N 系统的中性线截面积小于相线
2)、终端配电中避免中性线、相线接反。


以下情况中性线必须有保护和能分断:
1)、I T系统中进行二次故障保护的装置,防止中性线第一次故障后引发第二次故障


2)、在T T和TN -S系统张,中性线的截面积小于相线的截面积
3)、所以接地系统中,会产生3次或多次谐波电流的场合。


在TN-C系统中,中性线也是保护线,不能断开,由于负载电流不平衡和绝缘故障电流,会产生危险的中性点电压偏移。为此,用户必须做好等电位连接和每个区域的连接。





4#
有关回应  16级独孤 | 2021-5-28 09:30:22
楼上诸位说得很细。
说个简单的。感觉题主就是没分清零线和地线。
零线就是变压器星形解法引出的中性线,是单相设备工作时候的电流通路。
地线和大地相连,不接变压器的。是为了把设备外壳接地。
正常工作时,零线有电流,地线没有电流。
如果零线地线连起来,可能造成设备外壳带电。这是不对的。
就酱。

万一记错了有答得不对的,还请高手指导赐教啊。
5#
有关回应  16级独孤 | 2021-5-28 09:30:23
@Patrick Zhang回答很专业也很全面!但对非本专业的人员来说不一定能完全理解,我从一个业余爱好者的角度说几句,不妥之处,还请斧正!
1、三相四线制、三相五线制都是连接用电设备的供电方式,高压输电有三相线就可以了。因为通过用户侧的管理,可以近似地实现三相用电平衡,即N≈0。
2、A、B、C、N都是保证设备正常供电的,PE是保证用电安全的。也就是说A、B、C、N任何一根出问题,设备就不能正常工作了;PE则不同,没有它正常的设备是可以正常工作的,但如果设备出现漏电等故障时,就不安全了,其外露的金属就分就会带电;如果有PE再配合漏电保护器,如果设备漏电,漏电保护器就会“跳闸”,直到你排除故障,漏电保护器才可以“合上”供电,从而保证了用电安全。
比如说你买了一台电热水器,装在没有PE线的老房子里,它照样用。但如果它漏电就可能会电死人。而用在有PE的情况下,就是它漏电了,也只是漏电保护器(如果它正常的话)跳个闸而已。
3、PE线一旦引出中间任何地方都不能断开,也就是说它是不过开关的。它一旦断开其断点前端设备保护将失效。
4、就现在居住建筑而言,照明系统是没有PE的,插座系统才有。
6#
有关回应  16级独孤 | 2021-5-28 09:30:24
讨论这个问题,还是先要在发电机那端建立起概念,才能说清楚;那个中性线上究竟有木有电流、电压?那三个发电机线圈,A相切割磁场时,B、C线圈发生了神马变化?法拉第电磁感应定律是两个,第二定律和老牛定律有什么曲艺同工之妙?变压器和发电机之间事神马关系?

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