柴油发电机组为何要选用接地TN系统

　　柴油发电机组作为应急供电系统的具体应急电源形式，其接地制式具体以选型TN系统为主，相比而言，采用IT系统更具优势。本文给出两种接地系统的接线方式，针对可靠安全性、成本和运转等多方面进行了比较。对柴油发电机组选用IT系统的问题和困难进行了浅聊，认为IT系统可与TN系统并存，中性线可配出。选用IT系统也需谨慎，尤其配出中性线时，需进行深入的技术论证和一定的工程实践。

　　在工业与民用电气设计中，一级负荷中特别重要的负荷一般由应急供电系统供电，根据GB 50052-2009《低压配电设计规范》，应急供电系统除设置双重电源外，还需增设应急电源，而柴油发电机组为最常载的应急电源形式。柴油发电机组接地系统的选购往往困扰着设计人员，一方面，设置变配电所的工业与民用建筑的配电系统大多选购TN系统，发电机组的接地系统宜与其保持一致；另一方面，由于可靠性、安全性更好，近些年来IT系统在工程设计中也得到了的应用，且其特征较好的符合了应急供电系统的供电要求。本文将关于柴油发电机组两种接地系统的选购进行研究和讨论。

　　1 接线 采用TN-S系统接线 所示的是柴油发电机组采用TN-S系统的接线示意图。以变压器为主电源的正常供电系统设置两段母线，N线和PE线单独装设且共用接地体，为典型的TN-S系统。应急母线通过三极开关与正常母线联络，其N线和PE线与正常供电系统联结在一起，因此柴油发电机组的接地制式也为TN-S。

　　图2 采用IT系统接线 所示的是柴油发电机组采用IT系统的接线示意图，且中性线不配出。正常供电系统的设置与图1所示一致，接地制式为TN-S。应急母线通过三极开关与正常母线联络，由于不配出N线，因此只有PE线与正常供电系统联结，在发电机组起动接入时，为典型的IT系统。

　　一般来说，TN系统长期占据了主导地位，大量应用在工业与民用建筑的低压配电系统上，尤其是TN-S系统，不论建筑内部是否设有独立变电室均可适用。因为保护机制先进，接线条理清晰，柴油发电机组选用TN-S系统不失为一种成熟可靠的做法。相比TN系统，IT系统既具有长处，也存在一定的劣势，主要如下：

　　（1）IT系统在可靠与安全方面具有好处。IT系统的长处具体体现在当产生单相接地损坏时，由于不存在返回电源中性点的损坏电流通路，损坏电流仅体现为配电线路对地的电容电流，因此无需对故障线路进行切除，允许电气系统带故障运行，持续时间通常为1 ～ 2h。于是，应急供电系统选用IT系统可提升供电的安全性与可靠性，十分符合特别重要负荷的设置目的与用电要求。尤其发生火灾时，供电系统面临的环境复杂恶劣，发生单相接地故障的概率大，IT系统可更好地保障消防负荷的运行。对于人员安全方面，发生火灾时，建筑内部大面积消防喷淋，造成环境潮湿，疏散人员或救援人员均有触电危险，IT系统的保护机制可减少对人员的电击损害。

　　（2）IT系统投资成本高于TN系统，体现在：a.绝缘方面。IT系统产生单相接地损坏时，另外两相的对地电压由220V变为380V，因此，要求电气装置及电缆等的绝缘水平比TN系统高。这就增大了电气系统的投资，甚至可能会影响到部分电气装置的采购。b.变压器和配线成本方面。IT系统在中性线V电源可用，对自控、实物保护、二次和应急照明等系统常见的单相负荷而言缺少了220V电源，一般通过设置380/220V隔离降压变压器排除，会造成设备和配线上成本增加。c.绝缘监测装置方面。IT系统必须装设绝缘监测装置，在检验到到第一个接地故障或电气装置绝缘水平下降到限值时发出报警信号，以便处置损坏，预防同时产生二次接地损坏，升级为相间故障，使事故扩大。这无疑提升了成本和人员运转维护的工作量。

　　（3）IT系统在运转方面要求高。例如采用图2的接线方式，TN-S系统和IT系统为兼容并存的关系。这种较为复杂的接地系统存在切换关系，要求电气运转人员要熟悉两种接地制式，提高了对运行人员的要求。因此，需加强运转人员的培训与管理，体现在对IT系统的运行和维护上，还要预防发生单相接地损坏因无法及时解决而造成的故障扩大。

　　因此，整体而言，柴油发电机组采用IT系统更加可靠和安全，但其复杂程度比TN系统要高，带来的投资、运行、维护成本也要高。

　　图2所示的即是TN系统与IT系统并存的情况。在正常工况下，特别重要负载通过TN-S系统供电，在火灾或故障工况下，通过各切换装置切至由柴油发电机组供电，此时变换为IT系统。该图IT系统的中性线选取为不配出，如取舍配出，发电机组与Ⅱ段母线之间的双切开关应取舍为四极，中性线通过开关与正常供电系统联结，以保证应急供电系统转换后为IT系统。由此可见，IT系统是可以与TN系统并存的。

　　（2）中性线是否配出目前IT系统国内较为一致的看法是中性线不配出，具体依据是IEC 60364：1977 《建筑物的电气设施第4-473部分：安全防护过电流防护办法》中曾经强烈建议IT 系统不配出中性导体。国内对这条规定最为普遍的认识是，如果IT系统中性线的绝缘遭到破坏，在产生中性线接地的情况下，系统将由IT制式转变为TT制式，使保护方法发生变化。如果此时运行人员不能及时发现故障并处置，系统发生单相接地损坏时，电气装置将按TT系统来切断电源，使重要的用电设备的供电中断，引起严重后果。但与此同时，人们忽略的是IEC 60364后续的版本对中性线的问题做了部分说明，并放松了限制。我国的标准规范，在GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》里明确规定可配出N线《低压配电设计规范》里规定IT系统不当配出中性导体，但同时又对IT系统配出和不配出中性导体时保护电器的动作特征做了规定。由此可见，无论IEC的标准还是我国的标准，对是否配出中性线的问题不再有特殊的限制。

　　如果IT系统不配出中性线V隔离降压变压器为单相负荷供电，会带来：a.应急供电系统增加了一级变电，可靠性有所降低。b.增加了隔离变压器，成本增加，配线V应急负载均衡难度较大。

　　在IT系统配出中性线后，以上的问题便可得到解决，但就目前来说，人们对配出中性线的IT系统的认知还不够充分，也缺少相关的应用经验，因此还需更为深入的总述讨论和一定的工程实践。

　　IT系统作为一种优秀的接地形式，刨除成本方面的条件，适用于应急供电系统。美国为我国设计的的某超高层建筑，曾采用TN-S系统的柴油发电机组作为备载电源，IT系统的柴油发电机组作为消防用应急电源。在技术层面，采用IT系统也应谨慎，尤其是配出中性线时，还需进行深入的技术论证和周全的细节考虑。笔者了解到我国某大型工程的备用供电系统曾采用过配出中性线的IT系统，在调试步骤中出现了一些问题，诸如二次信号灯的闪烁等。由于急于投入使用，设计院并未深入阐述、讨论和整改，直接将其改为TN系统使问题得以处理。但这并无法否定IT系统应用于应急供电系统的可行性，恰恰是出现并处理问题才能推动技术的进步。虽然应急供电系统选型TN系统是成熟可靠的做法，但笔者认为设计人员也应重视IT系统，加深理论认知并进行实践，推动其发展，为用户端提供更加安全、可靠的电力提供。

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