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一文詳解三相五線制工地電路布線

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三相五線制工地電路布線詳解
重慶大江建設(shè)工程有限公司
工程部
國  家  規(guī)  定
根據(jù)JGJ/T-1992《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》 ，凡是新建、擴建、企事業(yè)、商業(yè)、居民住宅、智能建筑、基建施工現(xiàn)場及臨時線路,一律實行三相五線制供電方式,做到保護零線和工作零線單獨敷設(shè).對現(xiàn)有企業(yè)應(yīng)逐步將三相四線制改為三相五線制供電,具體辦法應(yīng)按三相五線制敷設(shè)要求的規(guī)定實施. 
定義：三級配電系統(tǒng)

總配電箱為一級，分配電箱為二級，末級配電箱為三級。 
定義：三相電的概念
我們知道線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)線切割磁場線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，它的變化規(guī)律可用正弦曲線表示。如果我們?nèi)∪齻€線圈，將它們在空間位置上相差點120度角，三個線圈仍舊在磁場中以相同速度旋轉(zhuǎn)，一定會感應(yīng)出三個頻率相同的感應(yīng)電動勢。由于三個線圈在空間位置相差點120度角，故產(chǎn)生的電流亦是三相正弦變化，稱為三相正弦交流電。工業(yè)用電采用三相電，如三相交流電動機等。相與相之間的電壓是線電壓，電壓為380V。相與中心線之間稱為相電壓，電壓是220V。 
什么是電源中性點？ 
中性點是指變壓器低壓側(cè)的三相線圈構(gòu)成星形聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點稱中性點，又因其點為零電位，也稱零線端，一般的零線就從此點引出的。中性點接地后，所有該電網(wǎng)覆蓋面的設(shè)備接地保護線可就近入地設(shè)置為地線，一旦出現(xiàn)漏電可通過大地傳導(dǎo)回路到變壓器中性點，以策安全。 
定義：三相五線制

在三相四線制制供電系統(tǒng)中,把零線的兩個作用分開,即一根線做工作零線(N),另外用一根線專做保護零線(PE),這樣的供電結(jié)線方式稱為三相五線制供電方式.三相五線制包括三根相線、一根工作零線、一根保護零線.三相五線制的接線方式如下圖所示. 
為什么不是“五相”“六相”？
你先要明白“相”在電中的含義，相是指相位角，比如常說的三相電，是指相位角在空間互成120°交流電。如果使用移相技術(shù)，就比如簡單的電容移相，我們一樣可以得到四相、五相、N相都可以！但那在電力拖動中沒有實際的應(yīng)用意義，只在電子技術(shù)中有時用到。為什么在電力拖動中大都使用三相（當然有時會用到單相），而不是四相、五相呢？因為發(fā)電機的三相繞組在空間120°分布時，交變磁力線均可最大限度的切割它們，成而最以限度的發(fā)出電能。而三相用電器呢，除了相反的原理外，三相互成120°的回路又能最大限度的使用電能！ 
三相五線制供電的原理

在三相四線制供電中由于三相負載不平衡時和低壓電網(wǎng)的零線過長且阻抗過大時，零線將有零序電流通過，過長的低壓電網(wǎng)，由于環(huán)境惡化，導(dǎo)線老化、受潮等因素，導(dǎo)線的漏電電流通過零線形成閉合回路，致使零線也帶一定的電位，這對安全運行十分不利。在零干線斷線的特殊情況下,斷線以后的單相設(shè)備和所有保護接零的設(shè)備產(chǎn)生危險的電壓，這是不允許的。
如采用三相五線制供電方式，用電設(shè)備上所連接的工作零線N和保護零線PE是分別敷設(shè)的，工作零線上的電位不能傳遞到用電設(shè)備的外殼上，這樣就能有效隔離了三相四線制供電方式所造成的危險電壓,使用電設(shè)備外殼上電位始終處在“地”電位，從而消除了設(shè)備產(chǎn)生危險電壓的隱患。
從線路的性質(zhì)上來說，火線（相線）是提供能源的線路，零線是單相電路中，給提供能源的線路一條電流回路（和相線形成電流通道）的線路，地線是作為保護電器設(shè)備、防止漏電而發(fā)生事故的一條“非正?！彪娏魍ǖ馈＿@三條線，正常工作時，由相線（某一個單位時間內(nèi)）提供電流，經(jīng)過用電設(shè)備（負載）后由零線回到電源端；正常情況下，地線是沒有任何電流通過的。所以從性質(zhì)上來看，這三條線路中的零線和地線，是不允許“并用”或合用的。 
    “PE”即英文“protecting earthing”的縮寫，意思是“保護導(dǎo)體、保護接地”?！癗”即英文“neutral point”意思“中性點，零壓點” 
接地及中性點的英文縮寫
為什么在變壓器端接地？
按照規(guī)定，380伏（三相）的民用電源的中性點是不應(yīng)該在進戶端接地的（在變壓器端接地，這個接地是考慮到不能因懸浮點位造成高于電源電壓的點位，用戶端的接地與變壓器端的接地在大地中是存在一定的電阻的），如果把電源的中性點直接接地（這在民用電施工中是不允許的），漏電保護器就失去了作用，不能保護人身和電器設(shè)備的短路了。 
      因此，三相五線制地線在供電變壓器側(cè)和中性線接到一起，但進入用戶側(cè)后不能當作零線使用，否則發(fā)生混亂后就與三相四線制無異了。
定義：TN—S接零保護系統(tǒng) 
           它是把工作零線N和專用保護線PE嚴格分開的供電系統(tǒng)，稱作TN-S供電系統(tǒng)，TN-S供電系統(tǒng)的特點如下： 
1、系統(tǒng)正常運行時，專用保護線上沒有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE線對地沒有電壓，所以電氣設(shè)備金屬外殼接零保護是接在專用保護線PE上，安全可靠。2、工作零線只用作單相照明負載回路。3、專用保護線PE不許斷線，也不許進入漏電開關(guān)。 
4、干線上使用漏電保護器，工作零線不得有重復(fù)接地，而PE線有重復(fù)接地，但是不經(jīng)過漏電保護器，所以TN-S系統(tǒng)供電干線上也可以安裝漏電保護器。5、TN-S方式供電系統(tǒng)安全可靠，適用于工業(yè)與民用建筑等低壓供電系統(tǒng)。在建筑工程工前的“三通一平”（電通、水通、路通和地平——必須采用TN-S方式供電系統(tǒng)。 
漏電保護器的工作原理
         如果有人體觸摸到電源的線端即火線，或電器設(shè)備內(nèi)部漏電，這時電流從火線通過人體或電器設(shè)備外殼流入大地，而不流經(jīng)零線，火線和零線的電流就會不相等，漏電保護器檢測到這部分電流差別后立刻跳閘保護人身和電器的安全，一般這個差流選擇在幾十毫安 。
判定是否漏電的的原理依據(jù)是：流進和流出開關(guān)的電流必須相等，否則就判定為漏電。當漏電電流達到和超過一定的程度時，產(chǎn)生保護動作----跳閘。判定的閾值是可以設(shè)定的，因為電路就是我們設(shè)計的。只是應(yīng)用時要根據(jù)不同的場合，選用不同靈敏度的保護器。 
如果是用于人身安全保護為目的，則漏電電流小于30mA，視為安全，如大于30mA，則視為不安全，將產(chǎn)生保護動作。漏電保護的額定電流30mA的漏電保護器或保護開關(guān)，屬于同敏度漏電保護器或保護開關(guān)。其生產(chǎn)保護動作時間還應(yīng)在0.1秒以內(nèi)。這兩個參數(shù)的選擇主要依據(jù)是： 
30mA：
人體的感知電流----男為1.1mA女為0.7mA；擺脫電流男為16mA女為10.5mA，兒童要較成人為?。辉谳^短時間內(nèi)危及生命的電流是致使電流，從兩個方面理解----一是電流達到50mA就會引起心室顫動，有生命危險，而100mA以上的電流則足以將人致死，30mA以下暫時不會有生命危險。 
0.1秒：
人的心臟每收縮擴張一次有0.1秒的間歇，而在這0.1秒內(nèi)，心臟對電流最敏感，若電流在這一瞬間通過心臟，即使電流較小，也會引起心臟顫動，造成危險。 
但必須注意，通常的漏電保護開關(guān)或漏電保護器只適用于工頻電源，對其它電源，如直流電源、高頻電源是不適用的，千萬不能亂用。
空氣開關(guān):空氣開關(guān)是控制電氣回路的分合開關(guān)，若以空氣為滅弧介質(zhì)的稱空氣開關(guān)。一般以額定電流（負荷）選擇，做為電氣回路的總開關(guān)使用。
漏電保護器： 當一個空氣開關(guān)帶有漏電保護功能時，稱之為漏電保護開關(guān)。如果是一個單單用于漏電保護的電氣裝置，則稱之為漏電保護器。
      導(dǎo)線面積應(yīng)通過計算確定（一般銅導(dǎo)線的安全載流量為5~8A/mm2，鋁導(dǎo)線的安全載流量為3~5A/mm2） 
外電變壓器低壓輸出到總配電房線路接法 
1、線路由外電變壓器低壓輸出及中性點接地引入到總配電房。 
2、線路的黃、綠、紅三相線接入到總配電箱的總隔離開關(guān)上。 
隔離開關(guān)必須選用分斷時有明顯可見分斷點的開關(guān)。 
3、淡藍色中性接地線接入到第一級漏電保護器上的接線端。 
4、將中性接地線用導(dǎo)線引出到PE端子作為保護零線。 
5、從第一級漏電保護器“N”出線端接引到工作零接線端。 
6、從第一級總漏電保護器引出相線到多路分路隔離開關(guān)。 
        現(xiàn)以三路分三路為例，詳述總配電箱到分配電箱的接法 
1、從總配電箱的分配電開關(guān)分別引出黃、綠、紅（A、B、C）三相線，淡藍色工作零線從工作零接線端引出，黃綠雙色PE保護零線從PE端子引出 
       總配電箱門與箱體間必須采用編織軟銅線可靠連接作保護接零 
五線之間架設(shè)的安全距離
2、線路的黃、綠、紅三相線接入到二級分配電箱的總隔離開關(guān)上，淡藍色的N線接入到漏電保護器的N端上，通過漏保后接到工作零線端子板。 
3、黃綠雙色的PE線接入到保護零端子板PE板上 
4、從二級分配電箱的總隔離開關(guān)引出三相線到漏電保護器。
5、從漏電保護器接線端引出相線到分路隔離開關(guān)。 
        PE線不能進入漏電保護器，因為線路末端漏電保護器動作會使前級漏電保護器跳閘造成大范圍停電
6、黃、綠、紅三相線分別從分配電箱的分路隔離開關(guān)引出,從N板接線端子引出淡藍色的工作零線,從PE板接線端子引出黃綠雙色保護零線。
分配電箱門與箱體間必須采用編織軟銅線可靠連接作保護接零 
現(xiàn)以三路分路為例，講述分配電箱到末級開關(guān)箱的接法 
按規(guī)定要求單相開關(guān)箱與三相開關(guān)箱應(yīng)分開設(shè)置
固定式末級開關(guān)箱的中心點與地面的垂直距離應(yīng)為1.4~1.6m
移動式末級開關(guān)箱其中心與地面的垂直距離宜為0.8~1.6m
單相末級開關(guān)箱線路接法 
1、引入線可選用任意一條相線（以紅色線為例），接入到單相開關(guān)箱的隔離開關(guān)。 
2、將淡藍色的N線也接入到單相開關(guān)箱的隔離開關(guān) ，將黃綠雙色的PE線接入到PE板接線端子上。 
3、從隔離開關(guān)的接線端引出紅色相線和藍色N線到漏電保護器的接線端子上 。
4、紅色相線和藍色N線從漏電保護器接線端引出，黃綠雙色PE線從PE板的接線端子引出 。
此時照明設(shè)備可用
三相末級開關(guān)箱線路接法 
1、黃、綠、紅三相線分別接入到三相開關(guān)箱的隔離開關(guān)。黃綠雙色的PE線接入到PE板接線端子上 。從隔離開關(guān)的接線端引出黃、綠、紅三相線到漏電保護器的接線端子上 。
2、黃、綠、紅三相線從漏電保護器接線端引出 ，黃綠雙色PE線從PE板的接線端子引出 
此時動力設(shè)備可用 
三相五線制與三相四線制的比較 
(1)基本供電系統(tǒng)介紹：
常用的基本供電系統(tǒng)有(380V)三相三線制和(380/220V)三相四線制等,但這些名詞術(shù)語內(nèi)涵不是十分嚴格.國際電工委員會(IEC)對此作了統(tǒng)一規(guī)定,稱為TT 系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT 系統(tǒng).其中TN 系統(tǒng)又分為TN-C、TN-S 系統(tǒng). 
T T 式供電系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護系統(tǒng),稱為保護接地系統(tǒng),也稱T T 系統(tǒng).第一個符號T 表示電力系統(tǒng)中性點直接接地;第二個符號T 表示負載設(shè)備金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與大地直接聯(lián)接,而與系統(tǒng)如何接地?zé)o關(guān).在TT 系統(tǒng)中負載的所有接地均稱為保護接地。 
TN 方式供電系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼和正常不帶電的金屬部分與工作零線相接的保護系統(tǒng),稱作接零保護系統(tǒng),用 TN 表示.TN-C 方式供電系統(tǒng)是用工作零線兼作接零保護線,可以稱作保護中性線,可用NPE 表示,即常用的三相四線制供電方式.TN-S 式供電系統(tǒng)是把工作零線N 和專用保護線PE 嚴格分開的供電系統(tǒng),稱作TN-S 供電系統(tǒng),即常用的三相五線制供電方式. 
IT 方式供電系統(tǒng),其中I 表示電源側(cè)沒有工作接地,或經(jīng)過高阻抗接地.第二個字母T表示負載側(cè)電氣設(shè)備進行接地保護.IT 方式供電系統(tǒng)在供電距離不是很長時,供電的可靠性高、安全性好.一般用于不允許停電的場所,或者是要求嚴格地連續(xù)供電的地方,例如連續(xù)生產(chǎn)裝置、大醫(yī)院的手術(shù)室、ICU病房、地下礦井等處. 
幾種供電方式的區(qū)別
三相四線制(TN-C)與三相五線制(TN-S)系統(tǒng)的比較 
在三相四線制供電方式中,由于三相負載不平衡時和低壓電網(wǎng)的零線過長且阻抗過大時,零線將有零序電流通過,過長的低壓電網(wǎng),由于環(huán)境惡化、導(dǎo)線老化、受潮等因素,導(dǎo)線的漏電電流通過零線形成閉合回路,致使零線也帶一定的電位,這對安全運行十分不利.       特別是在零線斷線的特殊情況下,斷線以后的單相設(shè)備和所有保護接零的設(shè)備產(chǎn)生危險的電壓,這是不允許的. 
采用三相五線制供電方式,用電設(shè)備上所連接的工作零線 N 和保護零線 PE 是分別敷設(shè)的,工作零線上的電位不能傳遞到用電設(shè)備的外殼上,這樣就能有效隔離了三相四線制供電方式所造成的危險電壓,使用電設(shè)備外殼上電位始終處在"地"電位,從而消除了設(shè)備產(chǎn)生危險電壓的隱患. 
一般情況下,中性線是以大地作為導(dǎo)體,故其對地電壓應(yīng)為零,稱為零線.因此相線對地必然形成一定的電壓差,可以形成電流回路,稱其為火線.正常供電回路由相線(火線)和中線(零線)形成.地線是儀器設(shè)備的外殼或屏蔽系統(tǒng)就近與大地連接的導(dǎo)線,其對地電阻小于4 歐姆;它不參與供電回路,主要是保護操作人員人身安全或抗干擾用的.很多情況下,中線和大地的連接問題會導(dǎo)致用電端中線對地電壓大于零,因此三相五線制種將中性線（N線）和地線分開對消除安全隱患具有重要意義. 
在三相四線制供電方式中,主要采用 TN-C 系統(tǒng)供電,對于單相回路存在較大的安全缺陷.單相二線供電方式,最大缺陷是在發(fā)生電器外殼碰相線時,直接將 220V 相電壓施加給此時正巧觸摸到的人,從而發(fā)生觸電事故.因此如果把接外殼的保護線 PE 和中性線 N 并聯(lián)合用一根,實際上這也是極不安全的.
建筑物的配電線路由于接頭松脫、導(dǎo)線斷線等故障,很可能造成下圖 所示A點處開路,此時當其中一臺設(shè)備開關(guān)接通后,在 A點后面所有中性線上,將出現(xiàn)相電壓,這個高電壓又被設(shè)備接地引至所有插入插座的用電設(shè)備外殼上,而且其后的設(shè)備即使并未開啟,外殼上也有 220V 電壓,這是十分危險的.
TN-C系統(tǒng)單相回路斷零示意圖 
三相四線制零線斷路，為什么有的電器燒，有的不燒？
在實際中三相負載嚴重分布不平衡，總零線斷開，由三相四線制供電系統(tǒng)變?yōu)槿嗳€制，使中性點嚴重位移，導(dǎo)致三相負載端相電壓不再對稱，負載相當于在相與相之間串聯(lián)，阻值大的分得電壓高，阻值小的分得電壓低，若三相負載完全相等時，電壓完全相等（低壓為220V）當然出現(xiàn)有的電器燒掉了，有的沒燒。
A圖-三相平衡時且零線完好；B、C圖-三相不平衡，L1負荷小，L2和L3負荷一樣都大且零線斷開。這時，零點按B圖或C圖漂移。 
如果采用三相五線制的TN-S 供電系統(tǒng),則不會出現(xiàn)這種情況.如下圖 所示,只有當保護線斷開,而且又有一臺設(shè)備發(fā)生相線碰外殼,兩故障同時出現(xiàn)時,才會出現(xiàn)與前述二線制中類似情況的事故.從而也極大地降低了事故出現(xiàn)的可能性. 
TN-S系統(tǒng)單相回路示意圖 
TN-C-S方式供電系統(tǒng) 
在建筑施工臨時供電中，如果前部分是TN-C方式供電，而施工規(guī)范規(guī)定施工現(xiàn)場必須采用TN-S方式供電系統(tǒng)，則可以在系統(tǒng)后部分現(xiàn)場總配電箱分出PE線，這種系統(tǒng)稱為TN-C-S供電系統(tǒng)，如下所示： 
TN－C－S供電系統(tǒng) 
TN-C-S系統(tǒng)的特點 
1）工作零線N與專用保護線PE相聯(lián)通，如圖1-5ND這段線路不平衡電流比較大時，電氣設(shè)備的接零保護受到零線電位的影響。D點至后面PE線上沒有電流，即該段導(dǎo)線上沒有電壓降，因此，TN-C-S系統(tǒng)可以降低電動機外殼對地的電壓，然而又不能完全消除這個電壓，這個電壓的大小取決于ND線的負載不平衡的情況及ND這段線路的長度。負載越不平衡，ND線又很長時，設(shè)備外殼對地電壓偏移就越大。所以要求負載不平衡電流不能太大，而且在PE線上應(yīng)作重復(fù)接地 。
2）PE線在任何情況下都不能進入漏電保護器，因為線路末端的漏電保護器動作會使前級漏電保護器跳閘造成大范圍停電。規(guī)范規(guī)定：有接零保護的零線不得串接任何開關(guān)和熔斷器。 
3）對PE線除了在總箱處必須和N線相接以外，其他各分箱處均不得把N線和PE線相聯(lián)，PE線上不許安裝開關(guān)和熔斷器，也不得兼顧用作PE線。 
為什么有時候合不上閘？
在TN－C系統(tǒng)中，三相四線的N線應(yīng)該作重復(fù)接地，但是N線接地后，干線首端便不能裝設(shè)漏電保護。因為漏電開關(guān)不允許后面的中線有重復(fù)接地，否則產(chǎn)生不平衡電流，就合不上閘。 
通過上述分析，TN-C-S供電系統(tǒng)是在TN-C系統(tǒng)上臨時變通的作法。當三相電力變壓器工作接地情況良好、三相負載比較平衡時，TN-C-S系統(tǒng)在施工用電實踐中效果還是可行的。但是，在三相負載不平衡、建筑施工工地有專用的電力變壓器時，必須采用TN-S方式供電系統(tǒng)。

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