要回答题主的问题,我们一定要把TN-C、TN-C-S、保护接零、重复接地给彻底地弄明白。
我们看下图:
IEC60364是一个系列标准,对应的国家标准是GB16895《建筑物电器装置》系列标准。
在图1中,我们看到了左上角的电力变压器,它的低压绕组公共端接地。在IEC标准中,我们把它叫做系统接地,或者工作接地,其目的就是让中性线为零电位。
我们看到,从变压器低压绕组引出的线有四条,分别是L1、L2、L3等三条火线,还有PEN零线。零线的准确名称是保护中性线。
注意1:零线工作接地后,零线的电压等于零。但要特别注意:尽管零线的电压等于零,但零线的电流不等于零。
为何?
我们看下图:
图2的1图中,我们看到了三个直流电路,且三者没有什么关系。
图2的2图中,我们把这三个直流电源并接在一起,并且把它们的公共端标注上参考地的标识,于是它们的公共端电位为零。但我们从2图中看到,电流In不等于零,且与公共端是否定义为参考地无关。理解这一点很重要,它告诉我们:公共端的参考地符合基尔霍夫第二定律KVL,不符合欧姆定律。
图2的3图中,直流电源都换成了交流三相电源,我们看到中性点上标有参考地符号,说明中性点和中性线N具有参考地特性,但它的电位不是大地的零电位,而是与大地之间存在一定的电压偏差。
图2的4图,就是标准图了,我们看到公共点接的是大地,所以中性线的电位就是大地的零电位,而此时的中性线已经变成零线PEN了。
我们再看图1。我把用电设备的接线放大如下:
注意看图3中左右两台负荷,左边的负荷引入PEN零线时,首先引到外壳的接线端子上,然后再引入到电源零线端子中;右边的负荷则直接把零线接到外壳上。
这说明,零线的功能中,保护功能是优先的,这也是零线的全称是保护中心线的原因。
现在我们设想,左右两只负荷中间的零线断了,会怎样?
因为三相不平衡的原因,断裂点后部的零线电压会上升,极端情况下短路点后部的零线电压会上升到相电压。而我们又知道用电设备或者负荷的外壳是保护接零的,于是用电负荷的外壳会出现较高的电压,引发人身伤害事故。
解决的办法是什么?对零线的母线或者导线采取多点接地措施,这种多点接地就叫做重复接地。
现在,我们来看TN-C-S:
我们看到,PEN零线在两个负载中间的位置分开为中性线N和地线PE。以此分开点为界,之前为TN-C接地系统,之后为TN-C-S的-S接地系统。一般地,在PEN的分开处,需要重复接地,它确保后续的PE线具有零电位。
一旦PEN零线分开为PE地线和N中性线,则两者不能再次合并。
我们仔细看TN-C-S的保护接零和保护接地,看下图:
我把图4中零线PEN分开的地方加上了重复接地。我们注意到TN-C部分的负载属于保护接零,TN-C-S的-S部分负载属于保护接地。这时如果PEN零线断路,后部的PEN线电压会上升吗?答案是否定的,因为零线分开点有重复接地,所以断开点后部的零线电位依然为零。
如果TN-C部分的负载发生单相接外壳故障,则零线会出现高电压,最高可达相电压220V。但TN-C-S的-S部分负载会怎样呢?因为PEN在分开时重复接地,所以断开点后部的PEN线和PE线电位均为零,这就确保了-S部分负载的外壳电压稳定在零电位,确保了人身安全。
最后,我们看一张我已经发表过的居家配电TN-C-S的图,如下:
从图6中,我们看到了用电设备发生了单相接地故障,它的漏电保护器会执行保护跳闸。并且,这种故障不会抬升零线PEN的电压,也不会抬升PE线和中性线N的电压。为何?重复接地把中性线N和地线PE,还有前接的PEN零线,使得它们的电位均保持为零值。
希望能解答题主的疑问。