簡述電力系統(tǒng)的保護性接地

摘要：簡要介紹了電力系統(tǒng)中性點的運行方式、低壓配電系統(tǒng)的分類及其保護性接地原理。

關鍵詞：電力系統(tǒng) 中性點 保護性接地

1 幾個重要的專業(yè)術語

(1)帶電部分：是指呈現(xiàn)有電壓(危險電壓或非危險)的物體(導體或絕緣體)。它可以是物體的全部，也可以是物體的一部分。危險電壓是指對人體能造成電擊傷害的電壓，帶有危險電壓的物體則為危險帶電部分。

(2)外露可導電部分：是指組成電氣裝置和設備的外部金屬材料部分，在絕緣損壞時才帶電。它是電氣裝置和設備不可分割的組成部分。外露可導電部分應按其系統(tǒng)接地形式與保護導體相連接。

(3)外界可導電部分：是指電氣裝置和設備以外、與其無關聯(lián)的金屬物體，通常呈現(xiàn)局部地電位。

(4)中性導體(N)：是指從電源端的中性點引出的、有正常工作電流通過的導體，它的電位可以是任意的，是為達到功能性目的而設置的。

(5)保護導體(PE)：是指通過接地極與大地相連接的、無正常工作電流通過的導體，它的電位是相對安全的，是為達到安全目的而設置的。

(6)保護中性導體(PEN)：是指從電源端的接地中性點引出的、有正常工作電流通過的導體，具有保護導體和中性導體的雙重功能。

(7)地：是指地球及其所有自然物質(zhì)，有參考地和局部地之分。參考地視為導電的大地部分，不受接地極影響，其電位約定為零。局部地視為與接地極有電接觸的部分，受接地極影響，其電位不一定為零。

(8)接地極：是指埋入土壤或特定的導電介質(zhì)(如混凝土或焦炭)中，與大地有電氣接觸的可導電部分。

(9)接地：是指將系統(tǒng)、裝置或設備的外露可導電部分或者外界可導電部分通過接地導體、接地極與大地相連接。接地分為保護性接地和功能性接地兩種類型。保護性接地是為了滿足電氣安全目的，將系統(tǒng)、裝置或設備的一點或多點接地。功能性接地是為了滿足除電氣安全目的外的其他目的，將系統(tǒng)、裝置或設備的一點或多點接地。

2 電力系統(tǒng)中性點的運行方式及分類

電力系統(tǒng)中性點的運行方式，較多采用的有以下三種方式：

(1)中性點不接地(或稱中性點絕緣)；

(2)中性點經(jīng)消弧線圈接地(或稱中性點補償)；

(3)中性點直接接地(或稱中性點固定)。

在我國，電力系統(tǒng)中性點的運行方式(接地方式)按電網(wǎng)電壓的不同而分為以下幾種情況：

(1)380/220V三相四線制或三相五線制電網(wǎng)，中性點是直接接地的；

(2)6～10kV三相三線制電網(wǎng)，中性點一般不接地或采用消弧線圈接地(單相接地故障電流超過30A)，

(3)35-60kV三相三線制電網(wǎng)，中性點通常采用消弧線圈接地；

(4)110kV以上三相三線制電網(wǎng)，中性點一般直接接地。

按照IEC的規(guī)定，將低壓配電系統(tǒng)分為IT、TT、TN三種，其中TN系統(tǒng)又分為TN-C、TN-C-S、TN-S三類。保護性接地作為防止間接接觸電擊最基本的措施，是將系統(tǒng)、裝置或設備的外露可導電部分與保護導體相連接，其目的在于自動切斷電源或降低外露可導電部分上的危險電壓?？赏瑫r觸及的外露可導電部分應單獨地、成組地或共同的接到同一個接地系統(tǒng)上。保護性接地的做法與低壓配電系統(tǒng)的類別(IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng))有關。

3 IT系統(tǒng)的保護性接地

IT系統(tǒng)是電源系統(tǒng)的帶電部分不接地或中性點通過高阻抗接地，電氣裝置和設備的外露可導電部分通過保護導體連接到接地極上(如圖1和圖2所示)。當系統(tǒng)發(fā)生對外露可導電部分或?qū)Φ氐膯我还收蠒r，故障電流較小。但當同時存在兩個故障時或者在線路較長、絕緣水平較低的情況下，電擊的危險性仍然是很大的。

在IT系統(tǒng)中，電氣裝置和設備的任何帶電導體不應直接接地，任何外露可導電部分應單獨地、成組地或集中地接地，并滿足不高于50V交流或120V直流對地電壓的要求。對于IT系統(tǒng)，可以裝設絕緣監(jiān)視器、過電流保護器和剩余電流保護器。絕緣監(jiān)視器主要用于出現(xiàn)第一次帶電導體和外露可導電部分或地之間的故障時進行聲/光報警。當?shù)谝淮喂收衔聪职l(fā)生第二次故障時，必須依靠保護電器在下列規(guī)定時間內(nèi)切斷電源。

配電回路：單獨接地，時間≤1s；集中接地，時間≤5s。

對于TT系統(tǒng)，可以裝設剩余電流保護器或過電流保護器等限制故障持續(xù)時間，允許切斷時間≤1s。為實現(xiàn)選擇性目的，保護電器宜選擇S型剩余電流保護器和普通型剩余電流保護器串聯(lián)使用。保護電器的自動動作電流與保護導體總的電阻(包括接地極和外露可導電部分的電阻)的乘積不得超過50V。

終端回路：電流≤32A，時間≤0.4s；電流≤32A。時間≤5S。

4 TT系統(tǒng)的保護性接地

TT系統(tǒng)為電源系統(tǒng)有一點(一般為中性點)直接接地，電氣裝置和設備中的所有外露可導電部分通過保護導體一起連接至這些部分共同的接地極上(如圖3所示)。當某一電氣裝置和設備內(nèi)相導體與保護導體或外露可導電部分之間發(fā)生零阻抗故障時，外露可導電部分存在著低于相電壓的危險電壓。

5 TN系統(tǒng)的保護性接地

TN系統(tǒng)為電源系統(tǒng)有一點(一般為中性點)直接接地，電氣裝置和設備中的所有外露可導電部分通過保護導體與電源系統(tǒng)的接地點連接。該保護導體不應被隔離或通斷，應在各相關變壓器或發(fā)電機處或其附近接地。當某一電氣裝置和設備內(nèi)相導體與保護導體或外露可導電部分之間發(fā)生零阻抗故障時，保護電器(過電流保護器或剩余電流保護器)迅速動作，在規(guī)定時間內(nèi)(配電回路、時間≤5s，終端回路電流≤32A時、時間≤0.4s，終端回路電流≤32A時、時間≤5s)自動切斷電源，以消除電擊危險。

TN系統(tǒng)有三種類型：TN-C系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)。對于TN-C系統(tǒng)，中性導體(N)兼作保護導體(PE)，形成PEN導體(如圖4所示)；對于TN-C-S系統(tǒng)，中性導體與保護導體前部分共用，后部分分開(如圖5所示)；對于TN-S系統(tǒng)，中性導體和保護導體嚴格分開(如圖6所示)。

中性點直接接地的380/220V的TN系統(tǒng)，可以對動力和照明混合供電，在不增加變電設備情況下，能直接獲得兩種使用電壓；當三相負載嚴重不對稱時亦不會產(chǎn)生負載中性點漂移，能保證負載端各相電壓大小相等，可以防止導線對地電壓的嚴重不對稱；可以限制各相對地電壓不超過250V。因此在實際中得以廣泛適用。但必須強調(diào)的是，在TN-C-S系統(tǒng)中，PEN導體一旦分開形成N導體和PE導體后，N導體和PE導體就要保持相互獨立，不能再連接在一起。PE導體和PEN導體可以重復接地。對于有獨立變電站的車間、爆炸危險性較大或安全要求較高的場所應采用TN-S系統(tǒng)，對于低壓進線的車間和民用住宅樓房可以采用TN-C-S系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)用于無爆炸危險和安全條件較好的場所，并且不能使用剩余電流保護器。

6 對保護性接地導體規(guī)格的要求

(1)接地極：扁鐵截面積≥100mm²，扁鋼、角鋼厚度≥4mm，鋼管壁厚≥2.5mm依據(jù)《建筑物防雷設計規(guī)范》(GB50057-94，2000年版)。

(2)地下保護導體：無防腐蝕保護時，銅材截面積≥25mm²、鋼材截面積≥50mm²；有防腐蝕保護、無防機械損傷保護時，銅材、鋼材截面積≥16mm²；有防腐蝕保護、有防機械損傷保護時，銅材厚度≥2.5mm、鋼材截面積≥10mm²。

(3)保護導體(PE)：線導體截面積≤16ram²時，最小按線導體截面積選擇；16mm²<線導體截面積≤35mm²時，最小選擇16mm²；線導體截面積≤35mm²時，最小按線導體截面積的50％選擇。保護導體單獨敷設時，鋁材截面積≥16mm²，銅材截面積≥2.5mm²(有防機械損傷保護)或≥4mm²(無防機械損傷保護)。

(4)保護中性導體(PEN)：銅材截面積≥10mm²、鋁材截面積≥16mm²。