低壓配電系統(tǒng)中零線的研究

唐士洲

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇 南京210006）

1 低壓系統(tǒng)的接地分類

根據(jù)IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）規(guī)定，低壓系統(tǒng)接地制式一般由兩個(gè)字母組成，必要時(shí)可加后續(xù)字母。因?yàn)镮EC以法文作為正式文件，所用字母為相應(yīng)的法文詞為首字母。

（1）第一個(gè)字母表示電源接地點(diǎn)對(duì)地的關(guān)系。其中：

T：表示直接接地。

I：表示不接地，或通過(guò)阻抗與大地接地。

（2）第二個(gè)字母表示電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分與地的關(guān)系。其中：

T：表示獨(dú)立于電源接地點(diǎn)的直接接地。

N：表示直接與電源系統(tǒng)的接地點(diǎn)或該接地點(diǎn)引出的導(dǎo)體相連接。

（3）后續(xù)字母表示中性線與保護(hù)地線的關(guān)系。其中：

C：表示中性線N與保護(hù)地線PE合并為PEN線。

S：表示中性線與保護(hù)地線分開(kāi)。

C－S：表示在電源側(cè)為PEN線，從某點(diǎn)分開(kāi)為N及PE線。

根據(jù)以上的分類方法，接地制式劃分的配電系統(tǒng)有5種：IT、TT、TN－C、TN－S、TN－C－S。

2 TN接地系統(tǒng)

TN接地系統(tǒng)所有電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分接到保護(hù)地線上，與配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)相連。保護(hù)地線應(yīng)在每個(gè)變電所或變電站附近接地。根據(jù)中性線N與保護(hù)地線PE是否合并的情況，將TN系統(tǒng)分為T(mén)NC、TN－S和TN－C－S。

（1）TN－C系統(tǒng)

TN－C系統(tǒng)如圖1所示，是保護(hù)地線與中性線合并為PEN線的系統(tǒng)，具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。接地故障時(shí)，故障電流大，采用一般的過(guò)電流保護(hù)器切斷電源。對(duì)于單項(xiàng)負(fù)荷或三相不平衡負(fù)荷及有故障電流負(fù)荷的線路中，PEN線有電流，其產(chǎn)生的壓降呈現(xiàn)在電氣設(shè)備的金屬外殼和線路金屬套管上，對(duì)敏感設(shè)備不利。

圖1 TN－C系統(tǒng)

（2）TN－S系統(tǒng)

TN－S系統(tǒng)如圖2所示，指保護(hù)地線PE與中性線N分開(kāi)的系統(tǒng)。正常情況下PE線不通過(guò)負(fù)荷電流，所以與PE線相連的電氣設(shè)備的金屬外殼在正常時(shí)不帶電，因此可用于精密設(shè)備以及有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中，通信機(jī)房中必須使用此種類型接地系統(tǒng)。

圖2 TN－S系統(tǒng)

（3）TN－C－S系統(tǒng)

TN－C－S系統(tǒng)如圖3所示，PEN線從某點(diǎn)開(kāi)始分為保護(hù)線和中性線。分開(kāi)后的N線對(duì)地絕緣。為了防止混淆PE和N線，PEN線分開(kāi)后就不再合并，否則失去分開(kāi)后形成的TN－S系統(tǒng)的特點(diǎn)。

圖3 TN－C－S系統(tǒng)

3 中性線斷路（斷零）的危害

這可用圖4中示例來(lái)簡(jiǎn)單地加以分析。圖中相線L1未帶負(fù)載，L2帶一個(gè)150 W白熾燈泡，L3帶一個(gè)15 W白熾燈泡，三相負(fù)載非常不平衡。若以電壓表測(cè)量三相電壓，如果中性線未斷線，會(huì)發(fā)現(xiàn)三個(gè)相電壓并沒(méi)有多少差異。這是因?yàn)檫@三相都是由相同的220 V繞組電壓供電，它們的電壓差異只在于三相不同負(fù)載電流產(chǎn)生不同的線路電壓降。而按照規(guī)定，相線和中性線上的總電壓降一般不超過(guò)5%，所以僅是三相負(fù)載不平衡是不會(huì)燒壞某相內(nèi)設(shè)備的，設(shè)備的燒壞另有原因。

圖4 三相四線制供電示意圖

現(xiàn)假設(shè)白熾燈泡前的中性線因故中斷，如圖4所示，則150 W和15 W燈泡成為串聯(lián)后接在380 V單相回路中。白熾燈泡基本上是個(gè)電阻性負(fù)載，其阻值R與功率P成反比，也即R∝1／P。

因此如果150 W燈泡的電阻為R，則15 W燈泡的電阻為10R，這樣380 V電壓就按1與10的比例分配在兩個(gè)燈泡上。150 W燈泡上的電壓僅為35 V，而15 W燈泡上的電壓則高達(dá)345 V，它很快就被燒壞。為進(jìn)一步分析清楚，可作其電壓相量圖，如圖5所示。從圖可知三相回路相間電壓仍為380 V不變，負(fù)載側(cè)的中性點(diǎn)由O點(diǎn)漂移到O′點(diǎn)，中性線對(duì)地電壓達(dá)190 V（在無(wú)等電位聯(lián)結(jié)作用的TN系統(tǒng)中，此電壓不燒壞設(shè)備，但可引起電擊事故），而空載的L1相電壓則高達(dá)364 V，三相電壓極不平衡。

圖5 電壓相量圖

4 關(guān)于重復(fù)接地的要求

現(xiàn)實(shí)中部分電氣施工人員對(duì)TN—S系統(tǒng)中重復(fù)接地的有關(guān)問(wèn)題及要求不甚了解，在實(shí)際施工中出現(xiàn)一些問(wèn)題。集中表現(xiàn)為：TN—S系統(tǒng)的重復(fù)接地問(wèn)題中是對(duì)N線重復(fù)接地，還是對(duì)PE重復(fù)接地莫衷一是，提法不明確。

對(duì)于TN—S系統(tǒng)，重復(fù)接地就是對(duì)PE線的重復(fù)接地，其作用如下：

（1）如不進(jìn)行重復(fù)接地，當(dāng)PE斷線時(shí)，系統(tǒng)處于既不接零也不接地的無(wú)保護(hù)狀態(tài)。而對(duì)其進(jìn)行復(fù)重接地以后，當(dāng)PE正常時(shí)，系統(tǒng)處于接零保護(hù)狀態(tài)；當(dāng)PE斷線時(shí)，如果斷線處在重復(fù)接地前側(cè)，系統(tǒng)則處在接地保護(hù)狀態(tài)。進(jìn)行了重復(fù)接地的TN—S系統(tǒng)具有一個(gè)非常有趣的雙重保護(hù)功能，即PE斷線后由TN—S轉(zhuǎn)變成TT系統(tǒng)的保護(hù)方式（PE斷線在重復(fù)接地前側(cè)）。

（2）當(dāng)相線斷線與大地發(fā)生短路時(shí)，由于故障電流的存在造成了PE線電位的升高，當(dāng)斷線點(diǎn)與大地間電阻較小時(shí)，PE線的電位很有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)安全電壓。

這種危險(xiǎn)電壓沿PE線傳至各用電設(shè)備外殼乃至危及人身安全。而進(jìn)行重復(fù)接地以后，由于重復(fù)接地電阻與電源工作接地電阻并聯(lián)后的等效電阻小于電源工作接地電阻，使得相線斷線接地處的接地電阻分擔(dān)的電壓增加，從而有效降低PE線對(duì)地電壓，減少觸電危險(xiǎn)。

（3）PE線的重復(fù)接地可以降低當(dāng)相線碰殼短路時(shí)的設(shè)備外殼對(duì)地的電壓，相線碰殼時(shí)，外殼對(duì)地電壓即等于故障點(diǎn)P與變壓器中性點(diǎn)間的電壓。假設(shè)相線與PE線規(guī)格一致，設(shè)備外殼對(duì)地電壓則為110 V。而PE線重復(fù)接地后，從故障點(diǎn)P起，PE線阻抗與重復(fù)接地電阻RE同工作接地電阻RA串聯(lián)后的電阻相并聯(lián)。在一般情況下，由于重復(fù)接地電阻RE同工作接地電阻RA串聯(lián)后的電阻遠(yuǎn)大于PE線本身的阻抗，因而從P至變壓器中性點(diǎn)的等效阻抗，仍接近于從P至變壓器中性點(diǎn)的PE線本身的阻抗。

如果相線與PE線規(guī)格一致，則P與變壓器中性點(diǎn)O間的電壓UPO仍約為110 V，而此時(shí)設(shè)備外殼對(duì)地電壓UP僅為故障P點(diǎn)與變壓器中性點(diǎn)間的電壓UPO的一部分，可表示為：UP＝UPORE／（RA＋RE）。假設(shè)重復(fù)接地電阻RE為10Ω，工作接地電阻RA為4 Ω，則UP＝78．6 V。

如果只是對(duì)N線重復(fù)接地，它不具有上述第（1）項(xiàng)與第（3）項(xiàng)作用，只具有上述第（2）項(xiàng)的作用 。對(duì)于TN—S系統(tǒng)，其用電設(shè)備外殼是與PE線相接的，而不是N線。因此，我們所關(guān)心的更主要的是PE線的電位，而不是N線的電位，TN—S系統(tǒng)的重復(fù)接地不是對(duì)N線的重復(fù)接地。

如果將PE線和N線共同接地，由于PE線與N線在重復(fù)接地處相接，重復(fù)接地前側(cè)（接近于變壓器中性點(diǎn)一側(cè)）的PE線與N線已無(wú)區(qū)別，原由N線承擔(dān)的全部中性線電流變?yōu)橛蒒線 和PE線共同承擔(dān)（一小部分通過(guò)重復(fù)接地分流）?？梢哉J(rèn)為，這時(shí)重復(fù)接地前側(cè)已不存在PE線 ，只有由原PE線及N線并聯(lián)共同組成的PEN線，原TN—S系統(tǒng)實(shí)際上已變成了TN—C—S系統(tǒng)，原TN—S系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)將喪失，故不能將PE線和N線共同接地。

在工程實(shí)踐中，對(duì)于TN—S系統(tǒng)，很少將N線和PE線分別重復(fù)接地。其原因主要為：

①將N線和PE線分別重復(fù)接地僅比PE線單獨(dú)重復(fù)接地多一項(xiàng)作用，即可以降低當(dāng)N線斷線時(shí)產(chǎn)生的中性點(diǎn)電位的偏移作用，有利于用電設(shè)備的安全，但是這種作用并不一定十分明顯，并且一旦工作零線重復(fù)接地，其前側(cè)便不能采用漏電保護(hù)。

②如果要將N線和PE線分別重復(fù)接地，為保證PE線電位穩(wěn)定，避免受N線電位的影響，N線的重復(fù)接地必須與PE線的重復(fù)接地及建筑物的基礎(chǔ)鋼筋、埋地金屬管道等所有進(jìn)行了等電位連結(jié)的各接地體、金屬構(gòu)件和金屬管道的地下部分保持足夠的距離，最好為20 m以上，而在實(shí)際施工中很難做到這一點(diǎn)。

5 為防“斷零”危害，在電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝中應(yīng)注意哪些？

為防范“斷零”燒毀設(shè)備事故，在電氣線路的設(shè)計(jì)、安裝和管理中應(yīng)注意做到以下幾點(diǎn)：

（l）在TN系統(tǒng)回路中應(yīng)適當(dāng)放大中性線和PEN線的截面積，以保證其機(jī)械強(qiáng)度，特別是從電桿到建筑物電源線進(jìn)線口的一段架空引入線十分易于折斷，應(yīng)按IEC要求銅線不小于10 mm2，鋁線不小于16 mm2。

（2）采取有效措施防止中性線承受過(guò)大的應(yīng)力。

（3）注意中性線接頭的連接質(zhì)量，以確保中性線接頭的導(dǎo)電良好，應(yīng)特別注意提高鋁線的連接質(zhì)量，因鋁線表面極易因氧化或腐蝕而不導(dǎo)電。

（4）在中性線上盡量減少線路端子連接和接頭，并盡量少串入開(kāi)關(guān)和觸頭，例如沒(méi)有特別的需要盡量少裝用四極開(kāi)關(guān)，以防因其中性線觸頭和接線端子接觸不良而增加“斷零”危險(xiǎn)。

（5）嚴(yán)禁在三相四線回路的中性線上串接熔斷器，以防熔斷器中的熔體因種種原因熔斷而成為“斷零”。