淺析TN系統(tǒng)的接地

摘 要：文章探討了TN系統(tǒng)的接地和安全問題，強調(diào)了用電的規(guī)范，警示用電安全中常犯的錯誤，希望能夠為相關人士提供參考和借鑒。

關鍵詞：TN系統(tǒng)；接地；電氣安全；等電位聯(lián)接

引言

隨著電力的廣泛應用，加速了我國經(jīng)濟建設的步伐，改變著生產(chǎn)和生活的面貌，提高了人民的生活水平。但是用電安全問題也隨之而來。觸電事故原因是多方面的，有組織管理方面的因素，也有工程技術方面的因素；有不安全行為方面的因素，也有不安全狀態(tài)方面的因素。特別是工程技術方面不規(guī)范的不安全因素，因此低壓用電規(guī)范就顯得尤為重要。

雖然我國的低壓供電標準已經(jīng)在和國際電工委員會（IEC）標準接軌，但是我國的低壓供電模式受前蘇聯(lián)五六十年代供電模式的影響太深，現(xiàn)實上在安全技術方面存在著極大的隱患，和IEC標準相距甚遠。在IEC標準中，低壓配電系統(tǒng)的接地關系到用戶的人身和財產(chǎn)安全，以及電氣設備和電子設備的正常使用。文章擬就常見TN系統(tǒng)的接地和安全問題作一些探討。

1 接地

接地是一個非常復雜的問題，為了正確地進行接地工作，首先必須明確“地”和“接地”的概念。

在低壓供電系統(tǒng)中的“地”一般是指地球，地球是一個電阻非常低、電容量非常大的龐然大物，它是擁有“吞吐”無限電荷后且仍能保持其電位不變的特點。因此特別適合作為低壓供電系統(tǒng)中的電位參考點。電子設備的金屬機殼、底座、印刷電路板上的大面積地線或建筑物內(nèi)的總接地端子、接地線等在對應的設備工作時，也具有與地球類似的特性，適合作為對應設備的“地”。由此看來，“地”通常被稱為工程應用中電位參考點的代名詞。文章在研究低壓配電系統(tǒng)電氣接地時只涉及到大地。

接地就是將電氣設備的某些部位、電力系統(tǒng)中的某點與大地等電位聯(lián)接，提供故障電流及雷電流的泄流通道，提供零電位參考點，以確保電力系統(tǒng)、電氣設備的安全運行，同時確保電力系統(tǒng)運行人員及其他人員的人身和財產(chǎn)安全。接地功能是通過接地裝置來實現(xiàn)的，接地裝置由接地連接線和接地體構成。接地是以地球作為等電位體的一種等電位聯(lián)接方式。雖然這種等電位體沒有金屬等電位體好，但是由于人生活在地球上，這也是唯一的無賴選擇。其實，采用金屬等電位聯(lián)接也是安全用電的必須，使在發(fā)生故障時，人體對地電位很高，但是加在人體上的電壓卻是很低，保障了人身安全?？梢哉f，接地是等電位聯(lián)接的一種特殊情況，是人類唯一的無賴選擇。

2 TN系統(tǒng)的接地型式及適用范圍

文章重點只就低壓配電系統(tǒng)的工作可靠性與工作的安全性問題，探討了系統(tǒng)接地和保護接地。從這兩個重要的方面考慮，國際電工委員會（IEC）和《系統(tǒng)接地的型式及安全技術要求》（GB14050-2008）[1]對低壓配電系統(tǒng)的接地型式分為TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。在這里只討論TN系統(tǒng)。

在TN系統(tǒng)中，所有受電設備的外露可導電部分必須用保護線（PE）或保護中性線（PEN）與電力系統(tǒng)的接地點相連接。一般情況下，接地點就是中性點。這種系統(tǒng)被稱作TN系統(tǒng)。在TN系統(tǒng)中，根據(jù)其PE線是否與N線分開而劃分為TN-C、TN-S和TN-C-S三種形式。

2.1 TN-C供電系統(tǒng)

TN-C供電系統(tǒng)如圖1所示，它是用N線兼作PE線，兩線合二為一，稱作保護中性線，用PEN表示。

TN-C系統(tǒng)的PEN線應該有效地重復接地，這樣一來節(jié)省了一根線又帶來多處重復接地，得不償失，所以現(xiàn)在基本不推薦采用這個系統(tǒng)，三星負載不平衡的系統(tǒng)尤為如此。鑒于以上特點，TN-C供電系統(tǒng)只適用于三相負載基本平衡的情況，應用范圍十分有限。

2.2 TN-S供電系統(tǒng)

它是把保護線PE和中性線N嚴格分開的供電系統(tǒng)，稱作TN-S供電系統(tǒng)，如圖2所示。

TN-S供電方式適用于工業(yè)與民用等低壓供電系統(tǒng)。如在建筑工程完工前的“三通一平”（電通、水通、路通和地平）中必須采用TN-S方式供電系統(tǒng)；在對電磁干擾要求較高的數(shù)據(jù)處理、精密檢測等實驗場所、數(shù)控加工場所也可以采用TN-S供電系統(tǒng)。

2.3 TN-C-S供電系統(tǒng)[7]

在工業(yè)與民用供電中，如果前部分是TN-C方式供電，而施工現(xiàn)場要求采用TN-S方式供電系統(tǒng)，則可以在系統(tǒng)后部分的現(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)，分出的保護線PE再也不能和中性線N相連了，否則系統(tǒng)又回到了TN-C模式，也可以說這種供電系統(tǒng)是由TN-C系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)演變而來的。如圖3所示。

TN-C-S系統(tǒng)的特點如下：

（1）TN-C-S系統(tǒng)在電源到用戶電氣裝置之間節(jié)省了一根專用的PE線。在裝置內(nèi)并沒有出現(xiàn)電位差，因此不會發(fā)生TN-C系統(tǒng)的種種電氣不安全因素。它的安全水平和TN-S系統(tǒng)是相仿的。

（2）如果PE母排和N母排是分開的，要求TN-C-S系統(tǒng)在電源進線處（例如總配電箱處）PEN線必須先接PE母排，然后通過一連接板（線）接中性線母排[2]，如圖4所示，這是因為如果連接板（線）導電不良，中性線電路不通，設備不工作，故障可及時發(fā)現(xiàn)加以修復，不致于發(fā)生電氣事故。如PEN線先接中性線母排，如果連接板導電不良，則這時整個裝置內(nèi)的設備都失去PE線的保護接地，而設備仍在工作，存在的不接地隱患將不被發(fā)現(xiàn)，這對人身安全是十分危險的。但是在一般情況下，N母排和PE母排是共用的一個匯流排。

（3）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。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線相連接，PE線上不許安裝開關和熔斷器。

（4）就信息技術設備的抗干擾而言，對設備的抗共模電壓干擾，TN-C-S優(yōu)于TN-S系統(tǒng)，一些發(fā)達國家就是這樣做的。

綜上所述，TN-C-S供電系統(tǒng)是在TN-C系統(tǒng)上改進而來的，為我國目前大量的TN-C系統(tǒng)改進提供了重要理論依據(jù)。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)在建筑施工、工廠用電實踐中效果還是可以的。但是，在三相負載不平衡的供電系統(tǒng)中，必須采用TN-S方式的供電系統(tǒng)。

3 低壓配電系統(tǒng)中應該注意的幾個問題

3.1重復接地只適用于PE線和PEN線，N線不允許重復接地[7]

在重復接地方面，各類電氣規(guī)范規(guī)定[1][4][5]：只是允許PE線和PEN線重復接地，而N線是不允許重復接地的。這是因為：（1）這三種線在電路中所起的作用不同，保護線PE線也就是我們通常所說的地線，PE線只是在出現(xiàn)故障時，電氣裝置外露導電部分帶電，PE線上才有電流流動，其目的是對人身安全起保護作用，在實際使用中要求它重復接地；中性線是從電源中性點引出的導線，它的作用首先是保障電源提供的三個相電壓平衡，減少負荷中性點的電位漂移，工作時中性線上有電流流過，實際使用中不允許重復接地，以免產(chǎn)生雜散電流帶來不應有的故障，其次是為單相設備提供相電壓；PEN線兼有PE線和N線功能，稱為保護中性線，它是把PE線和N線合二為一，節(jié)省了一根導線，但是它往往容易混淆這兩個功能，作為PEN線一般也要求重復接地。（2）N線從科學的角度上來看是可以重復接地的，但是要保證PE線和N線的重復接地的絕緣，這樣一來，要求它們兩處接地點至少相距20m，這在技術和實際中上是很難辦到的[3]。所以在目前的各類標準中作出了上文的規(guī)定。（3）如果N線重復接地就會產(chǎn)生雜散電流，由于它的分流作用，在有碰殼故障現(xiàn)象時，往往會使過流保護裝置不動，使電氣設備的外殼帶有危險電壓。（4）如果將N線重復接地，會導致漏電保護器產(chǎn)生誤動。

出現(xiàn)N線重復接地的錯誤，究其原因：往往人們認為N線是“零線”，應該重復接地，這是極端錯誤的?！傲憔€”這一術語是20世紀50年代采用的，是前蘇聯(lián)電氣規(guī)范時用的術語，前蘇聯(lián)電氣規(guī)范中定義為接地的中性線。它實際指的是TN-C系統(tǒng)中的PEN線。但是人們在使用的過程中已經(jīng)把PEN、PE、N混為一談了，由于零線的概念不清，原本不應重復接地的中性線也被錯誤地重復接地，產(chǎn)生雜散電流而導致許多不應有的事故。既然零線是一個不嚴謹?shù)碾姽ばg語，那么“接零保護”也就無從說起了，它僅是IEC標準中TN系統(tǒng)之一的TN-C系統(tǒng)，顯然“接零保護”這一術語不能說明全部TN系統(tǒng)的內(nèi)涵。所以說“接零保護”是十分模糊的概念，也應該廢止，2008年以后的電氣標準中已經(jīng)再也找不到這些術語了。

3.2 使用上常犯的錯誤

（1）TN-C系統(tǒng)的PEN線在負載側沒有重復接地而導致設備外殼帶有危險電壓，這是“接零保護”的誤導。等電位聯(lián)接才能比較有效地消除危險電壓。在用電安全中拋棄“接零保護”這個不科學的概念，特別是我們加入WTO之前的一代科技工作者。

（2）定期檢查系統(tǒng)的接地電阻[2]。TN系統(tǒng)配電線如發(fā)生相線接大地的故障，防范措施除正確設計和安裝配電線路外，還應盡量減少接地電阻，用電規(guī)范中要求對系統(tǒng)接地至少每半年檢查一次。這不僅可以增加系統(tǒng)的安全性，還可以降低電能損耗，提高電源利用率。

（3）TN系統(tǒng)PE、PEN線除重復接地外，還需要作必要的等電位聯(lián)結[6][7]。等電位聯(lián)接是使各外露導體和裝置外導電體的電位相等的連接方式。在建筑物內(nèi)的電氣設備，可以通過將設備外殼與敷設的主接地母線相連來實現(xiàn)等電位連接，如圖5所示。等電位連接的目的是防止在設備之間產(chǎn)生危險電位差而構成回路，因為由設備接地連接構成的回路容易受到外部電磁場的感應作用，產(chǎn)生回路電流，干擾設備的正常運行?？偟入娢宦?lián)結比重復接地對防觸電更為重要，許多技術先進國家的規(guī)范中都將總等電位聯(lián)結規(guī)定為自動切斷故障電路，防電擊必不可少的一項安全措施，而工程實施中只是按規(guī)定的規(guī)格多加幾根聯(lián)結線而已，建議在工程中共同大力推廣實施。

（4）對設備的PE線，要求符合GB5226的規(guī)定，現(xiàn)在很多設備只是解決了PE線的有無問題，而沒有規(guī)范，特別是PE線截面積。要知道，PE線在設備正常工作時是沒有電流的，只有當設備故障時，PE線上才有電流，起到了安全保護作用，也就是說PE線是安全的一道防火墻[8]。

4 結束語

隨著供配電技術的不斷發(fā)展，安全用電十分重要。（1）根據(jù)用戶的實際情況，正確地選擇系統(tǒng)接地模式，保障供配電系統(tǒng)的安全；（2）PE、PEN線不僅要求有重復接地，而且還要盡可能地作等電位聯(lián)接，N線不允許重復接地；（3）要求系統(tǒng)接地良好，對系統(tǒng)的接地必須作定期檢查。

參考文獻

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[2]王厚余.低壓配電系統(tǒng)的接地[J].建筑電氣，1998，2.

[3]甘昌華.淺談TN系統(tǒng)中的重復接地[J].科技廣場，2007，5.

[4]JGJT16-2008.民用建筑電氣設計規(guī)范[S].

[5]DLT621-1997.交流電氣裝置接地[S].

[6]劉介才.供配電技術（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010，1：298-299.

[7]萬學斌.基于有PEN線的TN系統(tǒng)接地安全性探討[J].湖北職業(yè)技術學院學報，2011，12.

[8]GB5226.1-2002/IEC60204-1：2000.機械安全機械電氣設備第1部分[S].

作者簡介：萬學斌（1963-），男，湖北孝感人，湖北職業(yè)技術學院機電工程學院，副教授，研究方向：機電一體化、電氣基礎應用與安全。