談施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電接地保護(hù)系統(tǒng)

趙 建 文

(陽(yáng)泉市建筑安全監(jiān)督站，山西 陽(yáng)泉 045000)

談施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電接地保護(hù)系統(tǒng)

趙 建 文

(陽(yáng)泉市建筑安全監(jiān)督站，山西 陽(yáng)泉 045000)

介紹了接地保護(hù)系統(tǒng)的類型，分析了TT與TN系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過對(duì)比TN-S，TN-C,TN-C-S三種TN系統(tǒng)的形式特點(diǎn)，確定了施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電系統(tǒng)應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)，最后給出了TN-S系統(tǒng)的設(shè)置方法。

接地保護(hù)系統(tǒng)，電氣設(shè)備，TN-S系統(tǒng)，電壓

在低壓電力系統(tǒng)中，為了防止施工現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備正常不帶電的外露導(dǎo)電部分因故障帶電對(duì)人體造成的觸電傷害，以及電火花點(diǎn)燃易燃易爆物引起的電氣火災(zāi)，通常將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分(金屬外殼、基座、構(gòu)架等)進(jìn)行接地，形成接地保護(hù)系統(tǒng)。

1 接地保護(hù)系統(tǒng)的分類

按照IEC的標(biāo)準(zhǔn)電氣設(shè)備的接地保護(hù)型式可分為IT，TT，TN三種，其中TN系統(tǒng)又分為TN-S，TN-C，TN-C-S三種型式，上述字母符號(hào)中第1個(gè)字母I表示電源端不接地或經(jīng)阻抗接地、T表示電源端直接接地；第2個(gè)字母T表示外露導(dǎo)電部分對(duì)地直接做電氣連接即表示采用保護(hù)接地，N表示外露導(dǎo)電部分與配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)直接做電氣連接，即表示采用保護(hù)接零；S表示中性線和保護(hù)零線是分開的，C表示中性線和保護(hù)零線是合一的。

1.1 IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)是指電源中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗接地，而用電設(shè)備的金屬外殼接地。IT系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是沒有工作零線。但如果為了照明用電的需要，IT系統(tǒng)往往也要引出工作零線，但工作零線上應(yīng)裝設(shè)過電流檢測(cè)裝置。當(dāng)IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，因系統(tǒng)的限制，電氣設(shè)備金屬外殼不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)電壓，設(shè)備繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)用電設(shè)備開始報(bào)警，通過檢查消除故障。IT系統(tǒng)供電距離不是很長(zhǎng)時(shí)，供電可靠性、安全性好，特別適用于要求連續(xù)工作的電氣設(shè)備諸如電力煉鋼、大型醫(yī)院手術(shù)室、礦井等希望少停電的場(chǎng)所，也適用于有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境。施工現(xiàn)場(chǎng)基本采用電源中性點(diǎn)直接接地的220 V/380 V三相四線制低壓電力系統(tǒng)，需要配出中性線即工作零線，因此IT系統(tǒng)不適宜用于施工現(xiàn)場(chǎng)。

1.2 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)是指電源的中性點(diǎn)直接接地(工作零線)，電氣設(shè)備的金屬外殼也直接接地(保護(hù)接地)的接地保護(hù)系統(tǒng)。TT系統(tǒng)主要特點(diǎn)：一是電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地時(shí)，可以大大的減少觸電的危險(xiǎn)性，但是低壓斷路器不一定跳閘，設(shè)備金屬外殼對(duì)地電壓高于安全電壓，容易造成觸電事故。二是用電設(shè)備的接地裝置耗用鋼材多，而且難以回收、費(fèi)工、費(fèi)料。三是當(dāng)漏電電流較小時(shí)，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護(hù)器作保護(hù)。

1.3 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)是將電氣設(shè)備的金屬外殼通過保護(hù)零線(PE)與電源的工作零線(N)連接形成的接地保護(hù)系統(tǒng)，又稱為“接零保護(hù)系統(tǒng)”。

1)TN-S。在TN系統(tǒng)中，如果中性點(diǎn)接地線分為兩條，其中一條線用作工作零線，另一條線用作保護(hù)零線，即將工作零線與保護(hù)零線分開使用，這樣的接地保護(hù)系統(tǒng)稱為TN-S系統(tǒng)。TN-S系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是所有用電設(shè)備金屬外殼均通過保護(hù)零線(PE)接地，正常情況下保護(hù)零線(PE)上無電流通過，所以與其相連接的所有用電設(shè)備金屬外殼均與大地保持等電位，人的身體觸及這些金屬外殼時(shí)比較安全，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)優(yōu)先采用這種接零保護(hù)系統(tǒng)。

2)TN-C。在TN系統(tǒng)中，如果中性點(diǎn)接地線既作為工作零線(N)使用，又作為保護(hù)導(dǎo)線(PE)使用，稱為保護(hù)接地中性導(dǎo)線，用PEN表示，這種工作零線(N)與保護(hù)零線(PE)合一使用的接地保護(hù)系統(tǒng)統(tǒng)稱為TN-C系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)是：雖然用電設(shè)備金屬外殼通過PEN線接地很方便，但是由于PEN線上會(huì)因三相負(fù)荷不平衡而帶電，一些負(fù)荷設(shè)備引起的諧波電流會(huì)注入PEN線，因而與其相連接的所有電氣設(shè)備金屬外殼均不同程度的帶電，存在對(duì)地電壓，人體觸及金屬外殼時(shí)就會(huì)有觸電的感覺。而且三相不平衡電流越大，設(shè)備金屬外殼對(duì)地電壓越高，觸電危險(xiǎn)性也就越大。中性導(dǎo)線斷線時(shí)，單相設(shè)備的工作電流也會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分帶電。因此TN-C存在易發(fā)生觸電事故的風(fēng)險(xiǎn)，施工現(xiàn)場(chǎng)不適宜采用。

3)TN-C-S。在TN系統(tǒng)中，前一部分(電源側(cè))工作零線與保護(hù)零線合一，后一部分(用電側(cè))工作零線與保護(hù)零線分開，這樣的接地保護(hù)系統(tǒng)統(tǒng)稱為TN-C-S系統(tǒng)。其中后一部分(用電側(cè))可單獨(dú)視為局部TN-S系統(tǒng)。在局部TN-S系統(tǒng)中，工作零線(N)和保護(hù)零線(PE)需在分開點(diǎn)處做重復(fù)接地。

2 TT與TN系統(tǒng)的比較

2.1 故障點(diǎn)對(duì)地電壓Ud的比較

其中，Z0為故障點(diǎn)電源側(cè)零線的阻抗，Ω；Zφ為故障點(diǎn)電源側(cè)單相相線的阻抗，Ω。

以上分析可以看出，雖然采用TT系統(tǒng)時(shí)，電氣設(shè)備單相接地故障點(diǎn)對(duì)地電壓比采用TN系統(tǒng)略低，但它們都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過安全電壓的最高限值50V，都在危險(xiǎn)電壓范圍之內(nèi)。另外，采用TT系統(tǒng)時(shí)，電氣設(shè)備接地電阻值受現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)方式、土質(zhì)(土壤電阻率)，特別是季節(jié)變化等因素的影響，發(fā)生變動(dòng)而不穩(wěn)定。從而使其發(fā)生單相接地故障時(shí)的故障點(diǎn)對(duì)地電壓也不穩(wěn)定，其值將隨著設(shè)備接地電阻值的增大而增大。而采用TN系統(tǒng)時(shí)，由于不受接地因素的影響，所以其發(fā)生單相接地故障時(shí)的故障點(diǎn)對(duì)地電壓是穩(wěn)定的。因此，從比較設(shè)備單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)對(duì)地電壓的大小和穩(wěn)定性來說，TT系統(tǒng)并不優(yōu)于TN系統(tǒng)，而且采用TN系統(tǒng)較為適宜。

2.2 故障電流Id的比較

另外，在選擇短路保護(hù)電器方面，為保證迅速切斷電氣設(shè)備的短路故障電流，通常當(dāng)選擇斷路器進(jìn)行保護(hù)時(shí)，其脫扣電流整定值取為設(shè)備額定電流1.5倍；當(dāng)選擇熔斷器進(jìn)行保護(hù)時(shí)，其額定熔斷電流取為設(shè)備額定電流的2.5倍～4倍。因此，當(dāng)采用TT系統(tǒng)接地保護(hù)時(shí)，由于設(shè)備上的單相相線接地短路電流為IdT=27.5A,那么此時(shí)僅能保證使額定電流等于27.5/1.5=18.3A的斷路器分?jǐn)?，或使額定熔斷電流等于27.5/(2.5～4)=11A～6.9A的熔斷器分?jǐn)啵欢鴮?duì)于容量更大設(shè)備所配置的斷路器或熔斷器，由于上述接地短路電流偏小，在發(fā)生單相接地短路時(shí)，則不能有效分?jǐn)喙收想娐?，使設(shè)備外露可導(dǎo)電部分上時(shí)間存在近110V的對(duì)地電壓，十分危險(xiǎn)，存在發(fā)生觸電事故的風(fēng)險(xiǎn)。若采用TN接零保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，由于IdN>IdT，實(shí)際上就是單相短路電流大，所以對(duì)于更大容量范圍的設(shè)備所配置的斷路器或熔斷器，當(dāng)發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，均能有效的分?jǐn)喙收想娐贰?/p>

通過上述對(duì)TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)的分析比較可以看出，對(duì)于系統(tǒng)的接地保護(hù)來說，采用TN系統(tǒng)優(yōu)于采用TT系統(tǒng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)用電設(shè)備接地短路時(shí)，如采用TN系統(tǒng)，則其故障點(diǎn)對(duì)地電壓較低，短路保護(hù)靈敏度高。

3 TN-S系統(tǒng)的確定

TN系統(tǒng)分為TN-S，TN-C，TN-C-S三種型式，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)際情況經(jīng)過綜合比較分析，可以得出以下結(jié)論：

1)施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電工程應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)。2)施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電工程嚴(yán)禁采用TN-C系統(tǒng)。3)施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電系統(tǒng)與外電線路另一部分用電系統(tǒng)共用同一供電系統(tǒng)(主要指用同一臺(tái)電力變壓器供電)供電，且另一部分用電系統(tǒng)已采用TT接地保護(hù)系統(tǒng)或當(dāng)?shù)毓╇姴块T要求必須采用TT接地保護(hù)系統(tǒng)的情況下才采用TT接地保護(hù)系統(tǒng)。4)在同一供電系統(tǒng)中TN系統(tǒng)與TT系統(tǒng)不能混用，若混用，不但起不到保護(hù)作用，還存在安全隱患(如圖1所示)。假如用電設(shè)備相線觸及金屬外殼時(shí)，該設(shè)備和保護(hù)接地將帶有對(duì)地電壓Ud=Rd×U相/(R0+Rd)。以220V/380V三相四線制為例，如果中性點(diǎn)接地電阻值為R0=4Ω，設(shè)備保護(hù)接地電阻值也為Rd=4Ω，相電壓為U相=220V，則對(duì)地故障電壓為Ud=110V，故障電流為Ie= U相/(R0+Rd)=27.5A。已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許的安全電壓、電流值，存在發(fā)生觸電事故致人死亡的危險(xiǎn)。加之上述故障電流是不太大的接地短路電流，一般過流保護(hù)裝置不易可靠的實(shí)現(xiàn)速斷功能，于是該危險(xiǎn)將長(zhǎng)時(shí)間存在，并且通過保護(hù)零線使所有接零保護(hù)的設(shè)備外殼均長(zhǎng)期帶電，埋下重大安全隱患，增大了觸電死亡概率，危險(xiǎn)性極大。由以上分析可見，在同一電源供電的任一用電系統(tǒng)中或各用電子系統(tǒng)間，TN與TT系統(tǒng)不能混用，不得一部分設(shè)備按TN系統(tǒng)接零保護(hù)，而另一部分設(shè)備按TT系統(tǒng)作保護(hù)接地。

4 TN-S系統(tǒng)的設(shè)置

施工現(xiàn)場(chǎng)主要有專用變壓器供電和共用變壓器三相四線制低壓線纜接入供電等兩種電源供電形式，在設(shè)置TN-S系統(tǒng)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的電源供電形式按要求設(shè)置。

1)保護(hù)零線(PE)的設(shè)置。在專用變壓器供電時(shí)的TN-S系統(tǒng)中，保護(hù)零線(PE)應(yīng)由工作零線接地處或電源配電箱工作零線(N)接線端子處引出；對(duì)于共用變壓器三相四線制低壓線纜接入供電的局部TN-S系統(tǒng)，保護(hù)零線(PE)應(yīng)由電源進(jìn)線保護(hù)接地中性導(dǎo)體(PEN)重復(fù)接地處或總配電箱保護(hù)零線(PE)接線端子處引出。

2)保護(hù)零線(PE)與工作零線(N)的連接關(guān)系。在專用變壓器供電時(shí)的TN-S系統(tǒng)中，工作零線(N)應(yīng)接入總剩余電流保護(hù)器電源側(cè)N接線端，保護(hù)零線(PE)不得經(jīng)過總剩余電流保護(hù)器，經(jīng)過總剩余電流保護(hù)器后的N線與PE線應(yīng)嚴(yán)格分開，不得再作任何電氣連接。

在共用變壓器三相四線制低壓線纜接入供電的局部TN-S系統(tǒng)中，電源線中的PEN線應(yīng)一分為二，其中一個(gè)分支接入總剩余電流保護(hù)器電源側(cè)的工作零線(N)接線端，經(jīng)過總剩余電流保護(hù)器由負(fù)荷側(cè)工作零線(N)端引出，作為施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電系統(tǒng)中的工作零線(N)。另一個(gè)分支從PEN線的重復(fù)接地處或總配電箱的保護(hù)零線(PE)接線端子處引出，作為施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電系統(tǒng)中的保護(hù)零線(PE)。

3)保護(hù)零線(PE)與工作零線(N)的應(yīng)用區(qū)別。保護(hù)零線(PE)主要是為了連接用電設(shè)備金屬外殼，在正常工作情況下無電流通過，且與大地保持等電位；工作零線(N)作為電源線用于連接單相設(shè)備或三相四線制設(shè)備，在正常工作情況下會(huì)有電流通過，被視為帶電部分，且對(duì)地呈現(xiàn)電壓。所以在施工現(xiàn)場(chǎng)TN-S系統(tǒng)中PE線和N線不可混用或代用。

4)保護(hù)零線(PE)的重復(fù)接地。施工現(xiàn)場(chǎng)TN-S系統(tǒng)中保護(hù)零線(PE)的重復(fù)接地應(yīng)分別設(shè)置于配電系統(tǒng)的首端、中間、末端處，重復(fù)接地的數(shù)量不宜少于2n+1(n代表總分路數(shù)量)，每處重復(fù)接地電阻值不應(yīng)大于10 Ω。保護(hù)零線(PE)多處重復(fù)接地的目的：一是降低保護(hù)零線(PE)的接地電阻，二是防止保護(hù)零線(PE)一處斷線而導(dǎo)致保護(hù)失效。重復(fù)接地必須與保護(hù)零線(PE)相連接，施工現(xiàn)場(chǎng)具體應(yīng)用時(shí)連接線可與配電箱PE線接線端子板連接。

Discussion on temporary electricity utilization grouting protection system in the construction site

Zhao Jianwen

(YangquanBuildingSafetySupervisionStation,Yangquan045000,China)

The paper introduces grounding protection system types, and analyzes merits and effects of TT and TN system. Through comparing characteristics of TN-S, TN-C and TN-C-S, it determines to apply TN-S system in temporary electricity utilization system in construction site, and finally shows TN-S system setting methods.

grounding protection system, electrical equipment, TN-S system, voltage

1009-6825(2017)03-0122-03

2016-11-11

趙建文(1963- )，男，工程師

TU856

A