淺談TN-C-S與TN-S接地系統(tǒng)的應(yīng)用

王浩然， 康向東

(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100049)

0 引言

TN-C-S接地系統(tǒng)是TN系統(tǒng)中較為復(fù)雜的一種，常被誤解為是TN-C系統(tǒng)加TN-S系統(tǒng)，或?qū)N-C系統(tǒng)的PEN線重復(fù)接地后分為PE線和N線的系統(tǒng)，但其實(shí)并不是這樣簡(jiǎn)單。本文根據(jù)實(shí)際工程中電源采用TN-C型式進(jìn)入建筑物后PEN線重復(fù)接地變?yōu)門(mén)N-S系統(tǒng)的做法，與規(guī)范中對(duì)TN-C-S系統(tǒng)的定義，以及PEN線分成為PE線和N線處不接地的情況及其差異和影響加以解析，以供同行參考。

1 TN-C-S與TN-S接地系統(tǒng)的應(yīng)用

GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“《防雷規(guī)范》”)第6.1.2條(強(qiáng)條)中規(guī)定:

“當(dāng)電源采用TN系統(tǒng)時(shí)，從建筑物總配電箱起供給本建筑物內(nèi)的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統(tǒng)?！币?yàn)樵摋l文為強(qiáng)制性條文，所以對(duì)此規(guī)定的重要性應(yīng)給予足夠的重視。

當(dāng)一棟建筑物的建筑面積較小時(shí)，用電量不大，20kV及以下的變電所不在本建筑物內(nèi)，本建筑物采用220/380V低壓電源供電，電源的接地系統(tǒng)型式為T(mén)N系統(tǒng)時(shí)，筆者認(rèn)為，此電源的電纜芯數(shù)采用4芯還是5芯(即采用TN-C系統(tǒng)還是TN-S系統(tǒng))需要仔細(xì)研究。

(1)如果采用4芯電纜(TN-C系統(tǒng))引來(lái)的做法，按《防雷規(guī)范》的要求，當(dāng)電源采用TN系統(tǒng)時(shí)，本建筑物的總配電箱處就應(yīng)將TN-C系統(tǒng)的PEN線重復(fù)接地，設(shè)置總等電位端子板，將PEN線分為PE線和N線。在建筑物內(nèi)的配電系統(tǒng)的接地型式即成為T(mén)N-S系統(tǒng)，符合防雷規(guī)范的要求。

此時(shí)建筑物的所有用電設(shè)備的N線與PE線之間的電位差(稱之為共模電壓)很小，對(duì)用電設(shè)備的安全運(yùn)行有利，且自變電所引來(lái)的4芯電纜比5芯電纜價(jià)格略低，節(jié)約投資成本。

(2)由變電所采用TN-S系統(tǒng)，以5芯電纜引至無(wú)變電所的低壓供電的建筑物時(shí)，則其5芯電纜的PE線在進(jìn)入本建筑物的總配電箱處，仍必須再次接地。而5芯電纜中的N線就不允許再(重復(fù))接地，否則會(huì)使其N(xiāo)線與PE線并聯(lián)，PE線中會(huì)存有雜散電流，造成諸多危害。

N線不重復(fù)接地，則N線在進(jìn)入建筑物的總配電箱時(shí)，因N線中的電流產(chǎn)生的電壓降，使N線與PE線之間產(chǎn)生電位差，當(dāng)此N線與PE線一起供電到用電設(shè)備處時(shí)，N線與PE線之間的電位差(即共模電壓)比在本建筑物的總配電箱處的共模電壓更大，對(duì)用電設(shè)備內(nèi)的弱電設(shè)備元件更不利。

(3)確定采用4芯電纜還是5芯電纜，需要考慮的因素較多，所以不應(yīng)認(rèn)為這是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題而不認(rèn)真考慮。

1)如果被供電的建筑物距離變電所很近，或與其電源變電所的建筑共用地下室，有共同的自然接地體或可采用共用的接地裝置，此時(shí)采用TN-S接地系統(tǒng)(即采用5芯電纜)，其用電設(shè)備處的N線與PE線之間的電壓差(即共模電壓)也不高，則采用5芯電纜更合理。

2)如果被供電的建筑物距離電源變電所較遠(yuǎn)，兩個(gè)建筑物無(wú)共用的地下室，若采用人工接地線連接成共用的接地裝置，則接地連接線也比較長(zhǎng)，在這種情況下，采用5芯電纜形成的TN-S接地系統(tǒng)，其共模電壓就比較高，不如采用4芯電纜的TN-C系統(tǒng)更為合適，其PEN線重復(fù)接地，在本建筑物內(nèi)采用TN-S接地系統(tǒng)更好。

3)對(duì)TN-C-S系統(tǒng)的某些錯(cuò)誤(或不確切)理解中，誤將TN-S系統(tǒng)誤稱為是TN-C-S系統(tǒng)的一部分。

《防雷規(guī)范》的6.1.2條(強(qiáng)條)中規(guī)定:“當(dāng)電源采用TN系統(tǒng)時(shí)，從建筑物總配電箱起供給本建筑物內(nèi)的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統(tǒng)。”如果由變電所采用4芯電纜(即TN-C系統(tǒng))引入建筑物后，在其總配電箱處將PEN線重復(fù)接地，建筑物內(nèi)的配電系統(tǒng)就已經(jīng)是TN-S系統(tǒng)了，但是有些設(shè)計(jì)人員在其設(shè)計(jì)說(shuō)明中仍寫(xiě)為“本工程采用TN-C-S系統(tǒng)”，認(rèn)為盡管建筑物內(nèi)是TN-S系統(tǒng)，但在電源的引入點(diǎn)以前是TN-C系統(tǒng)，前后合起來(lái)之后便是TN-C-S系統(tǒng)。筆者認(rèn)為這種理解是不對(duì)的，這與防雷規(guī)范的“必須采用TN-S系統(tǒng)”(強(qiáng)條)的規(guī)定不一致。其錯(cuò)誤的原因是誤以為T(mén)N-C系統(tǒng)加TN-S系統(tǒng)就是TN-C-S系統(tǒng)。其實(shí)TN-C系統(tǒng)重復(fù)接地后變?yōu)門(mén)N-S系統(tǒng)，合起來(lái)只能說(shuō)是TN系統(tǒng)，而不能說(shuō)是TN-C-S系統(tǒng)。

4)應(yīng)注意IEC標(biāo)準(zhǔn)以及中國(guó)的GB/T 16895.1-2008中的TN-C-S系統(tǒng)圖的畫(huà)法。如圖1所示，在裝置非受電點(diǎn)的某處將PEN分離成PE和N的三相四線制的TN-C-S系統(tǒng)。在系統(tǒng)的一部分中，中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體的功能合并在一根導(dǎo)體中。

觀察圖1中“注1”處，其PEN線分為PE線與N線處是沒(méi)有重復(fù)接地點(diǎn)的。在TN-S系統(tǒng)的應(yīng)用中，其N(xiāo)線是不允許重復(fù)接地的，TN-C-S系統(tǒng)不是TN-C系統(tǒng)加TN-S系統(tǒng)，這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，很多工程設(shè)計(jì)人員沒(méi)有足夠重視。

圖1 在裝置非受電點(diǎn)的某處將PEN分離成PE和N的三相四線制的TN-C-S系統(tǒng)

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》圖7.1.2-4，觀察圖2中“注2”處，其兩臺(tái)用電設(shè)備中左側(cè)一臺(tái)的“外露可導(dǎo)電部分”與PEN線相接處的畫(huà)法有誤，與圖3(該規(guī)范中的圖7.1.2-7)中“注4”處，兩臺(tái)用電設(shè)備的“外露可導(dǎo)電部分”與PEN線相接處的情況是一樣的，國(guó)家規(guī)范中的畫(huà)法卻不一樣。

觀察圖2中“注3”處，在此點(diǎn)不接地(PEN線一端接地)，PEN斷線時(shí)仍會(huì)有相電壓，其安全性與TN-C系統(tǒng)的PEN線一端接地基本相同。在圖3中變壓器的星形接線處的PEN線上，又多畫(huà)了一個(gè)變壓器的線圈(見(jiàn)圖3中“注5”)，筆者認(rèn)為，這是本設(shè)計(jì)規(guī)范中不應(yīng)有的錯(cuò)誤。

TN-C系統(tǒng)的用電設(shè)備外殼接PEN線接地了，可能有雜散電流流回變壓器(電源端)的接地點(diǎn)。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析低壓供電的建筑物(其變電所不在本建筑物內(nèi))應(yīng)采用何種接地系統(tǒng)型式更好，建議依據(jù)本建筑物與變電所所在的建筑之間的不同關(guān)系、距離遠(yuǎn)近、是否有共同的地下室、建筑物內(nèi)設(shè)備對(duì)共模電壓高低的不同要求等，應(yīng)采用不同的接地系統(tǒng)型式。

圖2 在裝置非受電點(diǎn)的某處將PEN分離成PE和N的三相四線制的TN-C-S系統(tǒng)

圖3 全系統(tǒng)采用將N的功能和PE的功能合并于一根導(dǎo)體的TN-C系統(tǒng)