低壓系統(tǒng)的接地型式

翁惟武

（福建省沿海建筑設計院，福州 350005）

1 TN 系統(tǒng)

TN 系統(tǒng)可以分為 TN-C、TN-S、TN-C-S 3 種。

1.1 TN-C 系統(tǒng)

TN-C 系統(tǒng)：電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分通過保護中性導體或保護導體連接到此接地點，整個系統(tǒng)中性導體和保護導體是合一的。

TN-C 系統(tǒng)的中性導體N 和保護導體PE 是合一的，雖然可以節(jié)省1 根導體，但其安全水平比較低：（1）如果PEN 線在“A”處斷裂且用電設備有單相負荷，斷裂點后的N 線通過單相負荷而與相線同電位，加之N 線、PE 線、PEN 線是相連的，用電設備的外殼將出現(xiàn)220V 的相電壓，電擊危險很大；（2）不允許切斷PEN 導體，檢修設備不安全；（3）線路不能裝設RCD來防電擊和接地電弧火災；（4）會有電流通過PEN 導體，對電子信息系統(tǒng)易產生干擾。由于上述原因，TN-C 系統(tǒng)僅一些舊廠房還在使用，新建項目或改造項目不宜采用。

1.2 TN-S 系統(tǒng)

TN-S 系統(tǒng)：電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分通過保護中性導體或保護導體連接到此接地點，整個系統(tǒng)中性導體和保護導體是分開的。TN-S 系統(tǒng)構造見圖1。

圖1 TN-S 系統(tǒng)構造圖

與TN-C 系統(tǒng)相比，TN-S 系統(tǒng)多了1 根導體。因整個系統(tǒng)中性導體和保護導體是分開的，不論是斷N 線還是斷PE 線，電氣設備外殼都不會帶電。因此，TN-S 系統(tǒng)安全性更高。

1.2.1 接地故障電流

接地故障電流按式（1）計算：

式中，Zs為故障回路的阻抗，Ω；ZAD、ZBC、ZAB為相應兩點間導體的阻抗，Ω；Zd為配電系統(tǒng)的接地阻抗，Ω；Z0為電源系統(tǒng)的接地阻抗，Ω。

Z0、Zd阻抗的大?。旱蛪合到y(tǒng)接地電阻≤4Ω，當電子設備接地、防雷接地系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)接地共用接地體時，接地電阻≤1Ω【1】。根據工程實際經驗表明，利用結構基礎鋼筋作為接地體時，接地電阻做到0.3Ω 就非常困難了，要繼續(xù)降低接地電阻，造價會急速上翻。

ZAD、ZBC、ZAB阻抗的大?。簩w阻抗大小為單位長度阻抗與導體長度的乘積，低壓配電系統(tǒng)的供電半徑要求≤250m，因此導體阻抗值非常小（見表1）。

表1 1kV 交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜單位長度阻抗表（銅）

根據式（1）可知，在TN-S 系統(tǒng)中，接地故障電流Id的大小主要跟導體的阻抗有關。在民用建筑與工業(yè)建筑中，受到供電半徑的限制，導體的阻抗一般都是毫歐級的，接地故障電流Id少則數百安培，多則數千安培。

由于接地故障電流Id較大，在選擇配電線路的間接接觸防護電器時，容易滿足Id≥I（aIa為保證間接接觸保護電器在規(guī)定時間內切斷故障回路的動作電流），配電線路一般采用過電流保護電器兼作間接接觸防護電器。

1.2.2 應用場所

TN-S 系統(tǒng)安全可靠，施工簡便，且PE 導體正常不通過工作電流，其電位接近地電位，不會對電子信息系統(tǒng)造成干擾，能大大降低電擊或火災危險，因此，在民用建筑、工業(yè)建筑、有爆炸及火災危險的場所中得到了廣泛應用。特別是附設有配電變壓器的建筑，必須采用TN-S 系統(tǒng)。但因為TN-S 系統(tǒng)采用的是五線制，造價高，對于未附設配電變壓器且防電磁干擾要求不高的民用建筑、工業(yè)建筑，其經常被TN-C-S 系統(tǒng)所替代。

1.3 TN-C-S 系統(tǒng)

TN-C-S 系統(tǒng)：電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分通過保護中性導體或保護導體連接到此接地點，系統(tǒng)中一部分線路的中性導體和保護導體是合一的。

TN-C-S 系統(tǒng)在變電所與建筑物之間采用PEN 導體，進建筑物后PEN 導體重復接地，之后中性導體N 和保護導體PE 分開，其安全水平與TN-S 系統(tǒng)相仿。但由于采用了PEN 導體，雖然節(jié)約了1 根導體，還是存在一些不足，需要引起注意。

1）在有單相負荷且PEN 線斷裂的情況下，用電設備外殼電壓將上升，存在電擊致死的危險，因此要防止PEN 線的斷裂。工程上經常采用多芯電纜，提高PEN 線的機械強度，來防止PEN 線的斷裂。但對于施工現(xiàn)場、臨時用電場所等PEN 線容易遭到損傷進而斷裂的場所，不允許采用TN-C-S 系統(tǒng)。

2）由于三相電流不平衡及諧波電流的存在，N 線中往往會存在電流I1，少則數安培，多則數十安培。這部分電流在PEN 線重復接地處形成分流，一部分順著PEN 線回流，一部分通過大地回流到變壓器的中性點。通過大地回流的雜散電流會對埋地管線、建筑物鋼筋產生腐蝕，對用電設備產生干擾等。對于三相負荷平衡的供電系統(tǒng)，I1很小，雜散電流很小，危害有限，可以使用TN-C-S 系統(tǒng)；對于三相負荷不平衡的供電系統(tǒng)，I1較大，雜散電流較大，宜采用TN-S 系統(tǒng)。

2 TT 系統(tǒng)

TT 系統(tǒng)：電源端有一點直接接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點。

采取TT 接地制式的配電系統(tǒng)，可以采用共同的保護接地裝置，PE 線隨配電線路配出，也可獨立設置保護接地裝置。采取共同保護接地裝置總價便宜，但存在故障電壓蔓延的問題；而采取各自獨立的保護接地裝置則可以防止故障電壓蔓延。為了防止故障電壓的蔓延，各自獨立的建筑物或構筑物獨立設置保護接地裝置。同一建筑內，由于難以實現(xiàn)獨立設置保護接地裝置，則采用共同的保護接地裝置【2】。

2.1 故障電壓

TT 系統(tǒng)中，當發(fā)生接地故障時，設備外殼將產生故障電壓（與接地電阻相比，導體的電阻很小，忽略不計），可按式（2）計算：

式中，R0為電源系統(tǒng)的接地電阻，Ω；Rd為配電系統(tǒng)的接地電阻，Ω。

干燥的環(huán)境下，交流50V 及以下的電壓為安全電壓。在TT 系統(tǒng)中，理論上可以通過降低Rd，使Ut滿足安全要求。但由于綜合接地系統(tǒng)中R0≤1Ω，Rd要滿足接地電阻的要求，需要花費很大的工程造價。因此，為了確保TT 系統(tǒng)的安全性，采取降低配電系統(tǒng)接地電阻的方法在工程上是行不通的。

2.2 接地故障電流

忽略導體的電阻，TT 系統(tǒng)的接地故障電流按式（3）計算：

由于接地故障電流較小，在選擇配電線路的間接接觸防護電器時，難以滿足Ia≤Id。因此，TT 系統(tǒng)中配電線路一般不能采用過電流保護電器兼作間接接觸防護電器，只能采用漏電保護開關。采用漏電保護開關存在2 種不安全因素值得注意：（1）漏電保護開關誤動作或拒動作；（2）三相漏電保護開關存在動作死區(qū)。

2.3 應用場所

供電距離較短且用電設備集中的場所，根據表1 及式（1）可知，TN 系統(tǒng)接地故障電流大，過電流保護電器兼作間接接觸防護電器能及時動作；而TT 系統(tǒng)由于接地故障電流較小，采用過電流保護電器不能及時動作，只能采用漏電保護開關。采用漏電保護開關又存在誤動作、拒動作及動作死區(qū)的問題，安全性沒有TN 系統(tǒng)高，因此廣泛采用TN 系統(tǒng)。

供電距離較長且用電設備分散的場所，根據表1 及式（1）可知，TN 系統(tǒng)接地故障電流較小，只能與TT 系統(tǒng)一樣采用漏電保護開關。且與TT 系統(tǒng)相比，TN 系統(tǒng)存在故障蔓延的問題，很難實現(xiàn)系統(tǒng)的等電位連接。因此，我國大多數城市的低壓共用電網、戶外照明、戶外演出場地、戶外集貿市場等場所采用 TT 接地系統(tǒng)【3】。

3 IT 系統(tǒng)

IT 系統(tǒng)：電源端的帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地，電氣裝置的外露可導電部分直接接地。

IT 系統(tǒng)中，當發(fā)生第一次接地故障時，接地故障電流小，故障電壓低，不致引發(fā)電擊、火災、爆炸等危險，不需要切斷電源使供電中斷，供電連續(xù)性和安全性高。但當一相接地時，另外兩相對地電壓將升高為380V，這種過高的對地電壓對單相用電設備的絕緣十分不利，因單相設備的絕緣水平和爬弧距離是按250V 考慮的，其后果是容易引發(fā)第二次故障。若發(fā)生了第二次接地故障，且是不同相的雙重接地短路時，故障點遭受線電壓，故障電流很大，危害很大。為了盡快發(fā)現(xiàn)第一次故障，系統(tǒng)中需要裝設能發(fā)出聲或光信號的絕緣監(jiān)視裝置。IT 系統(tǒng)發(fā)生第一次接地故障不斷電，但要及時消除故障，因此需要較高的管理水平。

IT 系統(tǒng)變壓器二次側中性點不接地或有一點通過高阻抗接地，容易導致變壓器一、二次側之間的絕緣發(fā)生損壞事故，導致一次側的高壓竄入二次側的低壓線路。這種情況容易造成人身觸電事故，甚至引起火災。

盡管IT 系統(tǒng)有供電連續(xù)性和安全性高的優(yōu)點，但由于其故障維護管理較為復雜，再加上變壓器絕緣易損壞等問題，其應用受到限制。在我國，IT 系統(tǒng)主要適用于不間斷供電要求較高和對接地故障電壓有嚴格限制的場所，如醫(yī)院手術室、礦井下、鋼鐵廠以及有防火防爆要求的場所。

4 結語

綜上所述，每種接地型式都各有優(yōu)缺點，應根據工程的不同情況，選用適當的接地系統(tǒng)。通過本文的深入分析，可為工程中接地系統(tǒng)的選用提供參考信息。