电气低压配电中的接地系统的研究

　　摘要：为保证设备和人身的安全，供电系统采用的接地方式十分重要。常规的三相三线制(380V)和三相四线制(380/220V)等低压供电系统的接地方式是不严格的。根据国际电工委员会(IEC)规定，低压配电系统按接地方式分为TT系统、TN系统、IT系统。其中TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。为此，有必要就以上各种供电系统及特点进行分析，针对不同供配电需求，选择适当的供电方式进行安全、可靠的供电。

　　关键词：电气; 低压配电; 接地系统

　　1.低压供电系统的接地方式及特点

　　1.1TT方式供电系统

　　TT系统中，第一个符号T表示低压系统电源中性点直接接地;第二个符号T表示负载设备金属外壳和正常不带电的金属部分与大地直接连接(保护接地)，而与系统如何接地无关，在TT系统中负载的所有接地均称为保护接地。

　　TT供电系统的特点如下:

　　(1)当电气设备的金属外壳带电(相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电)时，由于有接地保护，可极大减少触电的危险性。但低压断路器(自动开关)不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。

　　(2)当剩余电流电流较小时，熔断器不一定能熔断，所以还需要剩余电流保护器做保护。

　　(3)因TT系统接地装置耗用钢材多，安装后难以回收，费时费料。现在有的单位施工时采用一根专用保护线，以减少安装接地装置钢材用量。把新增加的专用保护线PE线和中性线N分开。由此，共用接地线与中性线没有电的联系。正常运行时，中性线可以有电流，而专用保护线没有电流。从上面分析可看出，TT系统适用于接地保护很分散的地方。

　　1.2TN方式供电系统

　　TN供电系统是将电气设备的金属外壳与中性线相接的保护系统，称作接零保护系统。这种供电系统的特点如下:

　　(1)当设备出现外壳带电时，接零保护系统能将剩余电流上升为短路电流，该电流很大，实际就是单相对地短路故障，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。

　　(2)TN系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家得到广泛应用。TN方式供电系统中，根据其地线与中性线是否分开分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种。

　　1.2.1TN-C方式供电系统

　　TN-C系统的中性线N与保护线PE是一体的，即在PEN线上连接金属外壳的PE线、N线，以此作为保护接零。除了有正常负荷的电流经过外，PEN线上还会有谐波电流经过，这时用电设备外壳和线路金属管线上将会显现出PEN线上所产生的电压降。如果PEN线断线或相线碰地短路，会出现较高的对地电压。同一台变压器供电范围内的PEN线是连通的，一旦出现故障，其它用电设备很可能会因故障电压沿PEN线传导而被影响，极易引起火灾，严重威胁着用户的生命安全。TN-C系统适合用于三相负荷基本平衡且谐波电流较少的供电环境。而在井下、医疗等有易燃、易爆物品的用电环境中不适宜采用TN-系统。相线的绝缘损坏而碰壳，所承受的电压相当于相线、中性线短路，断路器在最短的时间内切断电路以保护电路不被损坏。所以，对TN-C系统来说，从保护角度出发是否使用剩余电流断路器的保护作用与单纯使用断路器所达到的效果是一样的，只是投资成本和电位有所差别，而如果单纯使用剩余电流断路器会增加额外的资金成本，同时还会在同一段PEN线上的用电设备之间传递高电位。保护接零即中心线接地，如果在接零的系统中发生一相碰壳故障，造成单相短路，此时电流较大，线路会及时作出保护设备的动作，将故障切除，从而免除危险。

　　这种供电系统的特点如下:

　　(1)由于三相负载不平衡，中性线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所连接的电气设备金属外壳有一定的电压。

　　(2)如果中性线断线，则保护接零的剩余电流设备外壳带电。

　　(3)如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。

　　(4)TN-C系统干线上使用剩余电流保护器时，中性线后面的所有重复接地必须拆除，否则剩余电流开关合不上;而且，中性线在任何情况下都不得断线。所以，实用中性线只能让剩余电流保护器的上侧有重复接地。

　　(5)TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。

　　1.2.2TN-S方式供电系统

　　在TN-S系统的中线性N与保护线PE不在一起，是分开的，正常的负荷电流不通过PE线，所以只有在出现故障时，PE线才会产生电位，其它情况下PE线与设备外壳不带电位。所以，TN-S系统常用于民用建筑与精密电子设备的用电环境中。对地故障电压蔓延和相线对地短路引起中性点电位升高问题，而该问题是TN-S系统所不能解决的。TN-S 系统中，经过 N 线的电流带有一下成分：

　　(1)谐波电流

　　当今社会的各类建筑物中的供电系统通常采用直流电子设备以及大量的荧光灯。运行过程会所产生高次谐波，其不仅对电源具有严重的污染作用，而且还会给N 线带来谐波电流，特别是3次谐波电流。根据相关理论的分析，出现在三相中的3次谐波电流会在 N 线上叠加，而叠加后的电流值相当可观。为了防止 N 线上出现叠加的谐波电流超过相线电流而出现的短路，供电过程中在三相四线回路中采用4根截面相等的电线或电缆。

　　(2)单相工作电流

　　N 线上电流的大小与相线上的电流一致，单相工作电流会随着照度标准的变化而发生变化，如果电流越变越大，则很可能会产生严重的后果，所以不容小觑。

　　(3)三相不平衡电流

　　三相不平衡电流是单相负荷的供电系统中必然会出现的情况。而且随着时间的推移，不平衡的现象会随之发展而变得愈加复杂。TN-S系统供电的制定是特别针对三相不平衡用电负荷，从而防止因用电而出现的意外事故。

　　1.3TN-C-S方式供电系统

　　在施工现场临时用电中，前部分是TN-C方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电，则可在系统后部分现场总配电箱中分出PE线，该系统称为TN-C-S供电系统。

　　TN-C-S系统的特点如下:

　　(1)中性线N与专用保护线PE相连通。

　　(2)PE线在任何情况下都不能进入剩余电流保护器。因线路末端的剩余电流保护器动作，会使前级剩余电流保护器跳闸，造成大范围停电。

　　(3)对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相连，PE线上不许安装开关和熔断器，且连接必须牢靠。

　　1.4 PE线的作用及约束条件

　　民用建筑中，常见的低压配电系统主要通过三种方式实现接地。在电气设备与供电系统相连的情况下，低压配电系统设计中把可触及到金属物体的所有电气设备均与保护PE线连接，可以对电气设备与操作人员形成保护。所以，在低压配电系统保护中，PE 线的设置非常重要，通过技术措施实现安全保护。

　　而PE线的设置要求具体包含以下几个方面：

　　(1)载流能力能够达到保护装置灵敏度的要求。

　　(2)载流时的线载温度以及电磁感应强度都应控制在合理范围内，不能存在对建筑物或其内部隐藏的危险，例如火灾或爆炸。

　　(3)由于接地故障电流较小，TT系统接地故障保护的约束条件为RAIA≤50V，条件中的RA指的是可导电部分的接地极电阻，IA指的是保证保护电器在规定时间内切断故障线的动作电流。

　　近几年来，五芯电缆及五线母线槽因为能够满足在TN-S、TN-C-S、TT系统在制式上的要求，而在各类电气工作中被广泛采用，而事实上这些系统只要求提供一条低阻抗的电流通道，并不需要每个出线回路PE线都进行专设。

　　2.TT、TN系统在应用中应注意的问题

　　2.1TT系统中性线不应重复接地

　　在一些供配电工程中，承建部门要求将TT系统中性线做重复接地，其目的是防止中性线断线后中性点漂移带来的三相电压不平衡。实际上，该做法效果有限。

　　2.3农村低压电网不应采用TN-C系统

　　(1)TN-C系统的单相回路内，如果NPE线中断，电气设备外壳可带高达220V的对地电压，威胁人身安全。

　　(2)TN-C系统的三相回路内，如果NPE线中断，不仅使设备失去等电压联结和接地，在三相不平衡时还因“断零”而引起烧坏单相设备事故。

　　(3)TN-C系统NPE线不平衡电流产生的电压，将在电气装置内产生电位差和杂散电流，容易打火和干扰电子设备。

　　3.结语

　　近几年，建筑物的设计越来越复杂，相应的对供电系统提出的了更高的要求，而低压配电中的接地系统作为重要的保护结构，对整体电气工程有着非常重要的意义。综上所述，低压配电接地系统要求根据具体的供电系统而做出正确的选择，而且对于电线、电缆的选择也有着较高的要求，如果不能符合要求将会造成不可估计的后果。所以各单位在进行电气工程安装时必须对低压配电中的接地系统工作给予高度的重视

　　参考文献：

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