李 偉

機械工業(yè)第四設計研究院建筑工程二院電氣所，河南洛陽 471039

在低壓配電設計過程中，我們通常會接觸到很多接地系統(tǒng)，有TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)、TT系統(tǒng)以及IT系統(tǒng)。那么不同的接地系統(tǒng)各有什么優(yōu)缺點，到底應該選擇哪一種接地系統(tǒng)呢？本文首先介紹一下接地的基礎知識，然后著重介紹在低壓配電設計中如何合理選擇接地系統(tǒng)。

供電系統(tǒng)接地一般指接地理地，即接大地。大地是一個電阻非常低，而電容量無限大的物體。地理地擁有吸收無限電荷的能力，且吸收電荷后仍能保持電位不變，故設定其電位為零，因此大地適合作為供電系統(tǒng)的參考電位體。

任一電壓等級的供電系統(tǒng)都需要處理兩個接地問題：一個是系統(tǒng)內電源端帶電導體的接地；另一個是負荷端電氣裝置外露導電部分的接地。就低壓供電系統(tǒng)而言，前者通常指變壓器、發(fā)電機等中性點的接地，稱作系統(tǒng)接地；后者通常是指電氣裝置內電氣設備金屬外殼、布線金屬橋架等外露導電部分的接地，稱作保護接地。如圖1所示：

圖1

系統(tǒng)接地的作用主要有以下幾點：1）不因系統(tǒng)運行情況的變化波動造成中性點電位的漂移，保證系統(tǒng)繼電保護的可靠性，防止系統(tǒng)震蕩；2）當相線對設備金屬外殼或地故障時，非故障相對地電壓仍等于或接近相電壓。若系統(tǒng)不接地如圖2所示：

圖2

此時非故障相對地電壓為相電壓的√3倍，由于沒有返回電源的導體通路，故障電流僅為極小的線地間的電容電流，保護電器不動作，此時電壓將持續(xù)存在。如無故障相放上碰設備外殼短路，人體接觸電壓將高達380V，電擊致死的危險大大增加，另外高電壓對設備及線路絕緣的安全也是很不利的；3）為地面強大的瞬變電磁場（如：雷擊），使配電線路感應的對地過電壓提供泄放通路，從而減輕電源設備和線路絕緣被擊穿的危險。

保護接地的作用主要有以下幾點：1）降低人體接觸電壓，降低電擊致死危險。如圖3所示，當發(fā)生相線碰設備外殼接地故障，因設備外殼未作保護接地，設備外殼對地電壓為220V，此時人體若接觸此電壓，電擊致死的危險很大。作保護接地后，人碰到設備外殼后，接觸電壓將大大降低，如圖4所示。

圖3

圖4

2）保護接地后，為故障電流Id提供返回電源的通路，因Id比未作保護接地時大大增加，從而使防護電器動作切斷電源成為可能，起到防人身電擊和接地故障火災的作用。

接地系統(tǒng)分TN、TT和IT三種類型，下面介紹一下這些接地系統(tǒng)的文字符號的含義。第一個字母表示電源端與大地的關系。T：電源端帶電導體上的一點與大地直接連接（T是法文“大地”的第一個字母）。I：電源與大地隔離或電源端帶電導體上的一點經高阻抗與大地直接連接（I是法文“隔離”的第一個字母）。第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與大地的關系。T：電氣裝置的外露可導電部分直接接大地，它與電源的接地無聯(lián)系。N：電氣裝置的外露可導電部分通過與接地的電源中性點的連接而接地（N是法文“中性點”的第一個字母）。

前面談到接地系統(tǒng)分TN、TT和IT三種類型，其中TN系統(tǒng)按中性線和PE線的不同組合又分為3種類型：

1）TN-C系統(tǒng)——整個系統(tǒng)內N線和PE線是合一的；

2）TN-S系統(tǒng)——整個系統(tǒng)內N線和PE線是分開的；

3）TN-C-S系統(tǒng)——整個系統(tǒng)內，僅在電氣裝置電源進線點前N線和PE線是合一的，電源進線點后即分開。系統(tǒng)接地的種類有下面圖示5種：

圖5

這5種接地系統(tǒng)各有其特點和優(yōu)缺點，需對每一種接地系統(tǒng)有一定認識，以便正確的予以選用。

1）TN-C系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)內的PEN線兼起PE線和N線的作用，可節(jié)省一根導線，比較經濟。但從電氣安全角度考慮，這一系統(tǒng)存在以下問題：

（1）如系統(tǒng)為單相回路，當PEN線中斷或導電不良時，設備金屬外殼對地將帶220V的故障電壓，電擊死亡的危險很大。如圖所示。

圖6

（2）不能裝用RCD，因PEN線穿過RCD的零序電流互感器，通過相線和PEN線的接地故障電流產生的磁場在互感器鐵芯內互相抵消使RCD拒動。參見上圖。因不能裝用RCD，故不能用RCD來防電擊和接地電弧火災。

（3）中性線上可能出現(xiàn)故障電壓的傳導，危及維修人員的安全。因PEN線含有PE線而不允許被開關切斷，故不能裝設四極開關來保證維修人員的安全。

（4）PEN線因通過中性線電流而產生電壓降，從而使所接設備的金屬外殼對地帶電位。此電位可能對信息技術設備產生干擾，可能再爆炸危險場所內對地打火引爆。

2）TN-S系統(tǒng)

除微量對地泄漏電流外PE線平時不通過工作電流，它只是在發(fā)生接地故障時通過故障電流，故平時其所接設備的金屬外殼電位接近地電位，因此不會干擾信息技術設備，也不會對地打火。比TN-C系統(tǒng)安全，但要全長多敷設一根導線。

3）TN-C-S系統(tǒng)

選用TN-C-S系統(tǒng)時，一般在進入建筑物前采用PEN線，進入建筑物后中性線和PE線分開。這樣TN-C-S系統(tǒng)較TN-S系統(tǒng)節(jié)省了一根自電源到用戶建筑物的一根專用PE線。這一段PEN線上的電壓降使電氣裝置對地上高一△UPEN的電壓。因PEN線進入建筑物后就分開，因此PE線上不再產生電壓降，通過重復接地和等電位聯(lián)結，使建筑物內的電位均升高△UPEN，這樣就消除了所接設備的金屬外殼對地的電位差。在建筑物電氣裝置內，它的安全水平和TN-S系統(tǒng)是相仿的。

由于TN-C-S系統(tǒng)的中性線和PE線是在進入建筑物后才分開的，與TN-S系統(tǒng)相比較，TN-C-S系統(tǒng)PE線和N線之間的電位差就較小，對信息技術設備引起共模干擾的可能就較小。這也是TN-C-S系統(tǒng)較TN-S系統(tǒng)的優(yōu)點之所在。

因TN系統(tǒng)在同一電源供電范圍內，所有的PE線、PEN線都是連通的，因此在EN系統(tǒng)內PE線、PEN線上的故障電壓可在各個裝置間互竄，對此需采取等電位聯(lián)結措施加以防范。因此TN系統(tǒng)不宜用于路燈、施工場地等無等電位聯(lián)結的戶外場所。

4）TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)電氣裝置外露導電部分的PE線與電源端的系統(tǒng)接地無聯(lián)系，各電氣裝置的PE線也互不連通，正常時各電氣裝置的外露導電部分為地電位。而且當電源側或電氣裝置發(fā)生接地故障時，其故障電壓不會像TN系統(tǒng)那樣沿PE線或PEN線在電氣裝置間傳導和互竄而引發(fā)電擊事故。這是TT系統(tǒng)較TN系統(tǒng)的優(yōu)點。

TT系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，一般故障電流較小，不足以使熔斷器或斷路器動作，必須使用動作靈敏高的RCD來切斷電源，這使其保護電器的設置復雜化。另外，在TN系統(tǒng)內PE線引自電源的中性點，當發(fā)生雷電引起的瞬態(tài)沖擊過電壓或電網故障引起的工頻過電壓時，相線和PE線電位同時升高，電氣裝置絕緣承受對地過電壓幅值較小或不承受過電壓；而TT系統(tǒng)的PE線直接引至大地，是大地的零電位，電氣裝置絕緣將承受大幅度的對地過電壓，容易發(fā)生對地絕緣被擊穿或絕緣表面對地爬電等電氣事故，需采取一些措施來防范。

5）IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時由于不具備故障電流返回電源的通路，其故障電流就位兩非故障相的對地電容電流的相量和，其值甚小因此對地故障電壓很低，不至于引發(fā)人身電擊、電氣爆炸和火災等事故，所以適用于危險性大的場所。它在發(fā)生一個接地故障時不需切斷電源而使電源中斷，因此它也適用于對供電不間斷要求高的電氣裝置。

IT系統(tǒng)一般不引出中性線，不能提供照明、控制等需要的220V電源，需設置380V/220V變壓器來提供220V電源，使線路結構復雜化。另外該系統(tǒng)故障防護和維護管理也較為復雜。

通過上面的介紹，對各接地系統(tǒng)的特點已經有了進一步的了解，現(xiàn)在來總結一下：

1）TN-C系統(tǒng)弊大于利，除特殊情況外，已很少采用；

2）在設有變電所的建筑物內一般采用TN-S系統(tǒng)。這是因為如果采用TT系統(tǒng)，就需要設置在電氣上無聯(lián)系的系統(tǒng)接地和保護接地兩個獨立的接地，這在同一個建筑物內事不宜實現(xiàn)的。如果采用TN-C-S系統(tǒng)，則將因PEN線上的電壓降而在電氣裝置外露導電部分上產生不希望出現(xiàn)的對地電壓；

3）在不設變電所的建筑物內優(yōu)先選用TN-C-S系統(tǒng)；

4）路燈、施工場地、農業(yè)等無等電位聯(lián)結的戶外場所，優(yōu)先選用TT系統(tǒng)；

5）危險性大的場所以及對供電不間斷要求高的電氣裝置可采用IT系統(tǒng)。因該系統(tǒng)一般不引出中性線，不能提供220V電源，故障防護和維護管理也較為復雜，再加上其它原因，IT系統(tǒng)的應用也受到了很大的限制。

[1]工業(yè)與民用配電設計手冊.3版.

[2]林瑯.現(xiàn)代建筑電氣技術資質考試復習問答.

[3]王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗.2版.