各種低壓供電系統安全性對比研究

王維

[摘要] 本文對各種低壓供電系統IT、TT、TN進行比較分析，從接地保護或接零保護、供電系統保護裝置的使用這兩個方面討論，并比較了各種供電系統安全性。在此基礎上，分析供電可靠性、經濟性、管理要求及適用領域，并通過綜合對比對各個供電系統的安全性進行排序。

[關鍵詞] 接零與接地保護保護裝置供電安全性

引言

我國根據國際電工委員會（IEC）標準統一規定分為：IT系統、TT 系統、TN 系統。其中 TN 系統又分為TN-C、TN-S、TN-C-S 系統。各類系統有以下特點:IT系統的中性點不接地；TT系統的中性點接地；TN系統中使用保護零線。對于各種系統安全性的比較可分為兩個層次，一是各系統的基本安全性，再就是保護裝置的使用。系統的綜合安全性、供電可靠性以及對技術管理的要求等決定了我們在實際中對于某一供電系統的選擇及安全措施的采取。

1.接地保護或接零保護的作用分析

1.1在IT系統中的作用

一般線路與大地間形成的容抗為10～1000kΩ/km，設備端人與接地電阻并聯電阻可忽略不計。因此IT系統漏電流大小取決于線路，與設備端接地電阻大小無關。實際上，人與設備的接地電阻并聯，因而反比例分配漏電流，所以降低接地電阻是降低人體承擔漏電流的關鍵。IT系統漏電流一般在一毫安到數十毫安之間，可能超過致命心顫電流（50mA），所以必須通過設備外殼接地分擔經過人體的漏電流。 IT系統接地電阻要求小于4Ω，而人體電阻在進行電氣安全計算時一般取1kΩ，加之與地面間的電阻，人體承擔的漏電流一般不會超過總漏電流的4‰，經過人體的漏電流一般不會超過1mA很安全。

1.2 在TT系統中的作用

TT系統發生碰殼故障后，漏電流經過設備端接地體、大地和中性點接地體回到中性點。導線電阻不計，加之人體電阻和地面電阻遠大于設備接地電阻，那么220V相電壓由中性點接地電阻和設備接地電阻分擔，如果二者相等，那么設備端接地電阻電壓降為110V，仍是致命的。但如果設備外殼沒有接地，人又處于惡劣用電環境，此時地面電阻及中性點接地電阻均遠小于人體電阻，那么人體承擔的電壓接近220V。通過接地保護，降低觸電的致命性。

1.3 TN系統的基本安全性

TN系統的碰殼后故障電流經保護零線形成回路，如果保護零線與相線采用同樣的導線，那么設備外殼對地電壓為220V相電壓的一半。與TT系統相同，如果設備沒有與保護零線相連，人體觸及故障設備外殼時將有可能承受220V相電壓。保護接零雖然將觸電的危險性降低了，但并沒有降至安全電壓50V以下。

實際上對TN系統的保護零線都要求進行重復接地。首先，重復接地可進一步降低TN系統碰殼后外殼對地電位，降低保護零線上的電壓降，危險性被進一步降低。其次，當TN系統相線斷開發生短路時,故障電流造成了中性點電位升高，PE線電位隨之升高，重復接地以后,由于設備外殼和裝置外導電部分以及地面的電位同時升高,從而有效降低PE線對地電壓,減少危險。另外，重復接地還有安全冗余的作用。

2.供電保護裝置的使用

最常用供電兩種保護裝置是過流斷路器和剩余電流斷路器（RCD），二者均為自動斷電保護裝置。前者主要用于保護設備與線路，后者主要用于保護人。

2.1 IT系統保護裝置采用

IT碰殼故障電流是依靠大地與線路間電容形成回路的，因此，在變壓器端安裝RCD是沒有意義的。由于IT系統本身碰殼故障漏電流小，要么沒有足夠的漏電流驅動RCD，要么在安全情況下，還自動斷開電路，反而降低了系統供電的可靠性，所以在設備端IT系統不應安裝RCD。所以要采用過流保護裝置，在發生系統過載或發生相線間短路時，能自動切斷電源。

2.2 TT系統保護裝置的采用

TT系統部分借助大地形成故障電流回路，取系統中性點接地電阻和設備外殼接地電阻均為4Ω，忽略導線電阻，那么發生碰殼故障時形成的漏電流為27.5A。這樣的電流往往不能有效的驅動過流保護裝置動作，從保護人的角度而言，不可用過流斷路器來保障人的安全。不過這樣的電流已非常有效地驅動漏電保護裝置，因此，在TT系統中，采用RCD是保障人身安全的必備裝置。而且，在變壓器端、中間線路、設備端可安裝多級漏電保護裝置。

2.3 TN系統保護裝置的采用

TN系統借助保護零線形成故障電流回路，故障電流遠大于TT系統，因此，TN系統不但可以更迅速斷開電路，而且具備過流和漏電雙重保護。

對于TN-C、TN-C-S 由于存在保護零線和工作零線共用問題，所以在此兩個系統中無法在干線上使用RCD，而只能在支線或設備末端使用RCD。而TN-S系統保護零線與工作零線分開，所以可在干線及設備端多級使用RCD，因此，在三種TN系統中， TN-S系統能更有效地利用漏電保護裝置提高安全性安全性最高。

3.各類系統的技術管理要求

IT系統由于故障電流非常小，所以需采用專門的裝置對系統故障情況及絕緣情況進行監測。從管理角度應加強對設備接地電阻的控制。相對其它系統而言，該系統對技術管理的要求是中等水平的。

TT系統技術管理的關鍵是利用好漏電保護裝置。由于各個設備或建筑物單獨設置接地保護線，系統各設備間的關聯性不強，所以TT系統的對技術管理要求最低，最便于管理。

TN系統的保護零線（PE線）由變壓器的中性點引出，必須保障其在各個環節上不斷開才能有效發揮作用。同時還要避免接地保護和接零保護混用，那將導致接地設備碰殼后所有接零設備均處于危險狀態。由于TN系統中各設備安全具有很強的關聯性，所以TN系統對技術管理的要求也是最高的。

4.各供電系統的適用領域

IT 方式供電系統在供電距離不是很長時，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場所，或者是要求嚴格地連續供電的地方。IT系統最典型的應用就是用于礦山，在井下如果供電中斷，將無法及時排出瓦斯和地下水，會形成重大安全事故危險。而TT和TN供電系統都是通過立即切斷供電來確保安全，因此不適合這類場所。

由于TT系統保護接地分戶設置這個最大特點，在一座建筑物共享一個接地，且可多級甚至對單個設備進行漏電保護，用戶間對安全的相互影響小，對技術管理要求最低，所以最適用于農村或城市居民這樣的散戶的公共用電。

TN系統，尤其是TN-S供電系統安全可靠，適用于工業與民用建筑等低壓供電系統。在工程施工期間必須采用 TN-S 方式供電系統。具有高效自動斷電保護功能，安全性較高，但對技術管理要求也高，所以，適合于建筑工地、工廠這類等危險性較高而又有專門人員統一技術管理企業單位。

5.結論

通過分析在比較了各類系統的安全性和保護裝置以及應用領域，各類供電系統的安全性、可靠性等因素后得出：IT系統基本安全性最高，供電可靠性最高，因此在各個系統中，具有最高的綜合安全性。TT系統主要靠漏電保護裝置保障人的安全，故障電流借助大地形成，小于TN系統故障電流，因而自動斷電靈敏度低于TN系統，其綜合安全性最低。TN系統主要依靠保護零線形成故障電流，故障電流大，能有效驅動漏電及過載雙重保護裝置，自動斷電靈敏度最高，安全性中等。而三種TN系統中，TN-S系統可進行多級漏電保護，安全性最高，其次是TN-C-S系統，最低是TN-C系統，各系統安全性比較見附表。