電氣系統的接地分析

摘要：如果在不同場合接地系統選用不當，將導致某些電氣事故的發生，也可能影響電氣裝置的正常功能，造成人身傷害或經濟損失。我國目前接地系統還有許多值得研究的問題，文章就這些問題進行了分析。

關鍵詞：接地；TN系統；TT系統；IT系統；電氣系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM752 文章編號：1009-2374（2016）05-0135-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.068

TN-C系統存在著各種各樣的不足，TN-S、TN-C-S以及TT、IT系統得到了廣泛采用。TN-S系統適用于設有變電所的某些建筑、場所。TN-C-S系統宜用于不附設變電所的建筑。TT系統適用于戶外場所，例如胸腔手術這類對供電不允許意外停電的場所采用IT系統最佳。

1 TN-C系統、TN-C-S系統、TN-S系統分析

TN-C系統本身存在著很多缺陷，比如說PEN線的斷裂會導致嚴重的不良后果，失去PE功能，對人身安全起不到保護作用或使單相用電設備被高電壓燒壞等。雖然PE與N線同用一根線能節約成本，但是這不是關鍵的，所以加大PEN線截面不讓其斷裂是必須的，這也會導致加大成本。

如圖1所示，圖中三相四線回路中，L1不接負荷，L2帶120W負荷，L3帶20W負荷，單相負載十分不平衡，在中性線存在的情況下，由電工理論公式可知，存在中點位移電壓，如果各單相負載平衡則不存在中點位移電壓，由于變壓器每相繞組電壓220V，基本變化很小，三根相線的電壓降不會超過5%，所以各單相負荷不平衡是不會燒壞單相用電設備的；三相負荷，根據制造要求，三相負荷本身要保證平衡的，中性線無電流，有電流也只是諧波電流及三相對地電容電流，因此幾乎就不存在中性點電壓出現大的漂移，所以對于三相負荷有無中性線均可以，在工程設計中，一般情況下，Y型用電設備也不接中性線。單相不平衡負載如果N（PEN）線因故障斷掉，則R1與R2串聯在L2與L3之間，由于功率與電阻成反比，R1∶R2=1∶6，串聯之后，R1分得電壓為54V，R2分得電壓為326V，則L3所帶設備很快就會燒壞。OL1、OL2、OL3做空間相量圖，O'為L2與L3直線連線上的一點，O'L2為54V，O'L3為326V，計算可知O'L1的相電壓高達356V。OO'之間電壓高達175V，零點嚴重漂移。如果負載是燈具或則電視機之類的家電，使用壽命將大大縮小，由公式表明，假如可以使用1000h的燈，在電壓升高至額定電壓的1.5（326/220）倍時，燈具使用壽命將降低到1000的1/248，即4h，對于電動機負載，如果電壓過高鐵損增加而發熱，電壓過低銅損增加而發熱，這都會導致絕緣老化。

TN-S系統的接地導線與N線不是合二為一的，正常情況下，PE線是不帶電流的，也不會存在電壓降。而TN-C系統由于兩根線在某處合成了一根線，中性線電流也會通過接地線，這就會使PE線存在壓降，如果沒有等電位聯結，TN-C-S系統就會存在安全隱患，但是現在建筑都是進行了等電位聯結，等電位聯結點就在進入建筑物前的總配電箱處。無論是TN-C-S系統還是TN-S系統，在建筑物電源進線處都配有總配電箱，總配電箱的PE母排都進行了總等電位聯結，在進入建筑物之前TN-C-S系統的PE與N線是一根線，進入建筑物后通過總配電箱再分開，人站的地方的電位與等電位聯結系統的電位是一樣的，對于TN-C-S系統和TN-S系統來說，此時如果發生碰殼故障，人的接觸電壓都是殼到等電位聯結處這一段壓降，人的接觸電壓相等，因此在具有等電位聯結的情況下，這兩種系統對于防接觸電壓都有同樣功能。

TN-C-S系統在具有變電所的建筑內會對電氣設備造成干擾，因為該系統有一段線路是PE線與N線合為一根線，這就會因為N線電流流向PE所連設備，對設備正常工作帶來不良影響，這種情況TN-S系統是最好的選擇。而對于一些信息技術設備來說，要使其工作在最優的狀態，對其端子共模電壓有嚴格要求，TN-C-S系統存在一段PE線與N線共用一根線，這就可以避免PE線電壓與N線電壓不一樣，所以這兩種系統各有千秋。

關于TN系統的PEN線接地還需要進一步說明一下，PEN如果接地不恰當的話，很可能就會產生雜散電流，比如說PEN多點接地，那么就會形成與中性線成并聯的電路，自然的就會有一部分電流不經過中性線而直接通過并聯通路回到電源點，這一部分電流就是我們常說的雜散電流，雖然這部分電流極其小，但它也可引起電氣火災、腐蝕地下金屬部分、磁場干擾等。正因為此，要求PEN線要采用絕緣線且只可以一點接地。

TN-S系統在變壓器中性點出線處存在很短一段大截面PEN線，阻抗值非常小，進而這段PEN線也可以忽略不計，整個配電系統我們可以看作是一個電源點，那么TN、TT系統都可以從這個電源點引出，為了簡化畫圖，在某些資料里，我們能看到電源中性點是直接一根線接地，那只是示意而已。為了防止雜散電流，實際上是不會直接接地的。

2 TN系統與TT系統比較

TN系統存在一個無法避免的缺點，整個系統都是同一根PE線，如果某一處發生故障，則該電壓會傳導到別處引起多點故障，如圖2所示。TN系統發生單相接地故障時，在沒有做等電位聯結的情況下，故障電流為Id=U/（RB+RE），為電源單相電壓，雖然較大，但是不會大到讓過電流保護器動作。又因為在整個線路都能感觸到，對別的非故障處也會造成事故，接觸電壓，如果小于等于50V，這倒無妨，如果大于50V，那就存在危險了，但是建筑內進行了總等電位聯結，=0V，就不會發生電擊傷害，所以TN系統做總等電位聯結是十分必要的。如果TN系統不僅給戶內供電，還給戶外用電設備進行供電，由于條件限制，戶外不做等電位聯結，那就會有的危險。在戶外既然不具備等電位聯結的條件，那么TT系統將是最佳選擇，將設備外殼直接接地，這就避免了戶外無等電位聯結場所PE線會傳導故障電壓的隱患，這是TT系統與TN系統相比的優點，但是必須為TT系統設置RCD保護來切斷幅值小的接地故障電流，這也使得保護變得復雜化。當出現圖2所示單相接地故障時，TT系統。

當然，不是說TN系統就一定不能用于戶外無等電位聯結處所，通過驗算，只要符合要求也是可以的。如圖2所示，時，那么沒有電擊危險，則戶外采用TN系統也是可以的。忽略回路導線和變壓器阻抗，經過推導，可得下式：

式中：為計及與并聯的其他接地電阻，例如重復接地的電阻。如果，則滿足上式，得，而是隨機的，所以不是一個定值，比如4Ω或10Ω這都有些欠妥，但是保證越小，電擊危險就越小。由于無法保證的值，那么采用TT系統為戶外無等電位聯結系統供電是最佳選擇。

3 IT系統分析

如圖3所示，電源端除設備外殼接地外，中性點不作接地，當發生如圖所示的故障時，即發生碰外殼漏電故障時，在電路里電流不能通過導線回到電源，只能通過電容電流回到電源，而這個電容電流是其他兩相導體對地的電容電流，其值為：。式中：為頻率，即50Hz；為線間電壓，380V；C為每一非故障相導體對地電容，F。和C很小，故障電壓，符合標準，該電壓的能量有限，即使出現電弧、電火花，也不足以使回路保護電器動作而切斷電源，但是出現第一次接地故障時，絕緣監測器IMD要報警，以提示維護人員排除故障，當發生第二次接地故障時，系統就會跳閘。正因為第一次故障不跳閘且接地故障電壓小，IT系統適用范圍越來越廣，特別適用某些特殊場所。

在IT系統里我們是看不到中性線的，這是因為IT系統強烈不推薦引出中性線。IT系統最大的優點之一就是不會因為第一次故障而停電，使重要用電設備繼續運行，如果有了中性線，那么發生中性線接地故障時，IT系統就變成了TT系統。當發生接地故障時，IT系統就會按照TT系統的保護來進行切斷電源，就會失去IT系統的作用，使得重要設備失電導致極其嚴重的后果。沒有中性線，就沒法取得220V電源，這就需要二次變壓措施或別的辦法，導致成本加大，經過研究，IT系統某一相接地故障，另外兩相對地電壓會升高到相電壓的1.732倍，這對設備的絕緣要求高，也間接地增加了總成本。

4 結語

無論采用哪種接地型式，都需要了解其優缺點及其特性，了解各種接地型式的應用場所，針對不同場所要采用相應的接地型式。各種接地型式在通過特殊處理之后，也能運用到其他接地型式所用場所。接地系統是電氣系統里的一大難點，要善于運用，合理運用，才能減少電氣事故的發生，避免人員電擊、財產損失。

參考文獻

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[3]任元會.工業與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

作者簡介：楊雪林（1981-），男，四川人，一重集團大連工程建設有限公司工程師，碩士，研究方向：電氣供配電系統、電氣自動化控制系統設計與研究等。

（責任編輯：蔣建華）