某別墅區低壓系統接地形式的探討

宋大偉

(中國建筑設計院有限公司， 北京 100044)

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某別墅區低壓系統接地形式的探討

1工程概況

本工程建筑面積約8萬m2，共有獨棟別墅158棟，分為南、北兩個部分。現以北區為例，北區有別墅87棟，設兩處箱式變電站，箱式變電站低壓出線至地塊內各總配電箱，再由總配電箱出線至小組團內各別墅戶箱。北區總平面示意圖見圖1(圖1中粉色矩形為總配電箱，圓圈為兩處箱式變電站)。

圖1　別墅區(北區)總平面示意圖

2低壓系統接地形式

低壓系統接地型式可分為TN、TT、IT三種。對于單電源系統，TN電源系統在電源處應有一點直接接地，裝置外露可導電部分應經PE接到接地點。TN系統可按N和PE的配置分為：

1)TN-S系統，整個系統應全部采用單獨的PE，裝置的PE也可另外增設接地，見圖2。

圖2　TN-S系統接線圖

2)TN-C-S系統，系統中的一部分，N的功能和PE的功能合并在一根導體中(在裝置的受電點將PEN分離成PE和N的三相四線制的TN-C-S系統)，見圖3。

圖3　TN-C-S系統接線圖

3兩種低壓系統接地形式的比較

3.1TN-C-S系統

3.1.1優點

1)TN-C-S系統從變電所引出三根相線及一根PEN線，在用戶電源進線處做重復接地。在做重復接地時，PEN線必須先接PE母排，然后通過連接線接中性母排。這種接地形式可以為從箱式變電站引出的低壓電纜節省一個專用的PE線，降低了一些成本。

2)TN-C-S系統的中性線和PE線是在低壓電源進線處才分開，不同于TN-S系統在變電所出線就將兩者分開，所以低壓用戶處TN-C-S系統中心線對PEN線的共模電壓小于TN-S系統。

3)由于在進線處才分出PE線，當戶內用電設備發生接地故障時，大大降低了人體接觸帶電設備的預期接觸電壓(與圖6所述相似)。

3.1.2缺點

1)由于TN-C-S系統在進線處做了重復接地，PEN線需分為N線與PE線。根據GB 50054-2011《低壓配電設計規范》3.2.12條“當從電氣系統的某一點起，由保護接地中性導體改變為單獨的中性導體和保護導體時，應符合下列規定：

1 保護導體和中性導體應分別設置單獨的端子或母線；

2 保護接地中性導體應首先接到為保護導體設置的端子或母線上；

3 中性導體不應連接到電氣系統的任何其他的接地部分。”

在PEN線改為中性導體與保護導體的施工過程中，如果PEN線先接到中性母排再接出PE母排，此時若發生連接板導電不良的狀況，則整個裝置內設備都會失去PE線的接地保護，但設備仍能正常工作，使得存在的不接地隱患不易被發現，這對用戶來說是十分危險的。在做重復接地時，若對重復接地電阻阻值要求較低，不但對接地安全幫助不大，還增加了施工難度和不必要的投入成本，詳見圖4。

圖4　TN-C-S系統PEN線入戶后分開為中性線與PE線的接線圖

2)由于電氣裝置在進線處做了重復接地，整個系統變成了兩點接地，使供電范圍內中性線電流可通過不正規的并聯通路返回電源側，產生了雜散電流。雜散電流流經大地時會對地下的各種金屬管道或鋼筋造成一定的腐蝕，嚴重時還會導致電源進線處的總漏電保護器誤動作或拒動作。

3.2TN-S系統

3.2.1優點

1)不需要在電源入戶處做重復接地，杜絕了因PEN線引出N線和PE線時先后順序不當帶來的觸電危險。

2)可以預防因施工中PE線與中性線接反，形成雜散電流導致RCD的誤動作。

3.2.2缺點

1)多用了一根專用PE線，增加了一些投資。

2)從變壓器出線至用電設備這段線路較長，PE線阻抗較大，當戶內用電設備發生接地故障時，人體接觸接地故障設備的金屬外殼時的預期接觸電壓值會較高，觸電后對人傷害較大。詳見圖5～6。

低壓系統接地型式為TN-S時，因為配電線路很長，Zab(從變壓器引出后至用戶用電設備的保護線阻抗)值很大，當設備發生接地故障時，人體預期接觸電壓U(U=Id·Zab)較大，會超過50V，對人危害較大，見圖5。

圖5　TN- S系統用電設備發生接地故障時預期接觸電壓示意圖

圖6　TN- S系統做總等電位后，用電設備發生接地故障時預期接觸電壓示意圖

3.3等電位聯結的應用

低壓系統接地形式為TN-S，但在電源進線處做總等電位聯結時，電源進線處PE線與MEB箱連通，使得人體預期接觸電壓降低為電源進線處至故障電氣設備的PE線上的Id產生的電壓降。接觸電壓遠低于不做總等電位時的接觸電壓，較為安全(見圖6)。但接觸電壓仍可能高于50V，因此在對于人能觸及到的家用電器(插座)回路必須配合開關防護電器(剩余電流動作保護電器)。在發生接地故障時，自動切斷電源來預防電擊危險，并且在戶內淋浴間等潮濕場所結合局部等電位聯結保證安全。

4其他

為達到設計及驗收規范中對建筑接地電阻阻值的要求，有條件可以將就近的別墅接地網用40×4的鍍鋅扁鋼連接起來，將整個別墅區連成一個整體接地網。這樣接地電阻值很容易達到規范的要求。本工程實測接地電阻阻值約為0.5Ω，詳見圖7。

圖7　別墅區(北區)接地網平面圖

將整個別墅接地網連通后，可以將箱式變電站及其負責供電的別墅考慮為一個共同接地的“建筑”,這也符合TN-S系統設置的要求。

5結束語

電氣設計中，合理選擇低壓系統接線形式對低壓配電安全及防電擊非常重要。在選擇合適的接地系統的同時，必須要配合等電位聯結的使用，這樣才能在使用用電設備時更加安全可靠。綜上所述，筆者認為分散的獨棟別墅低壓系統接地形式宜采用TN-S系統并在電源進線處做總等電位聯結。以上為筆者的一些體會理解，如有不當之處，還請各位同仁、前輩批評指正。

參考文獻

[1]GB/T 50065-2011 交流電氣裝置的接地設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[2]GB 50054-2011 低壓配電設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[3]王厚余.建筑物電氣裝置600問[M].北京：中國電力出版社，2013.

Discussion on the Ground Forms of Low Voltage System of a Villa District

Song Dawei

宋大偉

(中國建筑設計院有限公司， 北京 100044)

摘要對某別墅區分別采用TN-C-S及TN-S的低壓接地系統進行了優缺點分析。強調了進線處做總等電位聯結對發生接地故障時降低人體觸電危險的重要性。

關鍵詞接地電阻接地極總等電位聯結

AbstractThe following problems which earthing types of low-voltage power network of villa program are discussed. The importance of reducing the risk of electric shock when the equipotential bonding has done in grounding fault is stressed.

Keywordsearthing resistance, earth-electrode, equipotential bonding