配電系統安全保護模式的選擇應用

[摘 ?要]本文簡述了當前我國低壓配電網中存在的各類保護接地與保護接零系統的線路模式，指出了當前我國低壓配電網中接地與接零保護系統存在的安全問題，并提出了低壓配電網正確選擇保護接地與保護接零系統的方法。本文對規范使用保護接地與保護接零系統，提高低壓配電網的本質安全化水平及安全用電工作具有重要的指導作用。

[關鍵詞]保護接地 ?保護接零 ?低壓配電網 ?IT系統 ?TT系統 ?TN系統 ?剩余電流保護器（RCD）

中圖分類號：TM 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）27-0005-03

1. 引言

在實際生產和生活中人們接觸最多的是線電壓為380V、相電壓為220V的低壓配電網，所以低壓配電網最易發生人身觸電事故或設備事故，而保護接地與保護接零是低壓配電網防止人身觸電事故、保證電氣設備正常運行的重要安全技術措施，應用十分廣泛。但是在實際生產和生活中，保護接地與保護接零的應用存在著許多不規范或錯誤之處，有可能危及人身或設備安全，下面就這方面的問題作一探討。

2.保護接地與保護接零系統的模式

保護接地與保護接零在本質上都是為了防止電氣設備金屬外殼意外帶電而造成人身或設備事故，但兩者的保護原理有所不同。保護接地的基本原理是限制漏電設備對地的泄漏電流，使其不超過某一安全范圍，一旦超過某一整定值保護器就能自動切斷電源;保護接零的原理是借助接零線路，使設備在絕緣損壞后碰殼形成單相金屬性短路時，利用短路電流促使線路上的保護裝置迅速動作，斷開電源。根據低壓配電網線路結構的不同、接地接零保護方式的差異可將低壓配電網的保護接地與保護接零系統分為以下三個模式：

2.1 IT系統

IT系統是三相三線式接地系統，該系統變壓器中性點不接地或經高阻抗接地，無中性線N，只有線電壓（380V），無相電壓（220V），保護接地線PE各自獨立接地。該系統適用于各種不接地電網。如圖1，其作用

原理是當設備金屬外殼意外帶電時，

將其對地電壓限制在安全范圍以內，

消除或減少觸電的危險。該系統的優點是當一相接地時，不會使外殼帶有較大的故障電流，系統可以照常運行。缺點是不能配出中性線N 。因此它是不適用于擁有大量單相設備的場所的。IT系統主要用于各種不接地配電網。

2.2 TT系統

通常稱TT系統為三相四線接地系統。該系統常用于建筑物供電來自公共電網的地方，即用于未裝備配電變壓器，從外面引進低壓電源的小型用戶。TT系統的特點是中性線N（工作零線）與保護接地線PE無一點電氣連接，即中性點接地與PE線接地是分開的。

2.3 TN系統

目前，我國地面上低壓配電網絕大多數都采用中性點直接接地的三相四線配電網。在這種配電網中，TN系統是應用最多的配電及防護方式。TN系統為電源變壓器中性點直接接地，用電設備金屬外殼接中性線的接零保護系統。在這種系統中，當某一相線直接連接設備金屬外殼時，形成單相短路。短路電流促使線路上的短路保護裝置迅速動作，在規定時間內將故障設備斷開電源，消除觸電危險。

如圖4所示，TN系統又分為三相五線中性線與保護導體分開的TN-S系統、三相四線制中性線（N）與保護導體合一的TN-C系統及混合的TN-C-S系統。各自的特點分別為：

2.3.1 TN-S是一個三相四線加PE線（三相五線制）的系統。如圖4（a），通常建筑物內設有獨立變配電所時進線采用該系統。TN-S系統的特點是，中性線N（工作零線）與保護接地線PE（電氣上通常所說的“地”，其含義實際上是泛指零電位的地方，PE線是用于電氣設備金屬外殼和零電位連接的保護專用線，故也稱作專用保護零線）除在變壓器中性點共同接地外，兩線不再有任何的電氣連接。N線是帶電的，而PE線不帶電。該系統完全具備安全和可靠的基準電位，可較安全地用于各種場所中，因其安全程度高，世界發達國家應用較廣，在我國也越來越被廣泛使用。尤其是爆炸危險性較大或安全要求較高的場所應采用該系統。也適用于供電給數據處理設備和精密電子儀器設備的配電系統，如計算機等。

2.3.2 ?TN-C系統被稱之為三相四線系統，該系統中性線N（工作零線）與保護接地線PE（保護零線）合二為一，通稱PEN線。如圖4（c），這種系統對故障靈敏度高，線路經濟簡單，適合用于三相負荷基本平衡的工業企業。

2.3.3 ?TN-C-S系統由兩個接地系統組成，第一部分是TN-C系統，第二部分是TN-S系統，分界面在N線與PE線的連接點。如圖4（b），該系統一般用在建筑物的供電由區域變電所引來的場所，如廠區設有變電站，低壓進線的車間可采用該系統。進戶之前采用TN-C系統，進戶處做重復接地，進戶后變成TN-S系統。TN-S系統的特點是：N線與PE線在進戶時共同接地后，不能再有任何電氣連接。該系統中，N線常會帶電，PE線沒有電的來源。PE線連接的設備外殼及金屬構件在系統正常運行時，始終不會帶電。因此TN-S接地系統明顯提高了人及物的安全性。同時只要我們采取接地引線，各自都從接地體一點引出，及選擇正確的接地電阻值使電子設備共同獲得一個等電位基準點等措施，那么TN-C-S系統可以作為各種建筑物和工礦企業的一種接地系統。

3. 當前低壓配電網用戶端保護接地（零）的使用現狀

部分電力用戶在保護接地與保護接零系統的模式選用上不是很重視，無論是城鎮農村居民、辦公大樓還是廠礦企業、施工臨時用電等電力用戶，其中許多用戶對各種保護系統的知識掌握不夠，適用范圍不清楚，使用不規范，保護系統存在許多安全隱患。

我們知道，我國的辦公或家用電器大多采用三芯電源線配三腳電源插頭或四芯電源線配四腳電源插頭，對于三相四線制的電器設備，電器外殼會另附一根黃綠兩色的保護接地線，以便在電器工作時實行保護接地。由于現行的公用配電網絡中，并沒有采用統一專用的接地（或接零）線與之相適應。同時，每一個用戶并不是都具備這方面的專業技術知識，再加上城鎮居住條件的客觀環境、房屋配電系統設計施工的不規范、供電部門的安全宣傳管理不到位等因素的限制或影響。對于一般的電力用戶來說，要想真正能夠正確有效地實施保護接地，并不是一件容易的事。因此，大多數的用戶在產品買回去后，往往都是將產品設計中要求使用的保護接地線棄而不用。有些即使采取了一定措施，使用了保護接地線，也往往很難達到規程要求的技術標準，存在著諸多的不安全因素，甚至因此反而埋下了許多事故隱患。這樣一來，產品中原本是為了用戶安全使用電器，而必須要求用戶采用的保護接地，反而變成了擺設和累贅。

在廠礦企業中，一般都是采用三相四線制，部分采用三相三線制配電系統，由于廠礦企業的工程技術人員較多，安全保護模式的選用比居民用電要規范得多，但并非所有技術人員對此都很重視和了解，故在實際使用中仍存在一些不規范或錯誤之處。如：未采用保護接地或接零;接地電阻不合要求;沒有重復接地;接地接零不規范等。

國家要求基建施工現場及臨時線路，一律實行三相五線制供電方式即TN-S系統，做到保護零線PE線和工作零線N線單獨敷設。但是在施工現場，相當一部分施工單位并未按照這個要求去做，而是采用三相四線制TN-C系統，即使采用了三相五線制TN-S系統的，也存在不規范的地方如專用保護零線PE線未采用黃綠雙色線等。

4. 各類接地與接零保護系統的選擇

4.1 正確選擇各類接地與接零保護系統

實踐證明，采用接地保護和接零保護系統是當前我國低壓電力網中行之有效的安全保護措施。由于各類不同的保護系統使用的客觀環境不同，因此如果選擇使用不當，不僅會影響用戶使用的保護性能，還會影響電網的供電可靠性。那么作為低壓配電網絡中的電力用戶，如何才能正確合理地選擇和使用各類保護系統呢？

如果用戶所在的公用配電網絡是三相三線制系統，用戶應該統一采取IT接地保護;

如果用戶所在的公用配電網絡是三相四線制系統，則應采用保護接零系統即TN系統，也就是TN-S、TN-C或TN-C-S其中之一，當然電氣設備外殼同時接地也是可以的，其前提條件是電氣設備外殼必須進行保護接零。

在這里需要說明的是用戶所在的公用配電網絡是三相四線制時，一般情況下，不能采用TT系統，即不能單純采取保護接地措施。因為在這種系統中當某一相線直接連接設備金屬外殼時，其對地電壓幾乎不可能限制在安全范圍內，對于一般的過電流保護實現速斷也是不可能的。其原因前面2.2中已有詳細論述。

如果用戶所在的公用配電網絡是三相五線制系統，那無疑TN-S系統是最好的選擇。

4.2 規范并采用高安全度的接地保護與接零保護系統

凡是新建、擴建、企事業、商業、居民住宅、智能建筑、基建施工現場及臨時線路，應該實行三相五線制供電方式，做到保護零線和工作零線單獨敷設。對現有企業應逐步將三相四線制改為三相五線制供電。為實現這個目標，應規范用戶受電端建筑物內的配電線路設計、施工工藝標準和要求，通過對新建或改造的用戶建筑物的室內配電部分，實施以局部三相五線制或單相三線制，取代TT或TN-C系統中的三相四線制或單相二線制配電模式，可以有效實現用戶端的安全保護。所謂“局部三相五線制或單相三線制”就是在低壓線路接入用戶后，用戶要改變原來的傳統配線模式，在原來的三相四線制和單相二線制配線的基礎上，分別各增加一條保護線接入到用戶每一個需要實施接地（或接零）保護電器插座的接地線端子上。為了便于維護和管理，這條保護線的室內引出和室外引入端的交匯處應裝設在電源引入的配電盤上，然后再根據用戶所在的配電系統，分別設置保護線的接入方法。

對于基建施工現場及臨時線路，要按照國家標準《施工現場臨時用電安全技術規范》的要求，供電系統嚴格實行三相五線制，即采用TN-S系統。

5. 使用各類接地與接零保護系統的要求

5.1 提高廣大電力用戶對配電保護系統重要性的認識和知識水平

政府有關部門和廠礦企業應加強對電力用戶和群眾用電安全知識的學習和教育，培養合格的電氣工程技術人員，使其掌握電氣安全技術知識，同時在群眾中普及安全用電常識，提高電氣工程技術人員和群眾的安全意識。

5.2 做好IT系統的等電位聯接

在不接地IT配電網中，即使每一用電設備都有合格的保護接地，但各自的接地裝置是互相獨立的，經分析計算，兩臺設備的對地電壓一般均在190V左右，這種電壓能給人以致命的電擊，這種狀態是十分危險的。如果像圖中虛線那樣，進行等電位聯結，即將兩臺設備接在一起（或將其接地裝置聯成整體），則在雙重故障的情況下，相間短路電流將促使短路保護裝置動作，迅速切斷兩臺設備或其中一臺設備的電源，以保證安全。如確有困難，不能實現等電位聯結，則應安裝漏電保護裝置。

5.3 接地電阻應符合標準

因為故障對地電壓等于故障接地電流與接地電阻的乘積，所以，各種保護接地電阻不得超過規定的限值。對于低壓配電網，如配電容量大于或等于100KVA，由于分布電容很小，單相故障接地電流也很小，限制電氣設備的保護接地電阻不超過4Ω即能將其故障時對地電壓限制在安全范圍以內;如配電容量在100KVA以下，由于配電網分布范圍很小，單相故障接地電流更小，限制電氣設備的保護接地電阻不超過10Ω即可滿足安全要求。

5.4 規范重復接地

TN系統中，中性線上除工作接地外，其他點的再次接地稱為重復接地。重復接地具有以下作用：減輕PE線或PEN線意外斷線或接觸不良時接零設備上電擊的危險性;減輕PEN線斷線時負載中性點“漂移”。TN-C系統的零線斷開后，如斷線后方有不平衡負荷，則負載中性點發生電位“漂移”，使三相電壓失去平衡，可能導致接在一相或兩相上的用電器具燒壞。同時可以進一步降低故障持續時間內意外帶電設備的對地電壓，縮短漏電故障持續時間，所以應十分重視重復接地。

按照國家規定，以下處所應裝設重復接地：架空線路干線和分支線的終端、沿線路每間1km處、分支線長度超過200m的分支處;線路引入車間及大型建筑物的第一面配電裝置處（進戶處）;采用金屬管配線時，金屬管與保護零線連接后做重復接地;采用塑料管配線時，另行敷設保護零線并做重復接地。當工作接地電阻不超過4Ω時，每處重復接地電阻不得超過10Ω;當允許工作接地電阻不超過10Ω時，允許重復接地電阻不超過30Ω，但不得少于3處。

5.5 正確利用和裝設接地裝置

接地裝置由接地體（極）和接地線組成。接地體分為自然接地體和人工接地體;相應地，接地線也分為自然接地線和人工接地線。

用于其他目的，埋設在地下的金屬管道（有可燃或爆炸性介質的除外）、金屬井管、與大地有可靠連接的建筑物及構筑物的金屬結構、水工構筑物及類似構筑物的金屬樁等自然導體均可用作自然接地體。

建筑物的金屬結構（梁、樁等）及設計規定的混凝土結構內部的鋼筋、生產用的金屬結構（起重機軌道、配電裝置的外殼、走廊、平臺、電梯豎井、起重機與升降機的構架、運輸皮帶的鋼梁、電除塵器的構架等）、配線的鋼管、電纜的金屬構架及鉛、鋁包皮（通訊電纜除外）等均可用作自然接地線。不流經可燃液體或氣體的金屬管道可用作低壓設備自然接地線。

利用水管作自然接地體或自然接地線時，必須取得主管部門同意，并應考慮到非導體段存在和接觸不良的可能性，凡接觸不可靠處應加跨接線;檢修時必須有電氣工作人員配合，切斷水管前應先做好跨接線。

利用自然導體作接地體和接地線不但可以節省費用，還可以降低接地電阻和等化地面及設備間電位。如果有條件，應當優先利用自然導體作接地體和接地線。

人工接地體可采用鋼管、角鋼、圓鋼或廢鋼鐵等材料制成。其結構型式等嚴格執行國家標準。

人工接地體宜采用垂直接地體，多巖石地區可采用水平接地體。對于典型角鋼垂直接地體的安裝，每一垂直接地體的垂直元件（鋼管、角鋼、圓鋼）不得少于2根。接地體上端離地面深度不應小于0.6m（農田地帶不應小于1m），并應在冰凍層以下。垂直接地體長度可取2～2.5m左右;相鄰垂直接地體之間的距離可取其長度的2倍左右。接地體的引出導體應引出地面0.3m以上。接地體離獨立避雷針接地體之間的地下距離不得小于3m，離建筑物墻基之間的地下距離不得小于1.5m。

5.6 TT系統中用戶使用的電器外露可導電部分要全部作接地保護

在TT系統中，受電設備外露可導電部分如果不作接地保護，一旦絕緣破損，外殼即呈現有危險電壓，人觸及后通過人體的電流值，可達數百毫安足以致人于死地。當對外露可導電部分作接地保護時，因裝有RCD，可導致電源斷開，使人身安全得到保護。

5.7 TN-C系統中用戶所有使用的電器外露可導電部分要實行保護接零

在TN-C系統中，用戶所有使用的電器外露可導電部分要用保護線連接到保護中性線（PEN）上，實行保護接零，嚴禁保護線斷線。當然，在實行保護接零的前提下，同時進行保護接地也是可以的。電器外露可導電部分接保護中性線是為了防止受電設備因絕緣破壞，外殼帶電傷人，而將受電設備的外露可導電部分用保護線與保護中性線相連接。之所以起保護作用，主要是利用相線碰殼時，產生的短路電流，短路電流經相線-中性線回路，而不經過電源中性點接地裝置，使過流保護裝置動作而中斷電源，起到保護作用。其保護效能要好于接地保護的保護效能。但在具體實施過程中，如果稍有疏忽大意，不能嚴格按照規程要求實施保護要求，接零保護系統導致的觸電危險性仍然是很高的。如果連接用戶電器設備的保護線發生斷線或電器設備未連接保護中性線PEN，一旦發生設備絕緣損壞碰殼故障，不僅不能形成單相金屬性短路，反而使得電器設備的外殼帶電危及人身和設備安全。

5.8 采用合理的安全保護方式

在低壓電網電源處裝設全網總保護裝置：用漏電繼電器與交流接觸器、斷路器構成漏電保護裝置作為總保護。

對于移動式電力設備，臨時用電設備和用電的家庭，應安裝末級保護（漏電開關或漏電插座）。

較大低壓電網要采用多級保護。隨著用電的不斷增長，較大低壓電網單單采用總保護或末級保護方式，已不能滿足對低壓電網供電可靠性和安全用電的需要，因此，較大電網實行多級保護如三級保護方式是電氣化事業發展的必然要求。

5.9 正確安裝使用末級剩余電流保護器

安裝剩余電流保護器是防止低壓電網剩余電流造成故障危害的有效技術措施。在低壓配電網絡中，作為用戶端的末級保護，通常采用RCD作為附加保護。用戶在選擇安裝RCD時，不僅要充分考慮供電線路、供電方式、供電電壓及系統的接地型式;還要嚴格區分中性線和保護線，三極四線式或四極式RCD的中性線應接入RCD。要特別注意的是：無論用戶使用什么樣的配電系統，中性線一旦經過RCD就不得再作為保護線使用，也不得重復接地或接設備外露可導電部分，保護線也不得接入RCD。RCD安裝后，負荷側的中性線，不得與其他回路共用，被保護的電氣設備、線路在正常運行時的絕緣電阻不應小于0.5MΩ。

對于TT系統，低壓剩余電流保護一般采用漏電總保護（中級保護）和末級保護的多級保護方式。其中的末級保護屬于用戶端的自我保護裝置，對于照明用戶來講，由于配電保護裝置安裝的一般比較簡單，因此無論其使用的是何種系統，都應優先選用具有漏電保護、短路保護或過負荷保護、過壓保護的多功能的RCD。

為了防止用戶私自退出RCD的運行，建議供電企業為用戶安裝配電盤時，應將RCD安裝在用戶配電盤的電源進線首端，將用戶的刀開關熔斷器安裝于RCD之后，提高RCD的運行效率。

5.10 合理設置熔斷器的位置

在TT系統中，不宜在N線上裝設電器將N線斷開，當需要斷開N線時，應裝設相線和N線一起斷開的保護電器。在TN-C系統中，嚴禁斷開PEN線，不得裝設斷開PEN線的任何電器。當需要在PEN線上裝設電器時，只能相應斷開相線回路。

5.11 規范室內配線

規范用戶端的室內配線和安裝工藝，嚴格按照有關要求進行電器安裝。同一場所的電器進線方式要統一，如配電盤的開關進線為面向配電盤，三相四線從左到右為N、A、B、C;單相排列為中性線、相線。所有電器設備的開關均應控制相線。要特別注意插座的接線要求，必須是：單相2孔插座，水平安裝時面對插座的右接線柱接相線，左接線柱接中性線，垂直安裝時插座的上接線柱接相線，下接線柱接中性線;單相3孔插座，面對插座的上孔接線柱在TT系統接接地線，在TN-C系統接保護中性線，右孔接線柱接相線，左孔接線柱接中性線;三相4孔插座，面對插座的上方接線柱在TT系統接接地線，在TN-C系統接保護中性線，相線則由左孔接線柱起分別接A、B、C三相。不同電壓的插座安裝于統一場所時，應有明顯區別，且插頭不能相互插入。

5.12 杜絕違章用電行為

用戶在使用電能的時候，要嚴格遵守用電規程，杜絕用電違章行為。一是要嚴格按照電器使用的說明書操作，對需要采取保護接地的電器設備，一定要根據自己所在的電力系統選擇相應的保護接地方式。二是要經常試驗RCD的動作可靠性，對不能正常動作的要及時通知用電管理部門進行更換或維修，在發現RCD動作后無法正常供電時，要及時檢查故障原因，待故障設備排除后，方可送電，嚴禁私自退出RCD的運行，強制送電。三是要根據用電負荷合理選擇熔斷器和熔絲的大小，嚴禁用銅、鋁線替代熔絲，尤其是采用接零保護的電力用戶，如果不按規定選擇使用熔斷器和熔絲，電器設備一旦發生漏電故障，短路電流就不能使熔絲及時熔斷，斷開電源，使得接零保護難以發揮其應有的保護作用。這是因為該系統是利用設備絕緣損壞碰殼時，形成單相金屬性短路，產生足夠大的短路電流而使過流保護裝置迅速動作，來切斷漏電設備電源的。如果熔絲選擇的熔斷電流值大于短路電流值時，熔絲就不能及時熔斷而失去切斷電源之作用。四是不能以為安裝了RCD就可以萬事大吉了，任何絲毫的僥幸心理都會成為安全用電的隱患。

6. 結束語

保護接地與保護接零系統的正確選用關系到配電系統、電氣設備及人身安全，其重要性不言而喻，廣大電力用戶、電氣工程技術人員及群眾應高度重視，尤其是工程技術人員應掌握相關的電氣安全技術知識，在實際工作中應根據配電系統的型式、客觀環境、國家相關安全技術標準、安全程度要求等正確選擇保護接地與保護接零系統，并配備必要的熔斷器、過電流保護或漏電保護器等安全設備，規范裝接線路和電氣設施，這樣才能提高配電系統和電氣設備的本質安全化水平，減少乃至避免人身觸電和設備事故。

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作者簡介：

張榮軍：男，1969年1月出生，高級工程師，在中國電建集團國際工程有限公司工作。