通信設(shè)備保護(hù)性接地問題分析

陳浪

摘要：對用電負(fù)載進(jìn)行接地處理，最重要的就是要對人身安全進(jìn)行有效保護(hù)，其次是設(shè)備的安全運(yùn)行。該文主要從保護(hù)性接地方面進(jìn)行論述，對以TN系統(tǒng)為代表的保護(hù)接零與以TT系統(tǒng)為代表的保護(hù)接地各自特點(diǎn)進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：TN接地系統(tǒng)；TT接地系統(tǒng)；保護(hù)接地與保護(hù)接零

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）01-0255-02

1 接地分類

大部分用電負(fù)載都會涉及接地問題，一般情況下，對負(fù)載進(jìn)行接地處理，均是從保護(hù)性和功能性兩方面考慮，其中功能性負(fù)載接地又可分為工作地和信號地，而保護(hù)性負(fù)載接地可分為：

2 保護(hù)性接地綜述

對于一臺交流供電的負(fù)載，假設(shè)其外部人可以觸及到的部位是可導(dǎo)電的。這臺交流負(fù)載在正常工作情況下是安全的，如下圖2所示：

由圖1可以看到，整個交流用電經(jīng)相線到達(dá)設(shè)備再由中性線返回電源，設(shè)備外露可導(dǎo)電部分與之絕緣，不會發(fā)生電擊事件，但是如果由于某種不可測原因，其外露可導(dǎo)電部分與相線產(chǎn)生電氣上的接觸，即發(fā)生“碰殼”事故，“碰殼”區(qū)域?qū)?20V或380V對地危險(xiǎn)電壓，此時如果人與設(shè)備有接觸，將會發(fā)生“電擊事故”。其原理如圖3所示：

那么如何避免此類事故的發(fā)生呢，這時候就需要對設(shè)備進(jìn)行“保護(hù)性接地”了，鑒于此，IEC國際電工委員會特別將“保護(hù)性接地”系統(tǒng)分為：TN、TT、IT三大類。這三種接地系統(tǒng)的文字符號含義是：

（1） IEC國際電工委員會所規(guī)定的第一個字母即說明交流電源的帶電導(dǎo)體與大地的關(guān)系，也就是如何處理電源的功能性工作接地：

T：交流電源的一點(diǎn)（通常是中性在線的一點(diǎn)）與大地直接連接。

I：交流電源與大地隔離。

（2） 第二個字母說明電氣裝置外露可導(dǎo)電部分與大地的關(guān)系，也即如何處理保護(hù)性接地：

T：外露導(dǎo)電部分直接接大地，它與電源的接地?zé)o聯(lián)系。

N：外露導(dǎo)電部分通過與接地的電源中性點(diǎn)的連接而接地。

在這里請注意“雙波浪線”所標(biāo)注的內(nèi)容，這句話“一針見血”地指出了“TT”系統(tǒng)的要點(diǎn)：外露導(dǎo)電部分直接接地，且該地與電源的地?zé)o直接聯(lián)系。

3 TN接地系統(tǒng)

對于TN系統(tǒng)，其最根本的保護(hù)機(jī)理是“保護(hù)接零”，正如TN系統(tǒng)的兩個字母所要表達(dá)的：外露導(dǎo)電部分通過與接地的電源中性點(diǎn)的連接而接地，其等效圖如圖4所示：

以三相負(fù)載為例，三根火線自電源引至設(shè)備，另外一根“X”線也引至設(shè)備，外露導(dǎo)電部分通過這根“X”線與接地的電源中性點(diǎn)連接而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自身的保護(hù)接地，一旦發(fā)生“碰殼事故”，就是火線與設(shè)備外殼可導(dǎo)電部分處在“非絕緣”的狀態(tài)下，故障電流會沿著火線L、設(shè)備外殼可導(dǎo)電部分和X線回流至電源，從而形成短路回路，而由于其阻抗較小，因此故障電流較大，使得電源內(nèi)預(yù)先設(shè)置的“保護(hù)裝置”會迅速動作，切斷電源，以達(dá)到保護(hù)人免受電擊的作用，這就是TN系統(tǒng)“保護(hù)接零”的基本原理。

如果將“X”線一分為二，形成彼此絕緣獨(dú)立的中性線N和PE地線，那么該TN系統(tǒng)就是TN-S系統(tǒng)；如果“X”線自電源開始始終為一根保護(hù)中性線PEN，那么就是另外一個TN系統(tǒng)TN-C接地系統(tǒng)。對于TN-C系統(tǒng)，雖然PEN線既起到了中性線的作用又有保護(hù)地線的作用，節(jié)省了一根導(dǎo)線，比較經(jīng)濟(jì)。但是該接地系統(tǒng)會使設(shè)備外殼會產(chǎn)生危險(xiǎn)電壓。

一般情況下，三相負(fù)載很難達(dá)到三相平衡，因此，PEN線很有可能會有不平衡電流流過，其量是不可預(yù)測和不可控的。當(dāng)三相不平衡電流超過相線電流的將近1/4時，PEN線就會因不平衡電流而產(chǎn)生電壓，該電壓是隨著PEN線阻抗與不平衡電流的增大而增大的，最關(guān)鍵的是，PEN線是與設(shè)備的外殼電氣連接的，所以隨著PEN線對地電壓的增加，設(shè)備外殼對地電壓也隨之增加，當(dāng)其超過安全電壓時，人體如果與這些電氣設(shè)備的金屬外殼接觸時，便會對人體構(gòu)成危害。

在這里還需要特別指出，如果將圖3中的“X”線只當(dāng)做一根PE地線而電源線當(dāng)中沒有中性線N的話，這將產(chǎn)生一系列嚴(yán)重的后果：對于三相負(fù)載來說，很難達(dá)到三相平衡，而中性線的主要作用就是在三相不平衡時通過不平衡電流，如果這根中性線缺失的話， 三相負(fù)載不平衡時，中性線的電位就不等于0，也就是說中性點(diǎn)發(fā)生偏移。具體中性線電位多少與三相負(fù)載不平衡度有關(guān)，越不平衡，中性點(diǎn)偏移就越大，中性線的電位就越高。中性線電位偏移后三相的相電壓一般就不是220V了。有的相可能超過220V，有的相則可能低于220V。 當(dāng)中性點(diǎn)偏移量太大，三相的相電壓增加的相就可能使其用電電器燒毀，三相的相電壓減少的相就可能使其用電電器不能工作。所以，對于三相負(fù)載來說，中性線對于設(shè)備的正常安全運(yùn)行至關(guān)重要，不能缺失。

4 TT接“地”系統(tǒng)

與TN系統(tǒng)截然相反，TT系統(tǒng)最根本的保護(hù)機(jī)理為“保護(hù)接地”—根據(jù)兩個字母的含義可知，電源進(jìn)行“系統(tǒng)接地”，而設(shè)備外殼可導(dǎo)電部分同時進(jìn)行“保護(hù)接地”，且兩者沒有任何電氣上的連接。以三相負(fù)載為例，其等效圖如圖5所示。

在TT系統(tǒng)中，設(shè)備單獨(dú)引一根PE地線至獨(dú)立的接地端子，完成“保護(hù)接地”，這是與TN系統(tǒng)最大的不同。在設(shè)備發(fā)生碰殼事故時，若有人接觸外殼可導(dǎo)電部分，則故障電流經(jīng)火線至可導(dǎo)電部分后，一部分由PE地線經(jīng)“大地”返回電源；另一部分由人體經(jīng)“大地”返回電源。由于這根PE地線阻抗與接地電阻較小（一般<5Ω），而人體的阻抗相對來說較大（一般>1000Ω），因此這個“小電阻”可以對“大電阻”產(chǎn)生分流，使流經(jīng)人體的危險(xiǎn)電流減小，從而達(dá)到保護(hù)人體免受電擊的作用—即“保護(hù)接地”。

但是在某些情況下，這種保護(hù)機(jī)制存在很大的缺陷，即流經(jīng)人體的故障電流對人身還是會產(chǎn)生電擊傷害的。因此，TT系統(tǒng)也仿效TN系統(tǒng)那樣對保護(hù)機(jī)理進(jìn)行改進(jìn)—采用高靈敏度保護(hù)裝置RCD實(shí)現(xiàn)類似于“保護(hù)接零”的方法，筆者曾經(jīng)就關(guān)于RCD的相關(guān)問題咨詢了電力專業(yè)的前輩，得知雖然RCD設(shè)備對于故障電流有極高的靈敏度，但是由于成本較高 ，且運(yùn)用在TN系統(tǒng)有種種限制，所以一般不將RCD等高靈敏度熔斷器用作保護(hù)裝置，也就是說，如果通信專業(yè)對設(shè)備不采用TN-S系統(tǒng)反而采用一種“類似”于TT的系統(tǒng)，那么當(dāng)碰殼事故發(fā)生時，電力專業(yè)所設(shè)置的保護(hù)裝置極有可能不動作，從而使碰殼事故一直存在，這是一個不容忽視的問題。

5 結(jié)束語

TN接地系統(tǒng)與TT接地系統(tǒng)雖然都是維護(hù)人身安全的兩種接地措施，但是其本身保護(hù)機(jī)理有著明顯的區(qū)別，對于TN接地系統(tǒng)，其保護(hù)原理屬于保護(hù)接零，就是通過借接PE線使設(shè)備漏電形成短路，使線路上的保護(hù)裝置迅速動作切斷電源，從而達(dá)到保護(hù)人身安全的目的；而對于TT接地系統(tǒng)來說，其本身屬于保護(hù)接地，通過接PE線這個小電阻，來分流人體的大電阻，從而達(dá)到保護(hù)作用，顯而易見，TN系統(tǒng)在保護(hù)效果上是明顯優(yōu)于TT系統(tǒng)的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐軍.淺析TN系統(tǒng)與民用電漏電保護(hù)系統(tǒng)[J].工程與技術(shù)，2008.

[2] 楊峰.淺淡通信機(jī)房的接地設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù)，2016.endprint