TN-S 接地系統(tǒng)

馬家峰

（鞍山華泰環(huán)能工程技術(shù)有限公司，遼寧鞍山 114000）

0 引言

近年，焦化、耐火以及煤氣工程的建設(shè)規(guī)模逐年增大，用電負(fù)荷的容量和電壓等級(jí)不斷提高。因而，電氣設(shè)備的規(guī)格、容量越來(lái)越大，供電系統(tǒng)的短路容量也越來(lái)越大。當(dāng)發(fā)生短路事故或絕緣破壞時(shí)，對(duì)于人身傷害和設(shè)備損壞就會(huì)更加嚴(yán)重。所以，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和安全性的提高，就顯得非常重要。

在以往的電氣設(shè)計(jì)中，國(guó)內(nèi)工程低壓配電系統(tǒng)的接地型式一般都采用TN 系統(tǒng)。TN 系統(tǒng)按中性線(xiàn)N 和保護(hù)線(xiàn)PE 的不同組合方式又分為3 種類(lèi)型，即TN-C，TN-S，TN-C-S。在這3 種類(lèi)型中，大多數(shù)工程采用TN-C 系統(tǒng)或部分采用TN-C-S 系統(tǒng)，很少采用TN-S 系統(tǒng)。但從接地系統(tǒng)的可靠性和安全性來(lái)看，TN-S 系統(tǒng)優(yōu)越于另外兩種類(lèi)型。下面簡(jiǎn)單比較3 種類(lèi)型的特點(diǎn)，說(shuō)明采用TN-S 系統(tǒng)接地的合理性、必要性，在以后工程設(shè)計(jì)中采用TN-S 系統(tǒng)接地。

1 TN 系統(tǒng)類(lèi)型

1.1 TN-C 系統(tǒng)

在TN 系統(tǒng)內(nèi)N 線(xiàn)和PE 線(xiàn)是合二為一的，即為一條PEN線(xiàn)。PEN 線(xiàn)兼起中性線(xiàn)和保護(hù)線(xiàn)的作用。因而TN-C 系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

但是，由于用電負(fù)荷總會(huì)有單相的或兩相的，三相負(fù)荷不可能平衡，負(fù)荷中還會(huì)有整流裝置、變頻裝置等。因此三相不平衡電流、三次諧波電流均要通過(guò)PEN 線(xiàn)，在PEN 線(xiàn)上會(huì)出現(xiàn)電壓降，此PEN 線(xiàn)與電氣裝置外露可導(dǎo)電部分直接相連，使電氣裝置外露可導(dǎo)電部分與大地零電位之間產(chǎn)生電位差。此電位差就會(huì)危及人身和設(shè)備安全，還會(huì)對(duì)電子信息設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。另外，當(dāng)PEN 線(xiàn)觸及接地良好的導(dǎo)電體時(shí)還易產(chǎn)生電弧，此電弧可能引起火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。

因此，TN-C 系統(tǒng)適用于三相負(fù)荷比較平衡，電路中三次諧波電流不大的一般性工業(yè)廠房和場(chǎng)所。顯然，TN-C 系統(tǒng)不能用于爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境和場(chǎng)所。

1.2 TN-S 系統(tǒng)

在TN 系統(tǒng)內(nèi)N 線(xiàn)和PE 線(xiàn)是分開(kāi)的，即比TN-C 系統(tǒng)多一條專(zhuān)用的PE 保護(hù)線(xiàn)。在正常情況下，負(fù)荷電流、三相不平衡電流、三次諧波電流均通過(guò)中性線(xiàn)N，而保護(hù)線(xiàn)PE 無(wú)電流通過(guò)，故與PE 線(xiàn)相連接的電氣裝置外露可導(dǎo)電部分對(duì)大地不帶電位，也不可能對(duì)電子信息設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。僅當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，PE 線(xiàn)才會(huì)有電位。此時(shí)，接地故障電流會(huì)使線(xiàn)路保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷故障線(xiàn)路，以保證安全。

因此，TN-S 系統(tǒng)可以安全地用于工業(yè)和民用建筑中。如單相負(fù)荷較多、抗電磁干擾要求較好、有爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境等對(duì)安全要求較高的場(chǎng)所。

1.3 TN-C-S 系統(tǒng)

在TN 系統(tǒng)內(nèi)有一部分N 線(xiàn)和PE 線(xiàn)是合一的，另有一部分N 線(xiàn)和PE 線(xiàn)是分開(kāi)的。一般在電氣裝置電源進(jìn)線(xiàn)點(diǎn)前N 線(xiàn)和PE 線(xiàn)是合一的，電源進(jìn)線(xiàn)點(diǎn)后N 線(xiàn)和PE 線(xiàn)分開(kāi)。由于在電源進(jìn)線(xiàn)點(diǎn)前為PEN 線(xiàn)，對(duì)大地有電位，因此，在進(jìn)線(xiàn)處必須進(jìn)行重復(fù)接地，并在電氣裝置內(nèi)設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)。

由于TN-C-S 系統(tǒng)利用重復(fù)接地，局部地將PEN 線(xiàn)分為N線(xiàn)和PE 線(xiàn)，適用于以TN-C 系統(tǒng)為主的工業(yè)廠房和場(chǎng)所，對(duì)于不宜使用TN-C 系統(tǒng)的局部區(qū)域、分散的建筑物、車(chē)間辦公室和生活間等采用TN-C-S 系統(tǒng)。

在過(guò)去的設(shè)計(jì)中，習(xí)慣于采用TN-C 系統(tǒng)，但是PEN 線(xiàn)對(duì)地帶電位，使得配電系統(tǒng)可靠性和安全性很難提高。當(dāng)前，電力系統(tǒng)的短路容量很大，尤其采用D，yn11 結(jié)線(xiàn)的變壓器，單相接地短路電流與三相短路電流一樣大，因此，故障時(shí)PEN 線(xiàn)電壓會(huì)很高。而且D，yn11 結(jié)線(xiàn)的變壓器單相負(fù)載能力很強(qiáng)，中性線(xiàn)電流允許為相電流的75%，顯然在正常運(yùn)行時(shí)，PEN 線(xiàn)上就會(huì)出現(xiàn)更高的危險(xiǎn)電壓。

因此，在今后工程設(shè)計(jì)中應(yīng)采用TN-S 系統(tǒng)接地，不僅可以提高供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性和防止電磁干擾，而且在使用過(guò)程中，還可以掌握和提高TN 接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和能力，更好地滿(mǎn)足和適應(yīng)國(guó)內(nèi)、外用戶(hù)對(duì)接地系統(tǒng)的不同要求。

2 低壓配電系統(tǒng)中的TN-S 系統(tǒng)接地（圖1）

圖1 低壓配電系統(tǒng)中的TN-S 系統(tǒng)接地

在現(xiàn)在的大多數(shù)設(shè)計(jì)中，除用戶(hù)有特別要求外，低壓配電系統(tǒng)接地型式一般均采用TN-S 系統(tǒng)，所有電氣裝置的外露導(dǎo)電部分均應(yīng)通過(guò)PE 保護(hù)線(xiàn)接地。其具體的要求如下：

2.1 低壓配電裝置TN-S 系統(tǒng)的設(shè)置

車(chē)間變電所內(nèi)配電變壓器低壓側(cè)（0.4 kV）中性線(xiàn)N 出線(xiàn)，采用單芯（銅質(zhì)）電纜連接到低壓配電屏中性母線(xiàn)N 上。在低壓配電屏內(nèi)，中性母線(xiàn)N 與保護(hù)母線(xiàn)PE 為兩條獨(dú)立母線(xiàn)。中性母線(xiàn)N 僅與保護(hù)母線(xiàn)PE 一點(diǎn)連接，而PE 母線(xiàn)接至總等電位端子箱接地，使低壓配電系統(tǒng)接地型式成為T(mén)N-S 系統(tǒng)。

中性母線(xiàn)N 與保護(hù)母線(xiàn)PE 在低壓配電屏（受電屏或母聯(lián)屏）內(nèi)一點(diǎn)連接線(xiàn)采用銅母線(xiàn)，其截面規(guī)格與PE 母線(xiàn)相同，由低壓配電屏承制廠負(fù)責(zé)實(shí)施。

總等電位端子箱設(shè)置于低壓配電室電源進(jìn)線(xiàn)處，經(jīng)（兩根）鍍鋅扁鋼（40×4）mm2與室外接地裝置連接。

變壓器中性線(xiàn)至低壓配電屏采用單芯電纜連接。在變壓器室，中性線(xiàn)電纜沿著（高）低壓母線(xiàn)支架敷設(shè)到墻，然后沿墻面引下至地面，再穿墻進(jìn)入低壓配電室電纜溝內(nèi)，通過(guò)電纜溝引入低壓配電屏，與屏內(nèi)中性母線(xiàn)連接。

2.2 相母線(xiàn)和中性線(xiàn)材料及規(guī)格選擇

變壓器低壓側(cè)出線(xiàn)、低壓配電屏和動(dòng)力配電箱等配電裝置內(nèi)，相線(xiàn)（L1，L2，L3）和中性線(xiàn)N 均采用銅質(zhì)材料，其規(guī)格按變壓器容量或計(jì)算負(fù)荷選取。

變壓器低壓側(cè)出線(xiàn)的相母線(xiàn)和中性線(xiàn)規(guī)格選擇，參見(jiàn)《10/0.4 kV 變壓器室布置及變配電所常用設(shè)備構(gòu)件安裝》中的變壓器低壓相母線(xiàn)和中性線(xiàn)選擇表，按選擇表中變壓器低壓側(cè)出線(xiàn)一欄選取。變電所低壓配電屏的相母線(xiàn)和中性母線(xiàn)規(guī)格，按選擇表中一欄中的低壓銅母線(xiàn)選取。

車(chē)間工段內(nèi)低壓配電室、動(dòng)力配電箱等配電裝置母線(xiàn)規(guī)格按計(jì)算負(fù)荷選擇，并宜取1.3 可靠系數(shù)。考慮母線(xiàn)強(qiáng)度和可靠性，最小規(guī)格為銅母線(xiàn)（40×4）mm2。

當(dāng)采用D，yn11 結(jié)線(xiàn)型變壓器，且主要為車(chē)間、工段生產(chǎn)負(fù)荷供電時(shí)，由于三相負(fù)荷比較平衡，中性母線(xiàn)按表中規(guī)格不變。當(dāng)為民用建筑負(fù)荷供電時(shí)，中性母線(xiàn)宜與相母線(xiàn)等截面。

2.3 PE 母線(xiàn)材料及規(guī)格選擇

（1）配電裝置PE 母線(xiàn)。低壓配電屏和動(dòng)力配電箱等配電裝置內(nèi)PE 母線(xiàn)均采用銅母線(xiàn)，規(guī)格按表1選取。

（2）配電線(xiàn)路PE 線(xiàn)。配電裝置電源線(xiàn)路均采用銅質(zhì)五芯電纜，其中一芯作為PE 接地線(xiàn)。PE 線(xiàn)的規(guī)格要求同上表。

對(duì)配電線(xiàn)路敷設(shè)用的電纜橋架、金屬支架、電纜的金屬外皮以及保護(hù)鋼管等應(yīng)采用輔助PE 線(xiàn)接地，接地干線(xiàn)采用一根鍍鋅扁鋼（40×4）mm2，接地支線(xiàn)采用鍍鋅扁鋼（25×4）mm2。

對(duì)于配電線(xiàn)路電纜的型式，當(dāng)相線(xiàn)截面為16 mm2及以下時(shí)，選用五芯等截面電纜，當(dāng)相線(xiàn)截面大于16 mm2以上時(shí)，一般選用（三芯+二芯）電纜，當(dāng)為民用建筑負(fù)荷供電時(shí)，可采用（四芯+一芯）電纜，即中性線(xiàn)與相線(xiàn)等截面。

（3）用電設(shè)備的PE 線(xiàn)。配電裝置引至用電設(shè)備的PE 線(xiàn)要求，按兩種情況選擇。

表1 TN 系統(tǒng)PE 線(xiàn)的最小截面

對(duì)于爆炸危險(xiǎn)環(huán)境用電設(shè)備，采用銅質(zhì)電纜線(xiàn)芯內(nèi)附加一芯作為PE 接地線(xiàn)（包括用電設(shè)備的電力電纜和控制電纜）。電纜敷設(shè)用的電纜橋架、金屬支架、電纜的金屬外皮以及保護(hù)鋼管等應(yīng)采用輔助PE 線(xiàn)接地，接地干線(xiàn)采用鍍鋅扁鋼（40×4）mm2，接地支線(xiàn)采用鍍鋅扁鋼（25×4）mm2或鍍鋅圓鋼Φ10 mm。

除爆炸環(huán)境以外，用電設(shè)備PE 接地線(xiàn)采用鍍鋅扁鋼，成組用電設(shè)備接地干線(xiàn)采用鍍鋅扁鋼（40×4）mm2，單個(gè)用電設(shè)備接地線(xiàn)采用鍍鋅扁鋼（25×4）mm2或鍍鋅圓鋼Φ10 mm。可以利用電纜保護(hù)鋼管作為接地線(xiàn)，但是，電纜線(xiàn)路不是全長(zhǎng)采用保護(hù)鋼管時(shí)，應(yīng)用鍍鋅扁鋼（25×4）mm2或鍍鋅圓鋼Φ10 mm 將其連成電氣通路。

3 結(jié)束語(yǔ)

TN-S 接地系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著非常重要的作用，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)安全不斷增強(qiáng)的情況下，做好接地保護(hù)工作是非常必要的。