淺談配電工程交流低壓接地系統(tǒng)的選擇

陳峰喬

【摘 要】本文主要從幾種不同的接地形式和適用環(huán)境進(jìn)行分析，梳理了不同條件下適用的接地形式存在的利弊。期待從設(shè)計(jì)規(guī)范、實(shí)際運(yùn)行安全的角度去平衡，選擇合理的接地形式。

【關(guān)鍵詞】供配電工程;低壓接地;接地形式

1 研究背景

為了規(guī)范管理，供電公司要求將住宅供配電工程的井道母線、住宅用戶表箱等納入到電力工程設(shè)計(jì)、施工范圍內(nèi)。按照以往的管理要求和慣例，從10kV變電所低壓出線柜引出的饋線電纜均為四芯電纜，設(shè)計(jì)范圍僅到井道始端箱為止，PE線和N線并不作區(qū)分。對(duì)于交流低壓接地系統(tǒng)的選用利弊從用電管理部門(mén)、設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)部門(mén)出發(fā)點(diǎn)不同，彼此之間的選用也會(huì)存在差異，需要綜合考慮平衡。

2 存在的問(wèn)題及進(jìn)一步研究的必要性

住宅供配電工程選用的TN-C-S接地系統(tǒng)的第五根N線在三相不平衡時(shí)，變壓器中性點(diǎn)發(fā)生偏移時(shí)末端用電設(shè)備殼體形成電位差，老舊住宅以及用電設(shè)施管理不善等情況下，裸露的表箱設(shè)備位置不合理，可能造成箱體外殼間歇性帶電，小概率引發(fā)小動(dòng)物等觸電死亡。

配電設(shè)計(jì)人員在工程實(shí)際中接地形式大多按照慣例選擇，不能針對(duì)不同類型的工程在接地形式的選擇上進(jìn)行融匯貫通。地形式選擇不當(dāng)造成接地系統(tǒng)起不到保護(hù)作用或達(dá)不到電氣設(shè)備的接地要求，有的造成保護(hù)裝置誤動(dòng)，擴(kuò)大故障范圍等一些問(wèn)題，給低壓系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成隱患。

3 交流低壓接地系統(tǒng)類型

根據(jù)規(guī)程規(guī)范的要求，低壓交流接地系統(tǒng)可以分為IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)三類：

3.1 IT接地系統(tǒng)：是指電源中性點(diǎn)對(duì)地絕緣或經(jīng)高阻抗接地。電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分應(yīng)被單獨(dú)或集中地接地，如圖所示：

3.2 TT接地系統(tǒng)：是指電源側(cè)中性點(diǎn)直接接地，設(shè)備側(cè)的外露可導(dǎo)電部分采用單獨(dú)的接地體接地的形式。設(shè)備的接地和電源的接地在電氣上沒(méi)有聯(lián)系。如下圖所示：

3.3 TN接地系統(tǒng)：是指電源側(cè)中性點(diǎn)直接接地，設(shè)備側(cè)采用保護(hù)接零的形式。TN接地系統(tǒng)接地故障屬金屬性短路，故障電流大，一般的過(guò)電流保護(hù)電器能達(dá)到切斷故障回路的要求。

按照保護(hù)線（PE線）與中性線（N線）的使用情況不同，TN接地系統(tǒng)可分為T(mén)N-C接地系統(tǒng)、TN-S接地系統(tǒng)、TN-C-S接地系統(tǒng)。

3.3.1 TN-C接地系統(tǒng)：是指保護(hù)線（PE線）與中性線（N線）合為PEN線。運(yùn)行中的PEN線不僅要通過(guò)正常負(fù)荷電流，有時(shí)還有諧波電流通過(guò)。因此，在PEN線上產(chǎn)生的壓降將呈現(xiàn)在用電設(shè)備外殼上。

3.3.2 TN-S接地系統(tǒng)：是指整個(gè)系統(tǒng)中性線與保護(hù)線是分開(kāi)的。運(yùn)行中PE線不通過(guò)正常電流，因此PE線和設(shè)備外殼不帶電壓，只有發(fā)生接地故障時(shí)，PE線才帶電位。

3.3.3 TN-C-S接地系統(tǒng)：是指系統(tǒng)中的中性線與保護(hù)線部分是分開(kāi)的，部分是合一的。TN-C-S接地系統(tǒng)是民用建筑中最常用的接地系統(tǒng)。通常電源線路中用中性線與保護(hù)線是合一的，即PEN線。如圖三所示：

4 幾種接地形式的特點(diǎn)及適用環(huán)境

4.1 IT接地系統(tǒng)：這種接地系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流屬于非故障相的對(duì)地電容電流，其接觸電壓不超過(guò)50V。

IT接地系統(tǒng)多用于井下和對(duì)不間斷供電要求較高的電氣裝置。

4.2 TT接地系統(tǒng)的建筑物在施工中要設(shè)立自己的接地極，PE線間互不連通，從而杜絕了危險(xiǎn)故障電壓沿PE線自戶外竄入建筑物內(nèi)的危險(xiǎn)。

TT接地系統(tǒng)適用于城市公用低壓電網(wǎng)的接地系統(tǒng)，和對(duì)接地要求較高的數(shù)據(jù)處理和電子設(shè)備的供電。TT接地系統(tǒng)可以就地打接地極，避免了從電源單獨(dú)引來(lái)PE線的麻煩，可以降低工程造價(jià)，節(jié)省資金。該接地系統(tǒng)還可以用于農(nóng)村中線路長(zhǎng)、用電負(fù)荷較分散的農(nóng)村建筑中。

4.3 TN接地系統(tǒng)

4.3.1 TN-C接地系統(tǒng)當(dāng)發(fā)生PEN線斷線或相線對(duì)大地有短路事故時(shí)，將會(huì)呈現(xiàn)出更高的對(duì)地故障電壓，由于同一裝置內(nèi)PEN線是相連通的。如某一建筑物內(nèi)發(fā)生故障，產(chǎn)生的故障電壓將會(huì)沿PEN線竄至其它建筑物內(nèi)，從而使事故范圍擴(kuò)大。故障電壓超過(guò)安全值不僅會(huì)電擊傷人，也能對(duì)地放電。如室內(nèi)存有易燃易爆物品或有殘留氣體，將會(huì)引發(fā)爆炸和火災(zāi)。

因此，在具有爆炸、火災(zāi)危險(xiǎn)的工礦企業(yè)建筑物內(nèi)和礦井內(nèi)不允許采用TN-C接地系統(tǒng)。PEN線帶有電壓，在醫(yī)療建筑內(nèi)和無(wú)專職維護(hù)電工的住宅小區(qū)和一般民用建筑內(nèi)也不應(yīng)采用TN-C接地系統(tǒng)。對(duì)于給數(shù)據(jù)處理設(shè)備和精密電子儀器設(shè)備系統(tǒng)供電的配電系統(tǒng)不宜采用TN-C接地系統(tǒng)。

不過(guò)，TN-C接地系統(tǒng)存在上述不足，但由于它的PE線與N線合用，具有布線簡(jiǎn)單，較為經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，還是被廣泛采用。TN-C接地系統(tǒng)主要適用于三相負(fù)荷基本平衡的一般工業(yè)企業(yè)建筑的供電系統(tǒng)中。

4.3.2 TN-S接地可較安全地用于民用建筑物中，也適用給數(shù)據(jù)處理設(shè)備和精密電子儀器設(shè)備供電的配電系統(tǒng)。但是，TN-S接地系統(tǒng)不能解決對(duì)地故障電壓蔓延和相線對(duì)地短路引起的中性點(diǎn)電位升高或中性點(diǎn)位移問(wèn)題。同時(shí)PE線與N線分開(kāi)敷設(shè)，增加了導(dǎo)線的投資，增大了費(fèi)用。

4.3.3 TN-C-S接地系統(tǒng)進(jìn)入建筑物后中性線與保護(hù)線部分是分開(kāi)的，即PEN線分為PE線和N線。TN-C-S接地系統(tǒng)可以在一定程度上消除TN-C接地系統(tǒng)TN-S接地系統(tǒng)中的不足。由于電源線路中的PEN線上有一定的電壓降，該電位仍將呈現(xiàn)在設(shè)備金屬外殼上，而在建筑物內(nèi)設(shè)有專門(mén)的PE線，可消除TN-C接地系統(tǒng)中的一些不安全因素。PEN線分為PE線和N線后，N線應(yīng)對(duì)地絕緣，且不能再與PE線合并或互換，否則TN-C-S接地系統(tǒng)仍然只起TN-C接地系統(tǒng)的作用。

這種系統(tǒng)電源線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又保證一定的安全水平，最適用于分散的民用建筑。

5 總結(jié)

通過(guò)以上梳理，將幾種交流低壓接地系統(tǒng)進(jìn)行了整理、歸納、分析，方便了大家的理解，對(duì)適用的環(huán)境有了進(jìn)一步的直觀感受。

住宅供配電工程選用的TN-C-S接地系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)較優(yōu)的方案，對(duì)于殼體存在電位差也是符合規(guī)范要求的，故只能通過(guò)有效隔離，做好外部防護(hù)等措施來(lái)避免小動(dòng)物觸電問(wèn)題的發(fā)生。

接地系統(tǒng)形式的選擇，要考慮低壓供電接線方式、用電特點(diǎn)、用電環(huán)境特點(diǎn)、人身安全要求、供電半徑、施工條件等多方因素。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 譚金超 等編著，《10kV配電工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[M]，中國(guó)電力出版社，2004年11月，604-613.

（作者單位：杭州市電力設(shè)計(jì)院有限公司）