低压配电设计中如何合理选择接地系统

李 伟

机械工业第四设计研究院建筑工程二院电气所，河南洛阳 471039

在低压配电设计过程中，我们通常会接触到很多接地系统，有TN-C系统、TN-S系统、TN-C-S系统、TT系统以及IT系统。那么不同的接地系统各有什么优缺点，到底应该选择哪一种接地系统呢？本文首先介绍一下接地的基础知识，然后着重介绍在低压配电设计中如何合理选择接地系统。

供电系统接地一般指接地理地，即接大地。大地是一个电阻非常低，而电容量无限大的物体。地理地拥有吸收无限电荷的能力，且吸收电荷后仍能保持电位不变，故设定其电位为零，因此大地适合作为供电系统的参考电位体。

任一电压等级的供电系统都需要处理两个接地问题：一个是系统内电源端带电导体的接地；另一个是负荷端电气装置外露导电部分的接地。就低压供电系统而言，前者通常指变压器、发电机等中性点的接地，称作系统接地；后者通常是指电气装置内电气设备金属外壳、布线金属桥架等外露导电部分的接地，称作保护接地。如图1所示：

图1

系统接地的作用主要有以下几点：1）不因系统运行情况的变化波动造成中性点电位的漂移，保证系统继电保护的可靠性，防止系统震荡；2）当相线对设备金属外壳或地故障时，非故障相对地电压仍等于或接近相电压。若系统不接地如图2所示：

图2

此时非故障相对地电压为相电压的√3倍，由于没有返回电源的导体通路，故障电流仅为极小的线地间的电容电流，保护电器不动作，此时电压将持续存在。如无故障相放上碰设备外壳短路，人体接触电压将高达380V，电击致死的危险大大增加，另外高电压对设备及线路绝缘的安全也是很不利的；3）为地面强大的瞬变电磁场（如：雷击），使配电线路感应的对地过电压提供泄放通路，从而减轻电源设备和线路绝缘被击穿的危险。

保护接地的作用主要有以下几点：1）降低人体接触电压，降低电击致死危险。如图3所示，当发生相线碰设备外壳接地故障，因设备外壳未作保护接地，设备外壳对地电压为220V，此时人体若接触此电压，电击致死的危险很大。作保护接地后，人碰到设备外壳后，接触电压将大大降低，如图4所示。

图3

图4

2）保护接地后，为故障电流Id提供返回电源的通路，因Id比未作保护接地时大大增加，从而使防护电器动作切断电源成为可能，起到防人身电击和接地故障火灾的作用。

接地系统分TN、TT和IT三种类型，下面介绍一下这些接地系统的文字符号的含义。第一个字母表示电源端与大地的关系。T：电源端带电导体上的一点与大地直接连接（T是法文“大地”的第一个字母）。I：电源与大地隔离或电源端带电导体上的一点经高阻抗与大地直接连接（I是法文“隔离”的第一个字母）。第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与大地的关系。T：电气装置的外露可导电部分直接接大地，它与电源的接地无联系。N：电气装置的外露可导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地（N是法文“中性点”的第一个字母）。

前面谈到接地系统分TN、TT和IT三种类型，其中TN系统按中性线和PE线的不同组合又分为3种类型：

1）TN-C系统——整个系统内N线和PE线是合一的；

2）TN-S系统——整个系统内N线和PE线是分开的；

3）TN-C-S系统——整个系统内，仅在电气装置电源进线点前N线和PE线是合一的，电源进线点后即分开。系统接地的种类有下面图示5种：

图5

这5种接地系统各有其特点和优缺点，需对每一种接地系统有一定认识，以便正确的予以选用。

1）TN-C系统

TN-C系统内的PEN线兼起PE线和N线的作用，可节省一根导线，比较经济。但从电气安全角度考虑，这一系统存在以下问题：

（1）如系统为单相回路，当PEN线中断或导电不良时，设备金属外壳对地将带220V的故障电压，电击死亡的危险很大。如图所示。

图6

（2）不能装用RCD，因PEN线穿过RCD的零序电流互感器，通过相线和PEN线的接地故障电流产生的磁场在互感器铁芯内互相抵消使RCD拒动。参见上图。因不能装用RCD，故不能用RCD来防电击和接地电弧火灾。

（3）中性线上可能出现故障电压的传导，危及维修人员的安全。因PEN线含有PE线而不允许被开关切断，故不能装设四极开关来保证维修人员的安全。

（4）PEN线因通过中性线电流而产生电压降，从而使所接设备的金属外壳对地带电位。此电位可能对信息技术设备产生干扰，可能再爆炸危险场所内对地打火引爆。

2）TN-S系统

除微量对地泄漏电流外PE线平时不通过工作电流，它只是在发生接地故障时通过故障电流，故平时其所接设备的金属外壳电位接近地电位，因此不会干扰信息技术设备，也不会对地打火。比TN-C系统安全，但要全长多敷设一根导线。

3）TN-C-S系统

选用TN-C-S系统时，一般在进入建筑物前采用PEN线，进入建筑物后中性线和PE线分开。这样TN-C-S系统较TN-S系统节省了一根自电源到用户建筑物的一根专用PE线。这一段PEN线上的电压降使电气装置对地上高一△UPEN的电压。因PEN线进入建筑物后就分开，因此PE线上不再产生电压降，通过重复接地和等电位联结，使建筑物内的电位均升高△UPEN，这样就消除了所接设备的金属外壳对地的电位差。在建筑物电气装置内，它的安全水平和TN-S系统是相仿的。

由于TN-C-S系统的中性线和PE线是在进入建筑物后才分开的，与TN-S系统相比较，TN-C-S系统PE线和N线之间的电位差就较小，对信息技术设备引起共模干扰的可能就较小。这也是TN-C-S系统较TN-S系统的优点之所在。

因TN系统在同一电源供电范围内，所有的PE线、PEN线都是连通的，因此在EN系统内PE线、PEN线上的故障电压可在各个装置间互窜，对此需采取等电位联结措施加以防范。因此TN系统不宜用于路灯、施工场地等无等电位联结的户外场所。

4）TT系统

TT系统电气装置外露导电部分的PE线与电源端的系统接地无联系，各电气装置的PE线也互不连通，正常时各电气装置的外露导电部分为地电位。而且当电源侧或电气装置发生接地故障时，其故障电压不会像TN系统那样沿PE线或PEN线在电气装置间传导和互窜而引发电击事故。这是TT系统较TN系统的优点。

TT系统发生接地故障时，一般故障电流较小，不足以使熔断器或断路器动作，必须使用动作灵敏高的RCD来切断电源，这使其保护电器的设置复杂化。另外，在TN系统内PE线引自电源的中性点，当发生雷电引起的瞬态冲击过电压或电网故障引起的工频过电压时，相线和PE线电位同时升高，电气装置绝缘承受对地过电压幅值较小或不承受过电压；而TT系统的PE线直接引至大地，是大地的零电位，电气装置绝缘将承受大幅度的对地过电压，容易发生对地绝缘被击穿或绝缘表面对地爬电等电气事故，需采取一些措施来防范。

5）IT系统

IT系统在发生接地故障时由于不具备故障电流返回电源的通路，其故障电流就位两非故障相的对地电容电流的相量和，其值甚小因此对地故障电压很低，不至于引发人身电击、电气爆炸和火灾等事故，所以适用于危险性大的场所。它在发生一个接地故障时不需切断电源而使电源中断，因此它也适用于对供电不间断要求高的电气装置。

IT系统一般不引出中性线，不能提供照明、控制等需要的220V电源，需设置380V/220V变压器来提供220V电源，使线路结构复杂化。另外该系统故障防护和维护管理也较为复杂。

通过上面的介绍，对各接地系统的特点已经有了进一步的了解，现在来总结一下：

1）TN-C系统弊大于利，除特殊情况外，已很少采用；

2）在设有变电所的建筑物内一般采用TN-S系统。这是因为如果采用TT系统，就需要设置在电气上无联系的系统接地和保护接地两个独立的接地，这在同一个建筑物内事不宜实现的。如果采用TN-C-S系统，则将因PEN线上的电压降而在电气装置外露导电部分上产生不希望出现的对地电压；

3）在不设变电所的建筑物内优先选用TN-C-S系统；

4）路灯、施工场地、农业等无等电位联结的户外场所，优先选用TT系统；

5）危险性大的场所以及对供电不间断要求高的电气装置可采用IT系统。因该系统一般不引出中性线，不能提供220V电源，故障防护和维护管理也较为复杂，再加上其它原因，IT系统的应用也受到了很大的限制。

[1]工业与民用配电设计手册.3版.

[2]林琅.现代建筑电气技术资质考试复习问答.

[3]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验.2版.