各种低压供电系统安全性对比研究

王维

[摘要] 本文对各种低压供电系统IT、TT、TN进行比较分析，从接地保护或接零保护、供电系统保护装置的使用这两个方面讨论，并比较了各种供电系统安全性。在此基础上，分析供电可靠性、经济性、管理要求及适用领域，并通过综合对比对各个供电系统的安全性进行排序。

[关键词] 接零与接地保护保护装置供电安全性

引言

我国根据国际电工委员会（IEC）标准统一规定分为：IT系统、TT 系统、TN 系统。其中 TN 系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S 系统。各类系统有以下特点:IT系统的中性点不接地；TT系统的中性点接地；TN系统中使用保护零线。对于各种系统安全性的比较可分为两个层次，一是各系统的基本安全性，再就是保护装置的使用。系统的综合安全性、供电可靠性以及对技术管理的要求等决定了我们在实际中对于某一供电系统的选择及安全措施的采取。

1.接地保护或接零保护的作用分析

1.1在IT系统中的作用

一般线路与大地间形成的容抗为10～1000kΩ/km，设备端人与接地电阻并联电阻可忽略不计。因此IT系统漏电流大小取决于线路，与设备端接地电阻大小无关。实际上，人与设备的接地电阻并联，因而反比例分配漏电流，所以降低接地电阻是降低人体承担漏电流的关键。IT系统漏电流一般在一毫安到数十毫安之间，可能超过致命心颤电流（50mA），所以必须通过设备外壳接地分担经过人体的漏电流。 IT系统接地电阻要求小于4Ω，而人体电阻在进行电气安全计算时一般取1kΩ，加之与地面间的电阻，人体承担的漏电流一般不会超过总漏电流的4‰，经过人体的漏电流一般不会超过1mA很安全。

1.2 在TT系统中的作用

TT系统发生碰壳故障后，漏电流经过设备端接地体、大地和中性点接地体回到中性点。导线电阻不计，加之人体电阻和地面电阻远大于设备接地电阻，那么220V相电压由中性点接地电阻和设备接地电阻分担，如果二者相等，那么设备端接地电阻电压降为110V，仍是致命的。但如果设备外壳没有接地，人又处于恶劣用电环境，此时地面电阻及中性点接地电阻均远小于人体电阻，那么人体承担的电压接近220V。通过接地保护，降低触电的致命性。

1.3 TN系统的基本安全性

TN系统的碰壳后故障电流经保护零线形成回路，如果保护零线与相线采用同样的导线，那么设备外壳对地电压为220V相电压的一半。与TT系统相同，如果设备没有与保护零线相连，人体触及故障设备外壳时将有可能承受220V相电压。保护接零虽然将触电的危险性降低了，但并没有降至安全电压50V以下。

实际上对TN系统的保护零线都要求进行重复接地。首先，重复接地可进一步降低TN系统碰壳后外壳对地电位，降低保护零线上的电压降，危险性被进一步降低。其次，当TN系统相线断开发生短路时,故障电流造成了中性点电位升高，PE线电位随之升高，重复接地以后,由于设备外壳和装置外导电部分以及地面的电位同时升高,从而有效降低PE线对地电压,减少危险。另外，重复接地还有安全冗余的作用。

2.供电保护装置的使用

最常用供电两种保护装置是过流断路器和剩余电流断路器（RCD），二者均为自动断电保护装置。前者主要用于保护设备与线路，后者主要用于保护人。

2.1 IT系统保护装置采用

IT碰壳故障电流是依靠大地与线路间电容形成回路的，因此，在变压器端安装RCD是没有意义的。由于IT系统本身碰壳故障漏电流小，要么没有足够的漏电流驱动RCD，要么在安全情况下，还自动断开电路，反而降低了系统供电的可靠性，所以在设备端IT系统不应安装RCD。所以要采用过流保护装置，在发生系统过载或发生相线间短路时，能自动切断电源。

2.2 TT系统保护装置的采用

TT系统部分借助大地形成故障电流回路，取系统中性点接地电阻和设备外壳接地电阻均为4Ω，忽略导线电阻，那么发生碰壳故障时形成的漏电流为27.5A。这样的电流往往不能有效的驱动过流保护装置动作，从保护人的角度而言，不可用过流断路器来保障人的安全。不过这样的电流已非常有效地驱动漏电保护装置，因此，在TT系统中，采用RCD是保障人身安全的必备装置。而且，在变压器端、中间线路、设备端可安装多级漏电保护装置。

2.3 TN系统保护装置的采用

TN系统借助保护零线形成故障电流回路，故障电流远大于TT系统，因此，TN系统不但可以更迅速断开电路，而且具备过流和漏电双重保护。

对于TN-C、TN-C-S 由于存在保护零线和工作零线共用问题，所以在此两个系统中无法在干线上使用RCD，而只能在支线或设备末端使用RCD。而TN-S系统保护零线与工作零线分开，所以可在干线及设备端多级使用RCD，因此，在三种TN系统中， TN-S系统能更有效地利用漏电保护装置提高安全性安全性最高。

3.各类系统的技术管理要求

IT系统由于故障电流非常小，所以需采用专门的装置对系统故障情况及绝缘情况进行监测。从管理角度应加强对设备接地电阻的控制。相对其它系统而言，该系统对技术管理的要求是中等水平的。

TT系统技术管理的关键是利用好漏电保护装置。由于各个设备或建筑物单独设置接地保护线，系统各设备间的关联性不强，所以TT系统的对技术管理要求最低，最便于管理。

TN系统的保护零线（PE线）由变压器的中性点引出，必须保障其在各个环节上不断开才能有效发挥作用。同时还要避免接地保护和接零保护混用，那将导致接地设备碰壳后所有接零设备均处于危险状态。由于TN系统中各设备安全具有很强的关联性，所以TN系统对技术管理的要求也是最高的。

4.各供电系统的适用领域

IT 方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方。IT系统最典型的应用就是用于矿山，在井下如果供电中断，将无法及时排出瓦斯和地下水，会形成重大安全事故危险。而TT和TN供电系统都是通过立即切断供电来确保安全，因此不适合这类场所。

由于TT系统保护接地分户设置这个最大特点，在一座建筑物共享一个接地，且可多级甚至对单个设备进行漏电保护，用户间对安全的相互影响小，对技术管理要求最低，所以最适用于农村或城市居民这样的散户的公共用电。

TN系统，尤其是TN-S供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。在工程施工期间必须采用 TN-S 方式供电系统。具有高效自动断电保护功能，安全性较高，但对技术管理要求也高，所以，适合于建筑工地、工厂这类等危险性较高而又有专门人员统一技术管理企业单位。

5.结论

通过分析在比较了各类系统的安全性和保护装置以及应用领域，各类供电系统的安全性、可靠性等因素后得出：IT系统基本安全性最高，供电可靠性最高，因此在各个系统中，具有最高的综合安全性。TT系统主要靠漏电保护装置保障人的安全，故障电流借助大地形成，小于TN系统故障电流，因而自动断电灵敏度低于TN系统，其综合安全性最低。TN系统主要依靠保护零线形成故障电流，故障电流大，能有效驱动漏电及过载双重保护装置，自动断电灵敏度最高，安全性中等。而三种TN系统中，TN-S系统可进行多级漏电保护，安全性最高，其次是TN-C-S系统，最低是TN-C系统，各系统安全性比较见附表。