低压配电系统中零线的研究

唐士洲

（江苏省邮电规划设计院，江苏 南京210006）

1 低压系统的接地分类

根据IEC（国际电工委员会）规定，低压系统接地制式一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。因为IEC以法文作为正式文件，所用字母为相应的法文词为首字母。

（1）第一个字母表示电源接地点对地的关系。其中：

T：表示直接接地。

I：表示不接地，或通过阻抗与大地接地。

（2）第二个字母表示电气设备外露导电部分与地的关系。其中：

T：表示独立于电源接地点的直接接地。

N：表示直接与电源系统的接地点或该接地点引出的导体相连接。

（3）后续字母表示中性线与保护地线的关系。其中：

C：表示中性线N与保护地线PE合并为PEN线。

S：表示中性线与保护地线分开。

C－S：表示在电源侧为PEN线，从某点分开为N及PE线。

根据以上的分类方法，接地制式划分的配电系统有5种：IT、TT、TN－C、TN－S、TN－C－S。

2 TN接地系统

TN接地系统所有电气设备的外露导电部分接到保护地线上，与配电系统的中性点相连。保护地线应在每个变电所或变电站附近接地。根据中性线N与保护地线PE是否合并的情况，将TN系统分为TNC、TN－S和TN－C－S。

（1）TN－C系统

TN－C系统如图1所示，是保护地线与中性线合并为PEN线的系统，具有简单、经济的优点。接地故障时，故障电流大，采用一般的过电流保护器切断电源。对于单项负荷或三相不平衡负荷及有故障电流负荷的线路中，PEN线有电流，其产生的压降呈现在电气设备的金属外壳和线路金属套管上，对敏感设备不利。

图1 TN－C系统

（2）TN－S系统

TN－S系统如图2所示，指保护地线PE与中性线N分开的系统。正常情况下PE线不通过负荷电流，所以与PE线相连的电气设备的金属外壳在正常时不带电，因此可用于精密设备以及有爆炸危险的环境中，通信机房中必须使用此种类型接地系统。

图2 TN－S系统

（3）TN－C－S系统

TN－C－S系统如图3所示，PEN线从某点开始分为保护线和中性线。分开后的N线对地绝缘。为了防止混淆PE和N线，PEN线分开后就不再合并，否则失去分开后形成的TN－S系统的特点。

图3 TN－C－S系统

3 中性线断路（断零）的危害

这可用图4中示例来简单地加以分析。图中相线L1未带负载，L2带一个150 W白炽灯泡，L3带一个15 W白炽灯泡，三相负载非常不平衡。若以电压表测量三相电压，如果中性线未断线，会发现三个相电压并没有多少差异。这是因为这三相都是由相同的220 V绕组电压供电，它们的电压差异只在于三相不同负载电流产生不同的线路电压降。而按照规定，相线和中性线上的总电压降一般不超过5%，所以仅是三相负载不平衡是不会烧坏某相内设备的，设备的烧坏另有原因。

图4 三相四线制供电示意图

现假设白炽灯泡前的中性线因故中断，如图4所示，则150 W和15 W灯泡成为串联后接在380 V单相回路中。白炽灯泡基本上是个电阻性负载，其阻值R与功率P成反比，也即R∝1／P。

因此如果150 W灯泡的电阻为R，则15 W灯泡的电阻为10R，这样380 V电压就按1与10的比例分配在两个灯泡上。150 W灯泡上的电压仅为35 V，而15 W灯泡上的电压则高达345 V，它很快就被烧坏。为进一步分析清楚，可作其电压相量图，如图5所示。从图可知三相回路相间电压仍为380 V不变，负载侧的中性点由O点漂移到O′点，中性线对地电压达190 V（在无等电位联结作用的TN系统中，此电压不烧坏设备，但可引起电击事故），而空载的L1相电压则高达364 V，三相电压极不平衡。

图5 电压相量图

4 关于重复接地的要求

现实中部分电气施工人员对TN—S系统中重复接地的有关问题及要求不甚了解，在实际施工中出现一些问题。集中表现为：TN—S系统的重复接地问题中是对N线重复接地，还是对PE重复接地莫衷一是，提法不明确。

对于TN—S系统，重复接地就是对PE线的重复接地，其作用如下：

（1）如不进行重复接地，当PE断线时，系统处于既不接零也不接地的无保护状态。而对其进行复重接地以后，当PE正常时，系统处于接零保护状态；当PE断线时，如果断线处在重复接地前侧，系统则处在接地保护状态。进行了重复接地的TN—S系统具有一个非常有趣的双重保护功能，即PE断线后由TN—S转变成TT系统的保护方式（PE断线在重复接地前侧）。

（2）当相线断线与大地发生短路时，由于故障电流的存在造成了PE线电位的升高，当断线点与大地间电阻较小时，PE线的电位很有可能远远超过安全电压。

这种危险电压沿PE线传至各用电设备外壳乃至危及人身安全。而进行重复接地以后，由于重复接地电阻与电源工作接地电阻并联后的等效电阻小于电源工作接地电阻，使得相线断线接地处的接地电阻分担的电压增加，从而有效降低PE线对地电压，减少触电危险。

（3）PE线的重复接地可以降低当相线碰壳短路时的设备外壳对地的电压，相线碰壳时，外壳对地电压即等于故障点P与变压器中性点间的电压。假设相线与PE线规格一致，设备外壳对地电压则为110 V。而PE线重复接地后，从故障点P起，PE线阻抗与重复接地电阻RE同工作接地电阻RA串联后的电阻相并联。在一般情况下，由于重复接地电阻RE同工作接地电阻RA串联后的电阻远大于PE线本身的阻抗，因而从P至变压器中性点的等效阻抗，仍接近于从P至变压器中性点的PE线本身的阻抗。

如果相线与PE线规格一致，则P与变压器中性点O间的电压UPO仍约为110 V，而此时设备外壳对地电压UP仅为故障P点与变压器中性点间的电压UPO的一部分，可表示为：UP＝UPORE／（RA＋RE）。假设重复接地电阻RE为10Ω，工作接地电阻RA为4 Ω，则UP＝78．6 V。

如果只是对N线重复接地，它不具有上述第（1）项与第（3）项作用，只具有上述第（2）项的作用 。对于TN—S系统，其用电设备外壳是与PE线相接的，而不是N线。因此，我们所关心的更主要的是PE线的电位，而不是N线的电位，TN—S系统的重复接地不是对N线的重复接地。

如果将PE线和N线共同接地，由于PE线与N线在重复接地处相接，重复接地前侧（接近于变压器中性点一侧）的PE线与N线已无区别，原由N线承担的全部中性线电流变为由N线 和PE线共同承担（一小部分通过重复接地分流）。可以认为，这时重复接地前侧已不存在PE线 ，只有由原PE线及N线并联共同组成的PEN线，原TN—S系统实际上已变成了TN—C—S系统，原TN—S系统所具有的优点将丧失，故不能将PE线和N线共同接地。

在工程实践中，对于TN—S系统，很少将N线和PE线分别重复接地。其原因主要为：

①将N线和PE线分别重复接地仅比PE线单独重复接地多一项作用，即可以降低当N线断线时产生的中性点电位的偏移作用，有利于用电设备的安全，但是这种作用并不一定十分明显，并且一旦工作零线重复接地，其前侧便不能采用漏电保护。

②如果要将N线和PE线分别重复接地，为保证PE线电位稳定，避免受N线电位的影响，N线的重复接地必须与PE线的重复接地及建筑物的基础钢筋、埋地金属管道等所有进行了等电位连结的各接地体、金属构件和金属管道的地下部分保持足够的距离，最好为20 m以上，而在实际施工中很难做到这一点。

5 为防“断零”危害，在电气装置的设计安装中应注意哪些？

为防范“断零”烧毁设备事故，在电气线路的设计、安装和管理中应注意做到以下几点：

（l）在TN系统回路中应适当放大中性线和PEN线的截面积，以保证其机械强度，特别是从电杆到建筑物电源线进线口的一段架空引入线十分易于折断，应按IEC要求铜线不小于10 mm2，铝线不小于16 mm2。

（2）采取有效措施防止中性线承受过大的应力。

（3）注意中性线接头的连接质量，以确保中性线接头的导电良好，应特别注意提高铝线的连接质量，因铝线表面极易因氧化或腐蚀而不导电。

（4）在中性线上尽量减少线路端子连接和接头，并尽量少串入开关和触头，例如没有特别的需要尽量少装用四极开关，以防因其中性线触头和接线端子接触不良而增加“断零”危险。

（5）严禁在三相四线回路的中性线上串接熔断器，以防熔断器中的熔体因种种原因熔断而成为“断零”。