浅析TN系统的接地

摘 要：文章探讨了TN系统的接地和安全问题，强调了用电的规范，警示用电安全中常犯的错误，希望能够为相关人士提供参考和借鉴。

关键词：TN系统；接地；电气安全；等电位联接

引言

随着电力的广泛应用，加速了我国经济建设的步伐，改变着生产和生活的面貌，提高了人民的生活水平。但是用电安全问题也随之而来。触电事故原因是多方面的，有组织管理方面的因素，也有工程技术方面的因素；有不安全行为方面的因素，也有不安全状态方面的因素。特别是工程技术方面不规范的不安全因素，因此低压用电规范就显得尤为重要。

虽然我国的低压供电标准已经在和国际电工委员会（IEC）标准接轨，但是我国的低压供电模式受前苏联五六十年代供电模式的影响太深，现实上在安全技术方面存在着极大的隐患，和IEC标准相距甚远。在IEC标准中，低压配电系统的接地关系到用户的人身和财产安全，以及电气设备和电子设备的正常使用。文章拟就常见TN系统的接地和安全问题作一些探讨。

1 接地

接地是一个非常复杂的问题，为了正确地进行接地工作，首先必须明确“地”和“接地”的概念。

在低压供电系统中的“地”一般是指地球，地球是一个电阻非常低、电容量非常大的庞然大物，它是拥有“吞吐”无限电荷后且仍能保持其电位不变的特点。因此特别适合作为低压供电系统中的电位参考点。电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的大面积地线或建筑物内的总接地端子、接地线等在对应的设备工作时，也具有与地球类似的特性，适合作为对应设备的“地”。由此看来，“地”通常被称为工程应用中电位参考点的代名词。文章在研究低压配电系统电气接地时只涉及到大地。

接地就是将电气设备的某些部位、电力系统中的某点与大地等电位联接，提供故障电流及雷电流的泄流通道，提供零电位参考点，以确保电力系统、电气设备的安全运行，同时确保电力系统运行人员及其他人员的人身和财产安全。接地功能是通过接地装置来实现的，接地装置由接地连接线和接地体构成。接地是以地球作为等电位体的一种等电位联接方式。虽然这种等电位体没有金属等电位体好，但是由于人生活在地球上，这也是唯一的无赖选择。其实，采用金属等电位联接也是安全用电的必须，使在发生故障时，人体对地电位很高，但是加在人体上的电压却是很低，保障了人身安全。可以说，接地是等电位联接的一种特殊情况，是人类唯一的无赖选择。

2 TN系统的接地型式及适用范围

文章重点只就低压配电系统的工作可靠性与工作的安全性问题，探讨了系统接地和保护接地。从这两个重要的方面考虑，国际电工委员会（IEC）和《系统接地的型式及安全技术要求》（GB14050-2008）[1]对低压配电系统的接地型式分为TT系统、TN系统和IT系统。在这里只讨论TN系统。

在TN系统中，所有受电设备的外露可导电部分必须用保护线（PE）或保护中性线（PEN）與电力系统的接地点相连接。一般情况下，接地点就是中性点。这种系统被称作TN系统。在TN系统中，根据其PE线是否与N线分开而划分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种形式。

2.1 TN-C供电系统

TN-C供电系统如图1所示，它是用N线兼作PE线，两线合二为一，称作保护中性线，用PEN表示。

TN-C系统的PEN线应该有效地重复接地，这样一来节省了一根线又带来多处重复接地，得不偿失，所以现在基本不推荐采用这个系统，三星负载不平衡的系统尤为如此。鉴于以上特点，TN-C供电系统只适用于三相负载基本平衡的情况，应用范围十分有限。

2.2 TN-S供电系统

它是把保护线PE和中性线N严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统，如图2所示。

TN-S供电方式适用于工业与民用等低压供电系统。如在建筑工程完工前的“三通一平”（电通、水通、路通和地平）中必须采用TN-S方式供电系统；在对电磁干扰要求较高的数据处理、精密检测等实验场所、数控加工场所也可以采用TN-S供电系统。

2.3 TN-C-S供电系统[7]

在工业与民用供电中，如果前部分是TN-C方式供电，而施工现场要求采用TN-S方式供电系统，则可以在系统后部分的现场总配电箱分出PE线，这种系统称为TN-C-S供电系统，分出的保护线PE再也不能和中性线N相连了，否则系统又回到了TN-C模式，也可以说这种供电系统是由TN-C系统和TN-S系统演变而来的。如图3所示。

TN-C-S系统的特点如下：

（1）TN-C-S系统在电源到用户电气装置之间节省了一根专用的PE线。在装置内并没有出现电位差，因此不会发生TN-C系统的种种电气不安全因素。它的安全水平和TN-S系统是相仿的。

（2）如果PE母排和N母排是分开的，要求TN-C-S系统在电源进线处（例如总配电箱处）PEN线必须先接PE母排，然后通过一连接板（线）接中性线母排[2]，如图4所示，这是因为如果连接板（线）导电不良，中性线电路不通，设备不工作，故障可及时发现加以修复，不致于发生电气事故。如PEN线先接中性线母排，如果连接板导电不良，则这时整个装置内的设备都失去PE线的保护接地，而设备仍在工作，存在的不接地隐患将不被发现，这对人身安全是十分危险的。但是在一般情况下，N母排和PE母排是共用的一个汇流排。

（3）PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相连接，PE线上不许安装开关和熔断器。

（4）就信息技术设备的抗干扰而言，对设备的抗共模电压干扰，TN-C-S优于TN-S系统，一些发达国家就是这样做的。

综上所述，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上改进而来的，为我国目前大量的TN-C系统改进提供了重要理论依据。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在建筑施工、工厂用电实践中效果还是可以的。但是，在三相负载不平衡的供电系统中，必须采用TN-S方式的供电系统。

3 低压配电系统中应该注意的几个问题

3.1重复接地只适用于PE线和PEN线，N线不允许重复接地[7]

在重复接地方面，各类电气规范规定[1][4][5]：只是允许PE线和PEN线重复接地，而N线是不允许重复接地的。这是因为：（1）这三种线在电路中所起的作用不同，保护线PE线也就是我们通常所说的地线，PE线只是在出现故障时，电气装置外露导电部分带电，PE线上才有电流流动，其目的是对人身安全起保护作用，在实际使用中要求它重复接地；中性线是从电源中性点引出的导线，它的作用首先是保障电源提供的三个相电压平衡，减少负荷中性点的电位漂移，工作时中性线上有电流流过，实际使用中不允许重复接地，以免产生杂散电流带来不应有的故障，其次是为单相设备提供相电压；PEN线兼有PE线和N线功能，称为保护中性线，它是把PE线和N线合二为一，节省了一根导线，但是它往往容易混淆这两个功能，作为PEN线一般也要求重复接地。（2）N线从科学的角度上来看是可以重复接地的，但是要保证PE线和N线的重复接地的绝缘，这样一来，要求它们两处接地点至少相距20m，这在技术和实际中上是很难办到的[3]。所以在目前的各类标准中作出了上文的规定。（3）如果N线重复接地就会产生杂散电流，由于它的分流作用，在有碰壳故障现象时，往往会使过流保护装置不动，使电气设备的外壳带有危险电压。（4）如果将N线重复接地，会导致漏电保护器产生误动。

出现N线重复接地的错误，究其原因：往往人们认为N线是“零线”，应该重复接地，这是极端错误的。“零线”这一术语是20世纪50年代采用的，是前苏联电气规范时用的术语，前苏联电气规范中定义为接地的中性线。它实际指的是TN-C系统中的PEN线。但是人们在使用的过程中已经把PEN、PE、N混为一谈了，由于零线的概念不清，原本不应重复接地的中性线也被错误地重复接地，产生杂散电流而导致许多不应有的事故。既然零线是一个不严谨的电工术语，那么“接零保护”也就无从说起了，它仅是IEC标准中TN系统之一的TN-C系统，显然“接零保护”这一术语不能说明全部TN系统的内涵。所以说“接零保护”是十分模糊的概念，也应该废止，2008年以后的电气标准中已经再也找不到这些术语了。

3.2 使用上常犯的错误

（1）TN-C系统的PEN线在负载侧没有重复接地而导致设备外壳带有危险电压，这是“接零保护”的误导。等电位联接才能比较有效地消除危险电压。在用电安全中抛弃“接零保护”这个不科学的概念，特别是我们加入WTO之前的一代科技工作者。

（2）定期檢查系统的接地电阻[2]。TN系统配电线如发生相线接大地的故障，防范措施除正确设计和安装配电线路外，还应尽量减少接地电阻，用电规范中要求对系统接地至少每半年检查一次。这不仅可以增加系统的安全性，还可以降低电能损耗，提高电源利用率。

（3）TN系统PE、PEN线除重复接地外，还需要作必要的等电位联结[6][7]。等电位联接是使各外露导体和装置外导电体的电位相等的连接方式。在建筑物内的电气设备，可以通过将设备外壳与敷设的主接地母线相连来实现等电位连接，如图5所示。等电位连接的目的是防止在设备之间产生危险电位差而构成回路，因为由设备接地连接构成的回路容易受到外部电磁场的感应作用，产生回路电流，干扰设备的正常运行。总等电位联结比重复接地对防触电更为重要，许多技术先进国家的规范中都将总等电位联结规定为自动切断故障电路，防电击必不可少的一项安全措施，而工程实施中只是按规定的规格多加几根联结线而已，建议在工程中共同大力推广实施。

（4）对设备的PE线，要求符合GB5226的规定，现在很多设备只是解决了PE线的有无问题，而没有规范，特别是PE线截面积。要知道，PE线在设备正常工作时是没有电流的，只有当设备故障时，PE线上才有电流，起到了安全保护作用，也就是说PE线是安全的一道防火墙[8]。

4 结束语

随着供配电技术的不断发展，安全用电十分重要。（1）根据用户的实际情况，正确地选择系统接地模式，保障供配电系统的安全；（2）PE、PEN线不仅要求有重复接地，而且还要尽可能地作等电位联接，N线不允许重复接地；（3）要求系统接地良好，对系统的接地必须作定期检查。

参考文献

[1]GB14050-2008.系统接地的型式及安全技术要求[S].

[2]王厚余.低压配电系统的接地[J].建筑电气，1998，2.

[3]甘昌华.浅谈TN系统中的重复接地[J].科技广场，2007，5.

[4]JGJT16-2008.民用建筑电气设计规范[S].

[5]DLT621-1997.交流电气装置接地[S].

[6]刘介才.供配电技术（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2010，1：298-299.

[7]万学斌.基于有PEN线的TN系统接地安全性探讨[J].湖北职业技术学院学报，2011，12.

[8]GB5226.1-2002/IEC60204-1：2000.机械安全机械电气设备第1部分[S].

作者简介：万学斌（1963-），男，湖北孝感人，湖北职业技术学院机电工程学院，副教授，研究方向：机电一体化、电气基础应用与安全。