某别墅区低压系统接地形式的探讨

宋大伟

(中国建筑设计院有限公司， 北京 100044)



某别墅区低压系统接地形式的探讨

1工程概况

本工程建筑面积约8万m2，共有独栋别墅158栋，分为南、北两个部分。现以北区为例，北区有别墅87栋，设两处箱式变电站，箱式变电站低压出线至地块内各总配电箱，再由总配电箱出线至小组团内各别墅户箱。北区总平面示意图见图1(图1中粉色矩形为总配电箱，圆圈为两处箱式变电站)。

图1　别墅区(北区)总平面示意图

2低压系统接地形式

低压系统接地型式可分为TN、TT、IT三种。对于单电源系统，TN电源系统在电源处应有一点直接接地，装置外露可导电部分应经PE接到接地点。TN系统可按N和PE的配置分为：

1)TN-S系统，整个系统应全部采用单独的PE，装置的PE也可另外增设接地，见图2。

图2　TN-S系统接线图

2)TN-C-S系统，系统中的一部分，N的功能和PE的功能合并在一根导体中(在装置的受电点将PEN分离成PE和N的三相四线制的TN-C-S系统)，见图3。

图3　TN-C-S系统接线图

3两种低压系统接地形式的比较

3.1TN-C-S系统

3.1.1优点

1)TN-C-S系统从变电所引出三根相线及一根PEN线，在用户电源进线处做重复接地。在做重复接地时，PEN线必须先接PE母排，然后通过连接线接中性母排。这种接地形式可以为从箱式变电站引出的低压电缆节省一个专用的PE线，降低了一些成本。

2)TN-C-S系统的中性线和PE线是在低压电源进线处才分开，不同于TN-S系统在变电所出线就将两者分开，所以低压用户处TN-C-S系统中心线对PEN线的共模电压小于TN-S系统。

3)由于在进线处才分出PE线，当户内用电设备发生接地故障时，大大降低了人体接触带电设备的预期接触电压(与图6所述相似)。

3.1.2缺点

1)由于TN-C-S系统在进线处做了重复接地，PEN线需分为N线与PE线。根据GB 50054-2011《低压配电设计规范》3.2.12条“当从电气系统的某一点起，由保护接地中性导体改变为单独的中性导体和保护导体时，应符合下列规定：

1 保护导体和中性导体应分别设置单独的端子或母线；

2 保护接地中性导体应首先接到为保护导体设置的端子或母线上；

3 中性导体不应连接到电气系统的任何其他的接地部分。”

在PEN线改为中性导体与保护导体的施工过程中，如果PEN线先接到中性母排再接出PE母排，此时若发生连接板导电不良的状况，则整个装置内设备都会失去PE线的接地保护，但设备仍能正常工作，使得存在的不接地隐患不易被发现，这对用户来说是十分危险的。在做重复接地时，若对重复接地电阻阻值要求较低，不但对接地安全帮助不大，还增加了施工难度和不必要的投入成本，详见图4。

图4　TN-C-S系统PEN线入户后分开为中性线与PE线的接线图

2)由于电气装置在进线处做了重复接地，整个系统变成了两点接地，使供电范围内中性线电流可通过不正规的并联通路返回电源侧，产生了杂散电流。杂散电流流经大地时会对地下的各种金属管道或钢筋造成一定的腐蚀，严重时还会导致电源进线处的总漏电保护器误动作或拒动作。

3.2TN-S系统

3.2.1优点

1)不需要在电源入户处做重复接地，杜绝了因PEN线引出N线和PE线时先后顺序不当带来的触电危险。

2)可以预防因施工中PE线与中性线接反，形成杂散电流导致RCD的误动作。

3.2.2缺点

1)多用了一根专用PE线，增加了一些投资。

2)从变压器出线至用电设备这段线路较长，PE线阻抗较大，当户内用电设备发生接地故障时，人体接触接地故障设备的金属外壳时的预期接触电压值会较高，触电后对人伤害较大。详见图5～6。

低压系统接地型式为TN-S时，因为配电线路很长，Zab(从变压器引出后至用户用电设备的保护线阻抗)值很大，当设备发生接地故障时，人体预期接触电压U(U=Id·Zab)较大，会超过50V，对人危害较大，见图5。

图5　TN- S系统用电设备发生接地故障时预期接触电压示意图

图6　TN- S系统做总等电位后，用电设备发生接地故障时预期接触电压示意图

3.3等电位联结的应用

低压系统接地形式为TN-S，但在电源进线处做总等电位联结时，电源进线处PE线与MEB箱连通，使得人体预期接触电压降低为电源进线处至故障电气设备的PE线上的Id产生的电压降。接触电压远低于不做总等电位时的接触电压，较为安全(见图6)。但接触电压仍可能高于50V，因此在对于人能触及到的家用电器(插座)回路必须配合开关防护电器(剩余电流动作保护电器)。在发生接地故障时，自动切断电源来预防电击危险，并且在户内淋浴间等潮湿场所结合局部等电位联结保证安全。

4其他

为达到设计及验收规范中对建筑接地电阻阻值的要求，有条件可以将就近的别墅接地网用40×4的镀锌扁钢连接起来，将整个别墅区连成一个整体接地网。这样接地电阻值很容易达到规范的要求。本工程实测接地电阻阻值约为0.5Ω，详见图7。

图7　别墅区(北区)接地网平面图

将整个别墅接地网连通后，可以将箱式变电站及其负责供电的别墅考虑为一个共同接地的“建筑”,这也符合TN-S系统设置的要求。

5结束语

电气设计中，合理选择低压系统接线形式对低压配电安全及防电击非常重要。在选择合适的接地系统的同时，必须要配合等电位联结的使用，这样才能在使用用电设备时更加安全可靠。综上所述，笔者认为分散的独栋别墅低压系统接地形式宜采用TN-S系统并在电源进线处做总等电位联结。以上为笔者的一些体会理解，如有不当之处，还请各位同仁、前辈批评指正。

参考文献

[1]GB/T 50065-2011 交流电气装置的接地设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[2]GB 50054-2011 低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[3]王厚余.建筑物电气装置600问[M].北京：中国电力出版社，2013.

Discussion on the Ground Forms of Low Voltage System of a Villa District

Song Dawei

宋大伟

(中国建筑设计院有限公司， 北京 100044)

摘要对某别墅区分别采用TN-C-S及TN-S的低压接地系统进行了优缺点分析。强调了进线处做总等电位联结对发生接地故障时降低人体触电危险的重要性。

关键词接地电阻接地极总等电位联结

AbstractThe following problems which earthing types of low-voltage power network of villa program are discussed. The importance of reducing the risk of electric shock when the equipotential bonding has done in grounding fault is stressed.

Keywordsearthing resistance, earth-electrode, equipotential bonding