谈施工现场临时用电接地保护系统

赵 建 文

(阳泉市建筑安全监督站，山西 阳泉 045000)

谈施工现场临时用电接地保护系统

赵 建 文

(阳泉市建筑安全监督站，山西 阳泉 045000)

介绍了接地保护系统的类型，分析了TT与TN系统的优缺点，通过对比TN-S，TN-C,TN-C-S三种TN系统的形式特点，确定了施工现场临时用电系统应采用TN-S系统，最后给出了TN-S系统的设置方法。

接地保护系统，电气设备，TN-S系统，电压

在低压电力系统中，为了防止施工现场用电设备正常不带电的外露导电部分因故障带电对人体造成的触电伤害，以及电火花点燃易燃易爆物引起的电气火灾，通常将电气设备的外露可导电部分(金属外壳、基座、构架等)进行接地，形成接地保护系统。

1 接地保护系统的分类

按照IEC的标准电气设备的接地保护型式可分为IT，TT，TN三种，其中TN系统又分为TN-S，TN-C，TN-C-S三种型式，上述字母符号中第1个字母I表示电源端不接地或经阻抗接地、T表示电源端直接接地；第2个字母T表示外露导电部分对地直接做电气连接即表示采用保护接地，N表示外露导电部分与配电系统的中性点直接做电气连接，即表示采用保护接零；S表示中性线和保护零线是分开的，C表示中性线和保护零线是合一的。

1.1 IT系统

IT系统是指电源中性点不接地或经阻抗接地，而用电设备的金属外壳接地。IT系统的主要特点是没有工作零线。但如果为了照明用电的需要，IT系统往往也要引出工作零线，但工作零线上应装设过电流检测装置。当IT系统出现故障时，因系统的限制，电气设备金属外壳不会产生危险电压，设备继续运转，此时用电设备开始报警，通过检查消除故障。IT系统供电距离不是很长时，供电可靠性、安全性好，特别适用于要求连续工作的电气设备诸如电力炼钢、大型医院手术室、矿井等希望少停电的场所，也适用于有爆炸危险的环境。施工现场基本采用电源中性点直接接地的220 V/380 V三相四线制低压电力系统，需要配出中性线即工作零线，因此IT系统不适宜用于施工现场。

1.2 TT系统

TT系统是指电源的中性点直接接地(工作零线)，电气设备的金属外壳也直接接地(保护接地)的接地保护系统。TT系统主要特点：一是电气设备的金属外壳直接接地时，可以大大的减少触电的危险性，但是低压断路器不一定跳闸，设备金属外壳对地电压高于安全电压，容易造成触电事故。二是用电设备的接地装置耗用钢材多，而且难以回收、费工、费料。三是当漏电电流较小时，即使有熔断器也不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护。

1.3 TN系统

TN系统是将电气设备的金属外壳通过保护零线(PE)与电源的工作零线(N)连接形成的接地保护系统，又称为“接零保护系统”。

1)TN-S。在TN系统中，如果中性点接地线分为两条，其中一条线用作工作零线，另一条线用作保护零线，即将工作零线与保护零线分开使用，这样的接地保护系统称为TN-S系统。TN-S系统的优点是所有用电设备金属外壳均通过保护零线(PE)接地，正常情况下保护零线(PE)上无电流通过，所以与其相连接的所有用电设备金属外壳均与大地保持等电位，人的身体触及这些金属外壳时比较安全，施工现场应优先采用这种接零保护系统。

2)TN-C。在TN系统中，如果中性点接地线既作为工作零线(N)使用，又作为保护导线(PE)使用，称为保护接地中性导线，用PEN表示，这种工作零线(N)与保护零线(PE)合一使用的接地保护系统统称为TN-C系统。TN-C系统存在的危险是：虽然用电设备金属外壳通过PEN线接地很方便，但是由于PEN线上会因三相负荷不平衡而带电，一些负荷设备引起的谐波电流会注入PEN线，因而与其相连接的所有电气设备金属外壳均不同程度的带电，存在对地电压，人体触及金属外壳时就会有触电的感觉。而且三相不平衡电流越大，设备金属外壳对地电压越高，触电危险性也就越大。中性导线断线时，单相设备的工作电流也会导致电气设备的外露可导电部分带电。因此TN-C存在易发生触电事故的风险，施工现场不适宜采用。

3)TN-C-S。在TN系统中，前一部分(电源侧)工作零线与保护零线合一，后一部分(用电侧)工作零线与保护零线分开，这样的接地保护系统统称为TN-C-S系统。其中后一部分(用电侧)可单独视为局部TN-S系统。在局部TN-S系统中，工作零线(N)和保护零线(PE)需在分开点处做重复接地。

2 TT与TN系统的比较

2.1 故障点对地电压Ud的比较

其中，Z0为故障点电源侧零线的阻抗，Ω；Zφ为故障点电源侧单相相线的阻抗，Ω。

以上分析可以看出，虽然采用TT系统时，电气设备单相接地故障点对地电压比采用TN系统略低，但它们都远远超过安全电压的最高限值50V，都在危险电压范围之内。另外，采用TT系统时，电气设备接地电阻值受现场埋设方式、土质(土壤电阻率)，特别是季节变化等因素的影响，发生变动而不稳定。从而使其发生单相接地故障时的故障点对地电压也不稳定，其值将随着设备接地电阻值的增大而增大。而采用TN系统时，由于不受接地因素的影响，所以其发生单相接地故障时的故障点对地电压是稳定的。因此，从比较设备单相接地故障时故障点对地电压的大小和稳定性来说，TT系统并不优于TN系统，而且采用TN系统较为适宜。

2.2 故障电流Id的比较

另外，在选择短路保护电器方面，为保证迅速切断电气设备的短路故障电流，通常当选择断路器进行保护时，其脱扣电流整定值取为设备额定电流1.5倍；当选择熔断器进行保护时，其额定熔断电流取为设备额定电流的2.5倍～4倍。因此，当采用TT系统接地保护时，由于设备上的单相相线接地短路电流为IdT=27.5A,那么此时仅能保证使额定电流等于27.5/1.5=18.3A的断路器分断，或使额定熔断电流等于27.5/(2.5～4)=11A～6.9A的熔断器分断；而对于容量更大设备所配置的断路器或熔断器，由于上述接地短路电流偏小，在发生单相接地短路时，则不能有效分断故障电路，使设备外露可导电部分上时间存在近110V的对地电压，十分危险，存在发生触电事故的风险。若采用TN接零保护系统时，由于IdN>IdT，实际上就是单相短路电流大，所以对于更大容量范围的设备所配置的断路器或熔断器，当发生单相接地短路故障时，均能有效的分断故障电路。

通过上述对TT系统和TN系统的分析比较可以看出，对于系统的接地保护来说，采用TN系统优于采用TT系统。其主要优点是：当用电设备接地短路时，如采用TN系统，则其故障点对地电压较低，短路保护灵敏度高。

3 TN-S系统的确定

TN系统分为TN-S，TN-C，TN-C-S三种型式，根据施工现场应用实际情况经过综合比较分析，可以得出以下结论：

1)施工现场临时用电工程应采用TN-S系统。2)施工现场临时用电工程严禁采用TN-C系统。3)施工现场临时用电系统与外电线路另一部分用电系统共用同一供电系统(主要指用同一台电力变压器供电)供电，且另一部分用电系统已采用TT接地保护系统或当地供电部门要求必须采用TT接地保护系统的情况下才采用TT接地保护系统。4)在同一供电系统中TN系统与TT系统不能混用，若混用，不但起不到保护作用，还存在安全隐患(如图1所示)。假如用电设备相线触及金属外壳时，该设备和保护接地将带有对地电压Ud=Rd×U相/(R0+Rd)。以220V/380V三相四线制为例，如果中性点接地电阻值为R0=4Ω，设备保护接地电阻值也为Rd=4Ω，相电压为U相=220V，则对地故障电压为Ud=110V，故障电流为Ie= U相/(R0+Rd)=27.5A。已远远超过允许的安全电压、电流值，存在发生触电事故致人死亡的危险。加之上述故障电流是不太大的接地短路电流，一般过流保护装置不易可靠的实现速断功能，于是该危险将长时间存在，并且通过保护零线使所有接零保护的设备外壳均长期带电，埋下重大安全隐患，增大了触电死亡概率，危险性极大。由以上分析可见，在同一电源供电的任一用电系统中或各用电子系统间，TN与TT系统不能混用，不得一部分设备按TN系统接零保护，而另一部分设备按TT系统作保护接地。

4 TN-S系统的设置

施工现场主要有专用变压器供电和共用变压器三相四线制低压线缆接入供电等两种电源供电形式，在设置TN-S系统时应根据不同的电源供电形式按要求设置。

1)保护零线(PE)的设置。在专用变压器供电时的TN-S系统中，保护零线(PE)应由工作零线接地处或电源配电箱工作零线(N)接线端子处引出；对于共用变压器三相四线制低压线缆接入供电的局部TN-S系统，保护零线(PE)应由电源进线保护接地中性导体(PEN)重复接地处或总配电箱保护零线(PE)接线端子处引出。

2)保护零线(PE)与工作零线(N)的连接关系。在专用变压器供电时的TN-S系统中，工作零线(N)应接入总剩余电流保护器电源侧N接线端，保护零线(PE)不得经过总剩余电流保护器，经过总剩余电流保护器后的N线与PE线应严格分开，不得再作任何电气连接。

在共用变压器三相四线制低压线缆接入供电的局部TN-S系统中，电源线中的PEN线应一分为二，其中一个分支接入总剩余电流保护器电源侧的工作零线(N)接线端，经过总剩余电流保护器由负荷侧工作零线(N)端引出，作为施工现场临时用电系统中的工作零线(N)。另一个分支从PEN线的重复接地处或总配电箱的保护零线(PE)接线端子处引出，作为施工现场临时用电系统中的保护零线(PE)。

3)保护零线(PE)与工作零线(N)的应用区别。保护零线(PE)主要是为了连接用电设备金属外壳，在正常工作情况下无电流通过，且与大地保持等电位；工作零线(N)作为电源线用于连接单相设备或三相四线制设备，在正常工作情况下会有电流通过，被视为带电部分，且对地呈现电压。所以在施工现场TN-S系统中PE线和N线不可混用或代用。

4)保护零线(PE)的重复接地。施工现场TN-S系统中保护零线(PE)的重复接地应分别设置于配电系统的首端、中间、末端处，重复接地的数量不宜少于2n+1(n代表总分路数量)，每处重复接地电阻值不应大于10 Ω。保护零线(PE)多处重复接地的目的：一是降低保护零线(PE)的接地电阻，二是防止保护零线(PE)一处断线而导致保护失效。重复接地必须与保护零线(PE)相连接，施工现场具体应用时连接线可与配电箱PE线接线端子板连接。

Discussion on temporary electricity utilization grouting protection system in the construction site

Zhao Jianwen

(YangquanBuildingSafetySupervisionStation,Yangquan045000,China)

The paper introduces grounding protection system types, and analyzes merits and effects of TT and TN system. Through comparing characteristics of TN-S, TN-C and TN-C-S, it determines to apply TN-S system in temporary electricity utilization system in construction site, and finally shows TN-S system setting methods.

grounding protection system, electrical equipment, TN-S system, voltage

1009-6825(2017)03-0122-03

2016-11-11

赵建文(1963- )，男，工程师

TU856

A