浅谈工厂低压供配电设计中接地系统及接地故障保护

高业兴

摘要：我国开展工业化生产的过程中，电厂应用电能的现象十分普遍，但是由于工程需涉及大量配电设备，电力能源自身表现出较强危险性，一旦失控必将影响电气设备，使设备受到严重损害，威胁工厂正常运作，甚至增加安全事故发生概率，因此有必要整体研究供配电系统接地故障保护。本文基于设计低压供配电，详细研究接地系统及接地故障保护内容。

关键词：工厂低压配电设计；接地系统；接地故障保护

工厂在现代化运行过程中依靠电能实现供给，电能在为人们提供便利的过程中，也引发了很多安全问题。工厂拥有大量电气设备，相应产生复杂的供给电力系统，错综复杂的电网，容易扩大影响范围。基于客观角度设计配电系统，一定程度上提升系统的安全水平，迫切要对这一设计给予高度关注。

一、低压供配电接地系统概述

（一）TN系统

在合理配置中，应有对应接地系统。其中，TN系统表现出普遍适用性，并大规模运用在工厂运作中。系统运作的主要原理是中性点直接接地，也被称作接零。

第一种是TN-C系统，通常电容量相对较小，适用于对配电设计要求相对不高的操作。其优势为极少使用导线与保护电器设备，相应节省了系统的投入成本。但是，由于线路存在难以平衡的电压，当谐波电流出现在电路中时，这样的接地方式形成干扰电磁，较大程度影响了一部分电力设施[1]。

第二种是TN-S系统，当供配电设计达到规定安全标准时科学应用。由于系统保护中不会形成电流，难以造成电磁干扰，相应增加了安全性。可是，不足是会增加投入成本。

第三种是TN-C-S系统，是对前两种系统有效融合，前半部分利用TN-S系统节地，后半部分则使用TN-C系统。高度糅合两个系统的优势，有效规避系统存在的不足。

（二）TT系统

该系统工作原理是电源工作接地与用电设施保护接地，不存在保护线，全部设备金属外壳直接中线。系统特点：直接接地，容易增加触电的风险；设备之间不存在必要关联，产生缺陷不会发生一系列连锁反映，同时各个设备保持一定独立性，彼此难以造成较大的干扰。当前这一系统应用率较低，但基于投入成本低廉，可以有效掌控风险，有良好的应用前景[2]。

（三）IT系统

系统运行的基本原理是电源非工作接地与用电设备保护接地。缺乏必备的中性线和保护线，设备全部金属外壳采取直接接地方式。实际特点：难产生广泛的运用范围，可以在三相对称用电设备中广泛运用；单相产生问题不会威胁设备使用；设备不带电，降低了触电发生概率，容易在易燃易爆场合中使用。

二、接地故障保护

接地故障发生是由于在系统内部中相线对地及相关导体之间发生短路问题。一定程度增加接地故障的危害性，可以借助工厂接地故障保护降低产生事故的概率。

（一）IT系统接地故障保护

在此系统中，若供配电系统发生单相接地故障，电位在设备金属外壳中升至50V，此时采取设备绝缘监视和接地故障装置，并对装置内部动作电流范围有效保障： IERE≤50V

式中，单相接地电流为 IE，连接设备金属外壳的接地电阻为RE。

当系统中发生两相接地故障时，应采取安装漏电保护开关的方法，短期内快速切断供电线路。这一故障成因有两种，一是IT接地系统中拥有N线，此时漏电开关形成的动作电流为：

loρZΣ≤■UΦ

二是IT接地系统中缺少N线，此时漏电开关电流为：

loρZΣ≤■UΦ

在上述公式中，loρ表示漏电开关形成的电流数值；故障回Φ路阻抗模为ZΣ，相电压是UΦ。

（二）TT系统基地故障保护

在这个系统中，仅需要对漏电开关设置保护，结合低压断路器约束需求合理调节漏电开关存在的大小电流，确保漏电动作维持在30mA左右。设置接地故障保护系统之后，应根据公式要求设计系统： sla≤50V

式中，设备外漏形成的导电部分地级与PE线电阻和为s；la标识存在于故障回路形成的动作电流。

在实际利用系统的过程中，一般不会形成较高故障电流数值，与过电流保护的对应范围不相符，设备应用中体现出极强的灵敏性。因此在应用系统中，一般优先考虑使用漏电保护设备[3]。

（三）TN系统接地故障保护

在系统中，一般保护供配电系统采取低压断路器切断供电线路的方法，结合反时限特点需求对断路器动作电流科学调节。可是，在TN-S系统和TN-C-S系统下部分无法结合故障保护需求使用断路器，此时为实现故障保护需要应安装漏电开关。在TN-C系统中，由于未设计PE线，应利用漏电开关达到故障保護目标，在TN-C系统中加入PE线，进一步转化为TN-S系统，设计过程中应达到下列要求： sla≤U

式中，接地故障回路阻抗利用s表示，la表示在限定时间之内对故障回路电流数量自行阻断；Uo标识相线对地形成的电压。

在研究分析系统中允许通过的最大切断接地故障回路，科学划分回路类型，一种是针对固定设备产生的回路，设定故障最大回路时间4-5s；另一种是针对移动设备形成的回路，故障最大回路时间是0.4s；结合以上数据了解到，两种回路；类型对故障保护反应时间都很短，固定设备大概是5s，移动设备大概是0.4s，因此只有对上述故障回路时间需求有效满足，才可以全面发挥系统优势。

在分析接地故障保护最小数值时，可以研究熔断器方式，合理划分溶体额定电流，与之对应的回路是4.5s、5s、5s、6s，形成故障时间依次为8s、9s、10、11s。通过以上数据了解到，当熔断器实施接地故障保护时，由于在TN系统中发生较高频率的金属性短路故障，此时电路故障保护必定起到较大作用，若形成较大电流数量容易切断电路。当线路存在较长长度时，相应扩大过电流保护装置发挥的作用，此时通过漏电保护设备作为保护装置为系统提供保护[4]。

三、结束语

综合分析能发现，在设计工厂的低压供配电中维护接地系统发挥了至关重要的作用。工厂应结合自身特点科学选择接地系统，之后按照实际运行接地系统状况，找出存在的缺陷，合理安装与之对应的故障保护装置。

参考文献：

[1]汤小丽，何贵阳.大型游乐设施配电系统接地型式的探讨[J].现代制造技术与装备，2017（4）：53-54+61.

[2]李露露，雍静，曾礼强，何乐婷.低压直流双极供电系统的接地型式研究[J]. 中国电机工程学报，2018（13）：2210-2218.

[3]彭钰，魏巍.浅析厂区道路照明配电系统接地型式的选择[J].有色冶金节能，2017（6）：35-39.

[4]千素兰 .低压配电系统设计中断路器整定系数确定问题的探讨[J].电气工程应用，2018（2）：26-31.

（作者单位：中材建设有限公司）