浅谈电气设备的保护接地与保护接零

许 伟

（中铁二十二局集团第四工程有限公司， 天津 301700）

1 保护接地[1]

1.1 IT 系统中保护接地的作用原理

当电气设备带电部分绝缘损坏而又发生单相碰壳故障时，电气设备金属外壳或构架就会带电，其电位与电气设备带电部分电位相同。因为电气设备带电部分与大地形成电容器的关系，电气设备金属外壳或构架对地就存在相电压，而人站在地上触碰电气设备已带电的金属外壳或构架就必然会发生触电事故。

当电气设备金属外壳或构架采取接地保护措施后，碰壳电流将同时由接地装置和人体两个导体流向大地。因为人体电阻比接地装置电阻大的多，根据欧姆定律公式I=U/R，所以流经人体的电流就很小，绝大部分电流从接地装置流向大地，从而可以避免或减轻触电对人体造成的伤害。

1.2 TT 系统中保护接地的作用原理

当已做接地保护的电气设备带电部分绝缘损坏而又发生单相碰壳故障时，故障电流由绝缘损坏的电气设备带电部分→电气设备金属外壳或构架→电气设备保护接地装置→大地→电源中性点接地装置回到电源中性点，形成了短路。由于电气设备保护接地装置、大地和电源中性点接地装置的电阻作用，短路电流可能不会太大，继电保护装置可能不会动作，那么短路电气设备的金属外壳或构架就会长期带电，这就容易发生人体触电事故。所以在TT系统中不可采用保护接地。

2 保护接零[2]

2.1 TN-C 系统中的保护接零

1.1 TN-C 系统中保护接零的作用原理

图1 TN-C 接零保护系统示意

当电气设备的带电部分绝缘损坏而又发生单相碰壳故障时，故障电流由绝缘损坏的电气设备带电部分→电气设备金属外壳或构架→电气设备保护接零连接线→NPE 线回到电源中性点，形成了短路。由于电气设备金属外壳或构架、电气设备保护接零连接线和NPE 线电阻较小，所以短路电流较大，短路电流促使继电保护装置动作，把电流断开，以消除人体触电危险。如图1 所示。

1.2 TN-C 系统中保护接零的局限性

1.2.1 只适用于三相负载基本均衡的情况。由于单相负载的存在必然会造成三相负载不均衡和NPE 线过长造成阻抗过大时，则NPE 线上会有不均衡电流通过，不均衡电流对地产生电压，即NPE 线对地产生电压，则做接零保护的电气设备金属外壳或构架就会带电，这样就有可能造成人身触电事故。

1.2.2 NPE 线不可断开

1.2.2.1 以一个单相回路为例，当电气设备的带电部分绝缘损坏而又发生单相碰壳故障，而NPE 线又断开时，则电气设备金属外壳或构架对地产生相电压，即电气设备金属外壳或构架带电，对人身安全造成威胁。

1.2.2.2 由于NPE 线断开造成三相电压畸变，使电气设备工作特性发生变化，电压过低设备无法正常工作，电压过高将缩短设备使用寿命，甚至烧毁设备造成经济损失。

1.2.3 NPE 线不得通过漏电保护器。若NPE 线通过漏电保护器，当发生短路故障时，故障相和NPE 线的故障电流在漏电保护器内的电流互感器中的磁场相互抵消，漏电保护器将因检测不到故障电流而不动作，即电气设备金属外壳或构架将会带电。

由此可知，TN-C 系统是有其弊端的，现在已很少采用，尤其是在民用配电系统中已不允许采用此系统。

1.3 TN-S 系统中保护接零的作用原理

当电气设备的带电部分绝缘损坏而又发生单相碰壳故障时，故障电流由绝缘损坏的电气设备带电部分→电气设备金属外壳或构架→电气设备保护接零连接线→PE 线回到电源中性点，形成了短路。由于电气设备金属外壳或构架、电气设备保护接零连接线和PE 线电阻较小，所以短路电流较大，短路电流促使继电保护装置动作，把电流断开，以消除人体触电危险。如图2所示。

图2 专用变压器供电时TN-S 接零保护系统示意

1.4 TN-C-S 系统中保护接零的作用原理

TN-C-S 系统即是三相四线供电时局部TN-S 接零保护系统。当电气设备的带电部分绝缘损坏而又发生单相碰壳故障时，故障电流由绝缘损坏的电气设备带电部分→电气设备金属外壳或构架→电气设备保护接零连接线→PE线→NPE 线回到电源中性点，形成了短路。由于电气设备金属外壳或构架、电气设备保护接零连接线、PE 线和NPE 线电阻较小，所以短路电流较大，短路电流促使继电保护装置动作，把电流断开，以消除人体触电危险。如图3 所示。

图3 TN-C-S 接零保护系统示意

3 同一供电系统中，不得一部分设备做保护接零，另一部分设备做保护接地的原因

图4

如图4 所示，在同一供电系统中，左边的电气设备采用保护接地，右边的电气设备采用保护接零。当采用保护接地的电气设备带电部分绝缘损坏而又发生单相（三相中的任一相，这里假设为L1相）碰壳故障时，故障电流由绝缘损坏的电气设备带电部分→电气设备金属外壳或构架→电气设备保护接地装置→大地→电源中性点接地装置回到电源中性点，形成了短路。由于电气设备保护接地装置、大地和电源中性点接地装置的电阻作用，短路电流可能不会太大，继电保护装置可能不会动作，那么采用保护接地的电气设备的金属外壳或构架就会长期带电。根据串联电路原理，如果电气设备保护接地装置的电阻和电源中性点接地装置的电阻相同，则左边采用保护接地装置的电气设备的金属外壳或构架和NPE 线对地电压俱为110V。由于右边的电气设备采用了保护接零，则该电气设备的金属外壳或构架也带有110V 对地电压。同时左边采用保护接地的电气设备的金属外壳或构架和右边采用保护接零的电气设备的金属外壳或构架之间有220V 相电压。对人身安全造成威胁。

所以，当施工现场与外电线路共用同一供电系统时，电气设备的接地、接零保护应与原系统保持一致。不得一部分设备做保护接零，另一部分设备做保护接地[2]。但是，对于同一台设备，同时接零又接地的话，安全性更高。