浅谈三种低压接地系统的特点

北京城建道桥建设集团有限公司 张 影

引言

根据《低压配电设计规范》（GB50054）及《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065）中的描述，低压配电系统有3种接地形式，即IT 系统、TT 系统、TN 系统。其中TN 系统又可细分为TN-C、TN-C-S、TN-S 系统[1-2]。

由于最初研究电的科学家基本都是法国人，故接地系统的符号其实都是法语单词的首字母：T 为法文Terre“大地”的首字母；I 为法文Isolation“隔离”的首字母；N 为法文Neutre“中性点”的首字母；C 为法文Combine“合一”的首字母；S 为法文Separe“分开”的首字母。第一个字母说明电源的带电导体与大地的关系，第二个字母说明电气装置的外露导电部分与大地的关系。

在配电网实际运行中，最常见的故障是单相接地故障，它可能造成人身伤害的一种故障。单相接地故障指的是，带电部分的某一相与用电设备外壳发生接触，从而使用电设备外壳产生电压。比如电缆终端未做好、电缆绝缘外套破裂、凝露造成爬电距离减小等，都会造成单相接地故障[3]。

随着各地区对于供电可靠性的要求日益提高，供电系统中的低压也越来越受到关注。而低压系统中的接地系统，一直都是设计与施工容易出错的难点之一。虽然2011年颁布了《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065），其中详细描述了低压配电系统中的3种接地形式。但3种接地方式的特点及其实际应用却没有表述太清楚。本文结合多年工作经验，将低压接地系统的特点及各自的应用情况进行了论述。

1 IT 系统的特点

IT 系统的所有带电部分应与地隔离（不接地），或某一点通过阻抗接地。用电设备外壳应被单独地或集中地接地。IT 系统一般不设置中性线。，但需在每个出线回路前安装绝缘监视器。IT 系统接线示意详见图1。

图1 IT 系统接线示意图

从上图1中可以看出，当一个用电设备某一相发生单相接地故障时，用电设备外壳带电压，但无法形成回路，低压开关不会动作。此时用电设备外壳带电压，人碰触到用电设备外壳时，人体电阻与用电设备外壳保护接地电阻是并联关系。用电设备外壳保护接地电阻远远小于人体电阻（人体电阻一般为800Ω～1500Ω，接地电阻要求至少≤4Ω），所以通过人体的电流很微小，几乎不会对人员造成伤害[4]。

但当两个用电设备不同相对地故障时，会形成短路回路。此时低压开关会动作，切断回路，使得用电设备失电。详见图2。因此，需要在低压开关前加装绝缘监视器。该监视器仅报警不动作。当一个设备发生单相接地故障时，需要及时排查故障，避免停电。

图2 IT 系统单相接地故障示意图

基于IT 系统一个用电设备单相接地故障不停电的特点，IT 系统广泛应用于矿井下电气设备、手术室、应急电源等不能停电的场所。特别注意的是，同一变压器供电的TN/TT 系统不能和IT 系统兼容！当然，很少有IT 系统专供的情况。一般做法是在TN 系统中加装隔离变，隔离变出线是IT 系统。

特别注意的是，IT 系统因为没有N 线，无法引出单相电。当需要220V 电压时，隔离变引出的是220V 三相电。此时低压开关要使用两级（2P）开关。

2 TT 系统的特点

TT 系统就是变压器中性点和用电设备外壳分别直接接地的系统。TT 系统中，工作接地和保护接地必须是相互独立的。其中用电设备外壳的保护接地可以各自本地接地，也可以周边若干个用电设备外壳共用一个接地装置。TT 系统接线示意详见图3。

图3 TT 系统接线示意图

当用电设备出现单相接地故障时，故障回路电流很小，不足以使开关动作。故TT 系统用电设备必须加装漏电保护器，以切断漏电电流。详见图4。

图4 TT 系统单相接地故障示意图

TT 系统一般应用于无等电位连接或线路较长的场所，如路灯、低压架空线等，使得用电设备端的零排与变压器工作接地不是等电位。为使零线尽量保持不带电，用户设备一级开关必须用四极开关（单相为两极开关）。

3 TN 系统的特点

TN 系统是电力低压系统中应用最普遍的。TN系统即变压器中性点直接接地，设备外壳与变压器中性点做电气连接的系统。在TN 系统中，所有用电设备外壳均接到保护线上，并与变压器的中性点相连。TN 系统特点是当发生单相接地故障时，可将接地故障转变成短路故障，形成短路回路并产生足够大的短路电流，使开关能可靠动作，将故障切除。

用电设备外壳的保护接地可以重复接地，但变压器中性点的工作接地只能一点接地。因为若将工作零线N 重复接地，单相接地故障时，重复接地点会分流一部分短路电流，会使开关无法可靠动作，从而危害人身安全。

TN 系统又细分为TN-S 系统、TN-C 系统、TN-C-S 系统三种形式。基于现行的低压系统，本文仅针对TN-C-S 系统进行描述。

TN-C-S 系统是TN-C 系统和TN-S 系统的结合形式。在TN-C-S 系统中，从变压器引出到用电设备前的某一点采用TN-C 系统。从这一点之后，需要将工作零线N 与保护地线PE 拆开各自独立，从而形成TN-S 系统。

关于变压器侧接地网接地电阻的要求，《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065）中7.2.6的条文解释中有很明确的描述，本文不再赘述。

根据条文解释中的描述我们可以理解为，当接地网电阻≤0.5Ω 时，工作接地和保护接地可以合一。而当接地网电阻＞0.5Ω 时，工作接地和保护接地必须分开，间距5m 或以上，且分别满足≤4Ω。事实上，影响接地网的接地电阻最大的因素是接地网的占地面积。而实际应用中，独立的配电室或箱变所做的接地网很难将电阻降至0.5Ω 以下，除非与附近建筑物的大接地网相连。

特别注意的是，在箱变出厂时，由于无法预知接地网接地电阻是否满足≤0.5Ω，箱变的N 排和PE 排之间一般都有块连板。独立做接地网的箱变或独立配电室，工作接地与保护接地需要分开，且分别满足≤4Ω。故N 排和PE 排之间的连板需要拆除。

TN-C-S 系统接线示意详见图5。需要注意的是，一级箱从N 排接出PEN 线，应接在一级箱的PE 排上，一级箱的N 排和PE 排之间再做连接。这种接线方式主要是避免PE 线断接。另外，末端配电箱应该做外壳的重复保护接地。此处的保护接地电阻≤10Ω 即可。

图5 TN-C-S 系统接线示意图

当TN-C-S 系统出现单相接地故障时，系统会形成短路回路，从而将单相接地故障转变成短路故障，产生足够大的短路电流，使得开关动作。详见图6。在某些临时工程中，因某种原因需要一级箱进线就要独立的PE 线。此时的正确接线方式应如图7。

图6 TN-C-S 系统单相接地故障示意图

图7 TN-C-S 系统一级箱PE 线独立的接线示意图

如图7所示，并非如大多数人想象的，N 接N、PE 接PE，而是N 和PE 都是引自箱变低压N 排。相当于把TN-C-S 系统中的C 和S 的分界点从一级箱移至箱变低压出线处。如此才能保证在用户侧出现单相接地故障时可形成短路回路。注意，此时一级箱中N 排和PE 排中的连线要断开！

那么，错误的接线，N 接N、PE 接PE，会造成什么后果呢？见图8。注意，图8为错误的接线示意。当用户侧发生单相接地故障时，回路电阻为箱变工作接地电阻与保护接地电阻之和（原本应该仅为导体电阻，几乎可以忽略不计）。此时短路电流就变得很小，不足以使开关动作。但用户侧设备外壳升压，可能会危害人身安全。

图8 TN-C-S 系统一级箱PE 线独立的错误接线示意图

箱变处的保护接地接出的PE 排不往下接线，仅保护箱变本体。单就箱变本体来说，相当于TT 系统。当箱变处的10kV 或低压出现单相接地故障时，保护接地可引走故障电流。但短路回路电阻同样是箱变工作接地电阻与保护接地电阻之和，短路电流不足以使开关动作，但会造成单相电压骤降。

4 结语

就低压电网来说，没必要刻意纠结IT、TT、TN 系统，应根据实际需要结合实际情况灵活应用。TT 系统和TN 系统可以在同一个变压器的低压出线，根据实际情况灵活应用。但IT 系统若需要接入现状系统中，必须做独立的隔离变压器。