淺談三種低壓接地系統(tǒng)的特點(diǎn)

北京城建道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司 張 影

引言

根據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50054）及《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50065）中的描述，低壓配電系統(tǒng)有3種接地形式，即IT 系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)、TN 系統(tǒng)。其中TN 系統(tǒng)又可細(xì)分為T(mén)N-C、TN-C-S、TN-S 系統(tǒng)[1-2]。

由于最初研究電的科學(xué)家基本都是法國(guó)人，故接地系統(tǒng)的符號(hào)其實(shí)都是法語(yǔ)單詞的首字母：T 為法文Terre“大地”的首字母；I 為法文Isolation“隔離”的首字母；N 為法文Neutre“中性點(diǎn)”的首字母；C 為法文Combine“合一”的首字母；S 為法文Separe“分開(kāi)”的首字母。第一個(gè)字母說(shuō)明電源的帶電導(dǎo)體與大地的關(guān)系，第二個(gè)字母說(shuō)明電氣裝置的外露導(dǎo)電部分與大地的關(guān)系。

在配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，最常見(jiàn)的故障是單相接地故障，它可能造成人身傷害的一種故障。單相接地故障指的是，帶電部分的某一相與用電設(shè)備外殼發(fā)生接觸，從而使用電設(shè)備外殼產(chǎn)生電壓。比如電纜終端未做好、電纜絕緣外套破裂、凝露造成爬電距離減小等，都會(huì)造成單相接地故障[3]。

隨著各地區(qū)對(duì)于供電可靠性的要求日益提高，供電系統(tǒng)中的低壓也越來(lái)越受到關(guān)注。而低壓系統(tǒng)中的接地系統(tǒng)，一直都是設(shè)計(jì)與施工容易出錯(cuò)的難點(diǎn)之一。雖然2011年頒布了《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50065），其中詳細(xì)描述了低壓配電系統(tǒng)中的3種接地形式。但3種接地方式的特點(diǎn)及其實(shí)際應(yīng)用卻沒(méi)有表述太清楚。本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，將低壓接地系統(tǒng)的特點(diǎn)及各自的應(yīng)用情況進(jìn)行了論述。

1 IT 系統(tǒng)的特點(diǎn)

IT 系統(tǒng)的所有帶電部分應(yīng)與地隔離（不接地），或某一點(diǎn)通過(guò)阻抗接地。用電設(shè)備外殼應(yīng)被單獨(dú)地或集中地接地。IT 系統(tǒng)一般不設(shè)置中性線。，但需在每個(gè)出線回路前安裝絕緣監(jiān)視器。IT 系統(tǒng)接線示意詳見(jiàn)圖1。

圖1 IT 系統(tǒng)接線示意圖

從上圖1中可以看出，當(dāng)一個(gè)用電設(shè)備某一相發(fā)生單相接地故障時(shí)，用電設(shè)備外殼帶電壓，但無(wú)法形成回路，低壓開(kāi)關(guān)不會(huì)動(dòng)作。此時(shí)用電設(shè)備外殼帶電壓，人碰觸到用電設(shè)備外殼時(shí)，人體電阻與用電設(shè)備外殼保護(hù)接地電阻是并聯(lián)關(guān)系。用電設(shè)備外殼保護(hù)接地電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人體電阻（人體電阻一般為800Ω～1500Ω，接地電阻要求至少≤4Ω），所以通過(guò)人體的電流很微小，幾乎不會(huì)對(duì)人員造成傷害[4]。

但當(dāng)兩個(gè)用電設(shè)備不同相對(duì)地故障時(shí)，會(huì)形成短路回路。此時(shí)低壓開(kāi)關(guān)會(huì)動(dòng)作，切斷回路，使得用電設(shè)備失電。詳見(jiàn)圖2。因此，需要在低壓開(kāi)關(guān)前加裝絕緣監(jiān)視器。該監(jiān)視器僅報(bào)警不動(dòng)作。當(dāng)一個(gè)設(shè)備發(fā)生單相接地故障時(shí)，需要及時(shí)排查故障，避免停電。

圖2 IT 系統(tǒng)單相接地故障示意圖

基于IT 系統(tǒng)一個(gè)用電設(shè)備單相接地故障不停電的特點(diǎn)，IT 系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于礦井下電氣設(shè)備、手術(shù)室、應(yīng)急電源等不能停電的場(chǎng)所。特別注意的是，同一變壓器供電的TN/TT 系統(tǒng)不能和IT 系統(tǒng)兼容！當(dāng)然，很少有IT 系統(tǒng)專供的情況。一般做法是在TN 系統(tǒng)中加裝隔離變，隔離變出線是IT 系統(tǒng)。

特別注意的是，IT 系統(tǒng)因?yàn)闆](méi)有N 線，無(wú)法引出單相電。當(dāng)需要220V 電壓時(shí)，隔離變引出的是220V 三相電。此時(shí)低壓開(kāi)關(guān)要使用兩級(jí)（2P）開(kāi)關(guān)。

2 TT 系統(tǒng)的特點(diǎn)

TT 系統(tǒng)就是變壓器中性點(diǎn)和用電設(shè)備外殼分別直接接地的系統(tǒng)。TT 系統(tǒng)中，工作接地和保護(hù)接地必須是相互獨(dú)立的。其中用電設(shè)備外殼的保護(hù)接地可以各自本地接地，也可以周邊若干個(gè)用電設(shè)備外殼共用一個(gè)接地裝置。TT 系統(tǒng)接線示意詳見(jiàn)圖3。

圖3 TT 系統(tǒng)接線示意圖

當(dāng)用電設(shè)備出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，故障回路電流很小，不足以使開(kāi)關(guān)動(dòng)作。故TT 系統(tǒng)用電設(shè)備必須加裝漏電保護(hù)器，以切斷漏電電流。詳見(jiàn)圖4。

圖4 TT 系統(tǒng)單相接地故障示意圖

TT 系統(tǒng)一般應(yīng)用于無(wú)等電位連接或線路較長(zhǎng)的場(chǎng)所，如路燈、低壓架空線等，使得用電設(shè)備端的零排與變壓器工作接地不是等電位。為使零線盡量保持不帶電，用戶設(shè)備一級(jí)開(kāi)關(guān)必須用四極開(kāi)關(guān)（單相為兩極開(kāi)關(guān)）。

3 TN 系統(tǒng)的特點(diǎn)

TN 系統(tǒng)是電力低壓系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的。TN系統(tǒng)即變壓器中性點(diǎn)直接接地，設(shè)備外殼與變壓器中性點(diǎn)做電氣連接的系統(tǒng)。在TN 系統(tǒng)中，所有用電設(shè)備外殼均接到保護(hù)線上，并與變壓器的中性點(diǎn)相連。TN 系統(tǒng)特點(diǎn)是當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可將接地故障轉(zhuǎn)變成短路故障，形成短路回路并產(chǎn)生足夠大的短路電流，使開(kāi)關(guān)能可靠動(dòng)作，將故障切除。

用電設(shè)備外殼的保護(hù)接地可以重復(fù)接地，但變壓器中性點(diǎn)的工作接地只能一點(diǎn)接地。因?yàn)槿魧⒐ぷ髁憔€N 重復(fù)接地，單相接地故障時(shí)，重復(fù)接地點(diǎn)會(huì)分流一部分短路電流，會(huì)使開(kāi)關(guān)無(wú)法可靠動(dòng)作，從而危害人身安全。

TN 系統(tǒng)又細(xì)分為T(mén)N-S 系統(tǒng)、TN-C 系統(tǒng)、TN-C-S 系統(tǒng)三種形式。基于現(xiàn)行的低壓系統(tǒng)，本文僅針對(duì)TN-C-S 系統(tǒng)進(jìn)行描述。

TN-C-S 系統(tǒng)是TN-C 系統(tǒng)和TN-S 系統(tǒng)的結(jié)合形式。在TN-C-S 系統(tǒng)中，從變壓器引出到用電設(shè)備前的某一點(diǎn)采用TN-C 系統(tǒng)。從這一點(diǎn)之后，需要將工作零線N 與保護(hù)地線PE 拆開(kāi)各自獨(dú)立，從而形成TN-S 系統(tǒng)。

關(guān)于變壓器側(cè)接地網(wǎng)接地電阻的要求，《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50065）中7.2.6的條文解釋中有很明確的描述，本文不再贅述。

根據(jù)條文解釋中的描述我們可以理解為，當(dāng)接地網(wǎng)電阻≤0.5Ω 時(shí)，工作接地和保護(hù)接地可以合一。而當(dāng)接地網(wǎng)電阻＞0.5Ω 時(shí)，工作接地和保護(hù)接地必須分開(kāi)，間距5m 或以上，且分別滿足≤4Ω。事實(shí)上，影響接地網(wǎng)的接地電阻最大的因素是接地網(wǎng)的占地面積。而實(shí)際應(yīng)用中，獨(dú)立的配電室或箱變所做的接地網(wǎng)很難將電阻降至0.5Ω 以下，除非與附近建筑物的大接地網(wǎng)相連。

特別注意的是，在箱變出廠時(shí)，由于無(wú)法預(yù)知接地網(wǎng)接地電阻是否滿足≤0.5Ω，箱變的N 排和PE 排之間一般都有塊連板。獨(dú)立做接地網(wǎng)的箱變或獨(dú)立配電室，工作接地與保護(hù)接地需要分開(kāi)，且分別滿足≤4Ω。故N 排和PE 排之間的連板需要拆除。

TN-C-S 系統(tǒng)接線示意詳見(jiàn)圖5。需要注意的是，一級(jí)箱從N 排接出PEN 線，應(yīng)接在一級(jí)箱的PE 排上，一級(jí)箱的N 排和PE 排之間再做連接。這種接線方式主要是避免PE 線斷接。另外，末端配電箱應(yīng)該做外殼的重復(fù)保護(hù)接地。此處的保護(hù)接地電阻≤10Ω 即可。

圖5 TN-C-S 系統(tǒng)接線示意圖

當(dāng)TN-C-S 系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)形成短路回路，從而將單相接地故障轉(zhuǎn)變成短路故障，產(chǎn)生足夠大的短路電流，使得開(kāi)關(guān)動(dòng)作。詳見(jiàn)圖6。在某些臨時(shí)工程中，因某種原因需要一級(jí)箱進(jìn)線就要獨(dú)立的PE 線。此時(shí)的正確接線方式應(yīng)如圖7。

圖6 TN-C-S 系統(tǒng)單相接地故障示意圖

圖7 TN-C-S 系統(tǒng)一級(jí)箱PE 線獨(dú)立的接線示意圖

如圖7所示，并非如大多數(shù)人想象的，N 接N、PE 接PE，而是N 和PE 都是引自箱變低壓N 排。相當(dāng)于把TN-C-S 系統(tǒng)中的C 和S 的分界點(diǎn)從一級(jí)箱移至箱變低壓出線處。如此才能保證在用戶側(cè)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)可形成短路回路。注意，此時(shí)一級(jí)箱中N 排和PE 排中的連線要斷開(kāi)！

那么，錯(cuò)誤的接線，N 接N、PE 接PE，會(huì)造成什么后果呢？見(jiàn)圖8。注意，圖8為錯(cuò)誤的接線示意。當(dāng)用戶側(cè)發(fā)生單相接地故障時(shí)，回路電阻為箱變工作接地電阻與保護(hù)接地電阻之和（原本應(yīng)該僅為導(dǎo)體電阻，幾乎可以忽略不計(jì)）。此時(shí)短路電流就變得很小，不足以使開(kāi)關(guān)動(dòng)作。但用戶側(cè)設(shè)備外殼升壓，可能會(huì)危害人身安全。

圖8 TN-C-S 系統(tǒng)一級(jí)箱PE 線獨(dú)立的錯(cuò)誤接線示意圖

箱變處的保護(hù)接地接出的PE 排不往下接線，僅保護(hù)箱變本體。單就箱變本體來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于TT 系統(tǒng)。當(dāng)箱變處的10kV 或低壓出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，保護(hù)接地可引走故障電流。但短路回路電阻同樣是箱變工作接地電阻與保護(hù)接地電阻之和，短路電流不足以使開(kāi)關(guān)動(dòng)作，但會(huì)造成單相電壓驟降。

4 結(jié)語(yǔ)

就低壓電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，沒(méi)必要刻意糾結(jié)IT、TT、TN 系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要結(jié)合實(shí)際情況靈活應(yīng)用。TT 系統(tǒng)和TN 系統(tǒng)可以在同一個(gè)變壓器的低壓出線，根據(jù)實(shí)際情況靈活應(yīng)用。但I(xiàn)T 系統(tǒng)若需要接入現(xiàn)狀系統(tǒng)中，必須做獨(dú)立的隔離變壓器。