TN系統(tǒng)及保護(hù)接地

TN系統(tǒng)及保護(hù)接地的探討摘要：一直以來(lái)很多電氣技術(shù)人員對(duì)TN系統(tǒng)及保護(hù)接地的概念模糊不清，工作時(shí)并沒(méi)有意識(shí)到安全隱患，甚至造成了不必要的設(shè)備故障和人身傷亡事故。本文主要對(duì)TN系統(tǒng)及保護(hù)接地的原理以及其應(yīng)用進(jìn)行闡述，并對(duì)一些易混淆的概念進(jìn)行了說(shuō)明。關(guān)鍵詞：TN系統(tǒng)接地接零1、引言人身觸電事故的發(fā)生，一種情況是人體直接觸及電氣設(shè)備的帶電部分，即直接接觸觸電，另一種情況是人體接觸平時(shí)不帶電，因絕緣損壞而帶電的電氣設(shè)備的外露金屬部分（如金屬外殼、金屬護(hù)罩、金屬構(gòu)架等），即間接接觸觸電。接地與接零是為進(jìn)行間接接觸觸電的防護(hù)而采取的兩項(xiàng)保護(hù)性接地措施，是電氣安全技術(shù)中兩個(gè)重要的基本概念。2、低壓配電系統(tǒng)的分類及定義我國(guó)380/220V低壓配電系統(tǒng)，廣泛采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式?；竟╇娤到y(tǒng)中常說(shuō)的三相三線制和三相四線制等，這些術(shù)語(yǔ)不是十分嚴(yán)格。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)此作了統(tǒng)一規(guī)定，按其保護(hù)接地型式分為T(mén)N系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、IT系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)分為T(mén)N-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)。如圖1—4圖3TN-C-S系統(tǒng)圖4TT系統(tǒng)其中N表示中性線（neutralwire）,其功能一是用來(lái)接采用額定電壓為系統(tǒng)相電壓的單相用電設(shè)備的，二是用來(lái)傳導(dǎo)三相系統(tǒng)中的不平衡電流和單相電流，三是減小負(fù)荷中性點(diǎn)的電位偏移。PE表示保護(hù)線（protectivewire）,是為了保障人身安全、防止發(fā)生觸電事故用的接地線。系統(tǒng)中所有設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（指正常不帶電但故障情況下可能帶電的易被觸及的導(dǎo)電部分，如金屬外殼、金屬構(gòu)架等）通過(guò)保護(hù)線接地，可在設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)減小觸電危險(xiǎn)。PEN表示保護(hù)中性線（PENwire）,兼有中性線保護(hù)線的功能。這種保護(hù)中性線在我國(guó)通稱“零線”，俗稱“地線”，因此在平常的工作中很多電氣人員看到N就稱“零線”看到PE就稱“地線”這種稱謂的錯(cuò)誤的。3、保護(hù)接地的分類保護(hù)接地是為了保障人身安全，防止間接觸電而將設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分接地。形式分兩種：1）設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的接地線（PE線）直接接地，如在TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)中設(shè)備外殼的接地，這種形式稱“接地保護(hù)”2）設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)公共的PE線（如在TN—S系統(tǒng)）或經(jīng)PEN線（如在TN-C系統(tǒng)）接地。這種形式的接地，我國(guó)習(xí)慣稱為“保護(hù)接零”。上述公共的PE線和PEN線，通稱為“零線”4、接地保護(hù)形式在配電系統(tǒng)中的局限性接地保護(hù)是為防止因電氣設(shè)備絕緣損壞而使人體有遭受觸電的危險(xiǎn)，將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露金屬部分（如金屬外殼）與接地體作直接的電氣連接。其基本原理是限制漏電設(shè)備外殼對(duì)地電壓，使之不超過(guò)安全范圍。

電氣設(shè)備的金屬外殼采用接地保護(hù)，一般僅能減輕觸電的危險(xiǎn)程度，并不能絕對(duì)保證安全。分析如下：見(jiàn)圖5所示中性點(diǎn)直接接地低壓電網(wǎng)，當(dāng)一相碰殼使設(shè)備外殼帶電時(shí)，若人體觸及設(shè)備外殼，則有接地短路電流流經(jīng)人體電阻和接地電阻，并通過(guò)中性點(diǎn)形成回路。通常規(guī)定中性點(diǎn)接地電阻R0和保護(hù)接地電阻Rd均為4Q，而人體電阻Rr約1000Q，在計(jì)算流經(jīng)接地體的電流Id時(shí)可忽略不計(jì)Rr的影響，則流經(jīng)人體的電流Ir約為110mA。電源220VRd匚RoR電源220VRd匚RoRr圖5我們知道，通過(guò)人體的工頻電流超過(guò)50mA時(shí)心臟就會(huì)停止跳動(dòng)，發(fā)生昏迷并出現(xiàn)致命的電灼傷，工頻100mA的電流則會(huì)迅速致人死命。即使將人體電阻按照2000Q計(jì)算,Ir也達(dá)55mA,對(duì)人體仍是非常危險(xiǎn)的。另一方面Id~Ur/(Rd+R0)=27.5A，不足以引起中等容量以上線路的保護(hù)裝置動(dòng)作(或保險(xiǎn)絲不能熔斷)，造成漏電設(shè)備上的危險(xiǎn)電壓(Ud=IdRd~110V)將長(zhǎng)期存在。為了使用電設(shè)備的保護(hù)裝置可靠動(dòng)作，一般規(guī)定接地短路電流不能小于自動(dòng)開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置動(dòng)作電流的1.25倍或熔斷器額定電流的3倍。也就是說(shuō)用電設(shè)備用自動(dòng)開(kāi)關(guān)保護(hù)時(shí)，整定的動(dòng)作電流不能大于27.5/1.25=22安；用熔斷器保護(hù)時(shí)，熔斷器的額定電流不能大于27.5/3=9.2安，但實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)上述兩個(gè)數(shù)值，因?yàn)橛秒娫O(shè)備的容量越大，則保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作電流也要隨著增大。所以27.5安的接地短路電流就不足以使容量按大的用電設(shè)備保護(hù)裝置動(dòng)作，不論干線首端或用電設(shè)備處，當(dāng)熔斷器熔絲電流較大或自動(dòng)開(kāi)關(guān)瞬時(shí)脫扣器整定電流較大時(shí)，均不能可靠動(dòng)作。而采用降低保護(hù)接地電阻Rd的辦法以降低漏電設(shè)備外殼對(duì)地電壓Ud，或在降低Rd的同時(shí)降低中性點(diǎn)接地電阻R0以增大接地短路電流Id，從而使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作來(lái)切斷電源的想法在具體實(shí)施上都是不現(xiàn)實(shí)的。因此接地保護(hù)形式存在不定期的局限性，如果要想在中性點(diǎn)直接接地低壓配電網(wǎng)中采用接地保護(hù)型式，電網(wǎng)應(yīng)引出N線且采用漏電保護(hù)器，并使N線和設(shè)備PE線無(wú)一點(diǎn)電氣聯(lián)系，構(gòu)成TT系統(tǒng)（接地保護(hù)系統(tǒng)）。5、接零保護(hù)5.1接零保護(hù)原理接零保護(hù)型式過(guò)去通常稱為“保護(hù)接零”，是由原蘇聯(lián)提出來(lái)的概念。但根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T16—92）的規(guī)定：用電設(shè)備的接地，一般可區(qū)分為保護(hù)性接地和功能性接地；保護(hù)性接地又可分為接地和接零兩種型式?？梢?jiàn)嚴(yán)格意義上講不應(yīng)再采用“保護(hù)接零”一詞。從TN系統(tǒng)圖中可看出，當(dāng)一相碰殼而使接零設(shè)備金屬外殼帶電時(shí)，單相接地短路電流通過(guò)該相線和PE（PEN）線形成回路，而不經(jīng)過(guò)電源中性點(diǎn)接地裝置。由于故障回路相線、PE（PEN）線阻抗很小，所以單相短路電流很大，它可使線路上的保護(hù)裝置（如熔斷器、開(kāi)關(guān)等）迅速動(dòng)作，從而切除漏電設(shè)備電源，以起到保護(hù)作用。接零保護(hù)適用于TN系統(tǒng)，一般和熔斷器、脫扣器等配合。需要注意的是，“接零”的概念是指將設(shè)備金屬外殼接到PE線或PEN線上，而不是接到N線上。5.2在TN—C系統(tǒng)中采用接零保護(hù)應(yīng)注意的問(wèn)題5.2.1重復(fù)接地在TN—C系統(tǒng)中，除電源中性點(diǎn)必須采用工作接地外，零線應(yīng)在規(guī)程規(guī)定的地點(diǎn)采用重復(fù)接地，見(jiàn)圖6。重復(fù)接地電阻與工作接地電阻構(gòu)成零線的并聯(lián)分支，降低了相線一零線回路電阻，當(dāng)發(fā)生一相碰殼時(shí)，使短路電流增大，加速保護(hù)裝置的動(dòng)作，可縮短故障的持續(xù)時(shí)間；另重復(fù)接地還可限制漏電設(shè)備的對(duì)地電壓和零線上的電壓降。漏保的配合問(wèn)題

口-斷絨點(diǎn)垂更接地PEW口-斷絨點(diǎn)垂更接地PEWDRnzzzzz/zzzzz/DRn囹5Tlfl-CS統(tǒng)重復(fù)按地5.2.2零線（PEN線）斷線問(wèn)題若零線斷線，如不采用重復(fù)接地，那么在斷線點(diǎn)后有一臺(tái)設(shè)備發(fā)生碰殼時(shí)，則斷線點(diǎn)后所有接零設(shè)備金屬外殼對(duì)地電壓均接近于相電壓，這是很危險(xiǎn)的。采用重復(fù)接地，斷線點(diǎn)后的接零設(shè)備就成為接地設(shè)備，重復(fù)接地此時(shí)起到后備保護(hù)的作用。另零線斷線時(shí)，若三相負(fù)荷不平衡，則會(huì)使負(fù)荷中性點(diǎn)電位嚴(yán)重漂移，造成三相電壓不對(duì)稱，電壓高的那相會(huì)燒壞單相設(shè)備。零線不應(yīng)在短路電流的作用下發(fā)生斷線，并為防止零線斷線，零線上不得單獨(dú)安裝熔斷器、開(kāi)關(guān)裝置。若采用自動(dòng)開(kāi)關(guān)，只有當(dāng)過(guò)流脫扣器動(dòng)作后能同時(shí)切除相線時(shí)，才允許在零線上裝設(shè)過(guò)流脫扣器。當(dāng)相線（鋁絞線或鋼芯鋁絞線）截面為70mm2以下時(shí)，零線截面與相線截面相同；相線截面在70mm2及以上時(shí)，零線截面不宜小于相線截面的50%。5.2.3三相負(fù)荷不平衡和高次諧波的影響當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，不平衡電流在零線上產(chǎn)生電壓降，另一方面由于大量非線性電氣設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波電流也疊加到零線上，即使零線沒(méi)有斷線，同時(shí)也沒(méi)有設(shè)備漏電，如人體接觸零線或設(shè)備金屬外殼，也會(huì)產(chǎn)生麻電的感覺(jué)。重復(fù)接地可減輕這種麻電現(xiàn)象。5.2.4零線的接法電氣設(shè)備的金屬外殼，必須采用單獨(dú)的引線同零干線作可靠的連接。三相380V四孔插座和單相220V三孔插座的保護(hù)接零極（PE線極）也應(yīng)單獨(dú)引線接到零干線上（并聯(lián)的形式）。不能將三孔插座的保護(hù)接零極（PE線極）直接與工作零線極（N線極）相連，這樣連接若工作零線松扣脫落時(shí)，就會(huì)使設(shè)備的金屬外殼帶相電壓；并且此時(shí)如將工作零線（N線）和相線（L線）接反，也會(huì)使設(shè)

備的金屬外殼帶相電壓，從而造成人身觸電事故。如圖7所示，即為插座的錯(cuò)誤接法。此時(shí)若三孔插座的工作零線發(fā)生斷線，則接在三孔插座上的單相設(shè)備不但不能正常工作且其金屬外殼存在相電壓，而接在四孔插座上的三相設(shè)備雖能工作但其金屬外殼也帶有相電壓。6、TN—C系統(tǒng)存在的缺陷過(guò)去我國(guó)對(duì)民用建筑特別是居民住宅一直采用以TN—C型式單相兩線入戶的居多。隨著人民生活水平的提高，家用電器的增多，原先符合住宅設(shè)計(jì)規(guī)范的TN—C系統(tǒng)已不能保證電氣安全的要求。TN—C系統(tǒng)的缺陷主要表現(xiàn)在：現(xiàn)在的家用電器大多采用單相三孔插頭，而很多地方單相三孔插座的PE線極卻是虛設(shè)的，并未單獨(dú)引接PEN線，結(jié)果用戶在處理時(shí)有的干脆就不接線，有的將插座的PE線極與N線極直接相連，也有的用一根導(dǎo)線將PE線極引接到電網(wǎng)PEN線上或附近的自然接地體上，等等。這些處理方法都存在安全隱患。iz///Z/////ZZ^Z/0汕圖呂三孔插座和四孔曲應(yīng)的錯(cuò)誤搖法按《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ46—88)要求：短路電流應(yīng)大于熔斷器額定電流的4倍，但此時(shí)熔斷時(shí)間卻為10—15s。顯然保險(xiǎn)絲在規(guī)定時(shí)間內(nèi)熔斷，仍然不能滿足保證人身安全的要求［3］。由于三相負(fù)荷不平衡和高次諧波的影響而使PEN線和接零設(shè)備金屬外殼呈現(xiàn)較高的電位，產(chǎn)生麻電現(xiàn)象。雖采用重復(fù)接地可減輕此現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一般也不能造成人身傷亡，但可能會(huì)對(duì)地引起火花，故不適宜在居民住宅、醫(yī)院、計(jì)算機(jī)中心等場(chǎng)所使用。(3)對(duì)零線(PEN線)斷線所帶來(lái)的危害，即使采用了重復(fù)接地的措施，也

不能完全消除。（4）若碰殼設(shè)備容量較大、距離電源較遠(yuǎn)，相線與零線回路電阻較大，短路電流較小，保護(hù)裝置不能迅速動(dòng)作，故障設(shè)備電源不能及時(shí)切除，PEN線和設(shè)備金屬外殼就會(huì)長(zhǎng)期帶電。雖采用重復(fù)接地，但仍不能完全消除危險(xiǎn)。（5）由于零線（PEN線）不允許切斷，不能作電氣隔離，故在電氣檢修時(shí)可能因零線對(duì)地帶電壓而引起人身傷亡事故。（6）容易將相線和零線接錯(cuò)，或者因互換而引起設(shè)備外殼帶電。在同一系統(tǒng)中，容易出現(xiàn)保護(hù)接地與接零同時(shí)存在的情況［4］。等等。由于上述原因，《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50096—1999）規(guī)定了居民住宅應(yīng)采用TT系統(tǒng)（三相四線制、接地保護(hù)系統(tǒng)）、TN—C—S系統(tǒng)（部分接零、部分為三相五線制）或TN—S系統(tǒng)（三相五線制系統(tǒng)），并進(jìn)行總等電位連接。7、接地與接零保護(hù)混合使用問(wèn)題在同一低壓配電系統(tǒng)中，不允許將接零保護(hù)與接地保護(hù)混合使用。否則當(dāng)采取接地保護(hù)的設(shè)備接發(fā)生漏電而熔斷器未及時(shí)熔斷時(shí)，會(huì)使整條零線上出現(xiàn)危險(xiǎn)的電壓，從而使所有接零設(shè)備的金屬外殼也同時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓，如圖8所示。采用第3節(jié)中的數(shù)據(jù)，則該電壓可達(dá)110V。IE零線電位升高BIECI3A夕卜殼接零IEIEIE零線電位升高BIECI3A夕卜殼接零IEIERoD1_□Rd8、TN-S系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用TN-S系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，專用保護(hù)線上沒(méi)有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE線對(duì)地沒(méi)有電壓，所以電氣設(shè)備金屬外殼接零保護(hù)是接在專用的保護(hù)線PE上，安全可靠。N可單獨(dú)用作單相負(fù)載回路。

8、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用在目前化工企業(yè)中，低壓配電系統(tǒng)大多采用TN-S系統(tǒng)，只有個(gè)別舊的小配電室采用TN-C系統(tǒng)。以現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)為例，從MCC室配出四芯動(dòng)力電纜至電動(dòng)機(jī)接線盒，分別為A、B、C三相及PE線，且電動(dòng)機(jī)外殼直接接地，如圖9所示。圖中貌似TN-S和TT系統(tǒng)的混合體，其實(shí)不然，電動(dòng)機(jī)外殼的接地線已通過(guò)地網(wǎng)與中性點(diǎn)相連，而TT系統(tǒng)的接地線與電源中性點(diǎn)是沒(méi)有任