低壓配電系統(tǒng)接地技術(shù)研究

1、 單位代碼 10006 學 號分 類 號 TM1 密 級畢業(yè)設(shè)計(論文)低壓配電系統(tǒng)接地技術(shù)研究學習中心名稱北航校本部專業(yè)名稱電氣工程及其自動化學生立輝指導教師周東朋2015年10月20日低壓配電系統(tǒng)接地技術(shù)研究X立輝北京航空航天大學27 / 30獨創(chuàng)性聲明我在此重申明，本人所提交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是在導師指導下由本人獨立完成的研究成果，對文中所引用他人的成果，均已進行了明確標注或得到許可。畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，不包含他人已申請畢業(yè)證書（學位）或其他用途使用過的成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示了意。本人完

2、全意識到本聲明的法律結(jié)果，如有不實之處，由本人承擔一切相關(guān)責任。學生簽名： 立輝時 間： 2015年10月20日低壓配電系統(tǒng)接地技術(shù)研究摘 要接地是電力系統(tǒng)中非常重要的一項工作，是電力系統(tǒng)中廣泛采用的技術(shù)措施，涉及到電力系統(tǒng)能否正常工作與電氣安全。然而在實際生產(chǎn)生活中，人們對接地制式及龐大的接地技術(shù)理解并不全面，在施工中經(jīng)常出現(xiàn)不接地或亂接地的情況，給電力系統(tǒng)的安全運行埋下安全隱患。有鑒于此，本文試圖對低壓配電系統(tǒng)的接地制式、進行系統(tǒng)的歸類、分析與比較，力圖更加全面、準確、深刻地理解與應(yīng)用接地技術(shù)，更好地保證電力系統(tǒng)的安全運行。研究接地技術(shù)首先就要搞清楚什么是接地，因此本文首先在緒論中敘述了接

3、地的概念，并較為深入地敘述了工作接地和保護接地的概念、形式特點及保護原理與作用等。全文按照國際電工委員會(IEC)對低壓配電系統(tǒng)接地制式的五種分類TN-C、TN-S、TN-C-S、TT、IT來展開論述，分別闡述了它們各自的接線形式、保護原理、保護線斷線時的特征、各種接地制式的優(yōu)缺點、以及它們各自的適用圍等。在TN系統(tǒng)綜述中，本文詳細闡述了重復接地的概念，本文更正了一些文獻中關(guān)于重復接地的定義，從對配電系統(tǒng)的分析中得出：嚴格來說可以重復接地的從來不是N(零)線，它要么是N(零)和PE(地)合一的PEN線，要么就是單獨的PE(地)線。因此本文采用了市工傷及職業(yè)危害預防中心編著的電工(低壓運行維修)

4、對重復接地的定義。本文通過深入分析與討論五種低壓配電系統(tǒng)接地制式，通過層層推理來得出結(jié)論，不同于一些電工工具書里的簡單的、機械式的說教，使人們對得出的結(jié)論理解更加深刻全面，從而能夠使電氣相關(guān)人員活學活用到不同情況、不同條件的具體的配電系統(tǒng)建設(shè)中去。關(guān)鍵詞：接地，TN-C，TN-S，TN-C-S，TT，ITSduty on Grounding Technique of the Low-voltage Distribution SystemAbstractGrounding is a very vital work in the power system and a technical measu

5、re widely used in the power system, concerning whether the power system could normally operate, as well as electrical safety. However, in the actual production and living, peoples understanding of grounding types and various grounding technique is not plete. Therefore, cases such as non-grounding or

6、 wrong grounding frequently occur in construction, which cause hidden dangers for the safe operation of the power system. Considering the above situations, this paper tries to conduct a systematic classification, analysis and parison for the grounding types in the low-voltage distribution system, in

7、 order to understand and employ grounding technique more pletely, more accurately and more deeply and to better guarantee the safe operation of the power system.Before studying grounding technique, it must figure out what grounding is, and therefore, in this paper, the concept of grounding is firstl

8、y expressed in the introduction part, and meanwhile, concepts, form characteristics, protection principles and effects, etc. of the working grounding and the protective grounding are deeply indicated. This paper arranges its contents according to the five grounding types, including TN-C, TN-S, TN-C-

9、S, TT and IT, in the low-voltage distribution system classified by the International Electrotechnical mission (IEC), which involve their respective grounding forms, protection principles, characteristics when the guard wire breaks, advantages, disadvantages and the scope of application.In the TN sys

10、tem summary, the concept of iterative grounding is narrated in detail in this paper and definition of the iterative grounding recorded in some other documents is also corrected in this paper. It can be got from the analysis of the distribution system that: strictly speaking, the iterative grounding

11、shall never be selected for N (null) wire, which is applied to PEN wire that is the bination of N (null) wire and PE (ground) wire, or the independent PE (ground) wire. Therefore, definition of the iterative grounding adopted in this paper is from the Electrician (Low-voltage Operation and Maintenan

12、ce) prepared by Beijing Occupational Injury and Occupational Hazard Prevention Center.Conclusions in this paper are made through deep analysis and discussion of five grounding types in the low-voltage distribution system and then layer-by-layer reasoning, which are different from simple and mechanic

13、al narration in several electrician reference books and therefore, peoples understanding of those conclusions are deeper and more plete. Meanwhile, the relevant electrical personnel could master it flexibly and apply to the specific distribution system engineering in different cases with different c

14、onditions.Key words:Grounding, TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT目錄1 緒論51.1什么是接地（工作接地和安全接地）51.2低壓配電系統(tǒng)的接地制式72 TN系統(tǒng)的形式及特點92.1 TN系統(tǒng)綜述92.2 TN-C系統(tǒng)112.3 TN-S系統(tǒng)132.4 TN-C-S系統(tǒng)163 TT系統(tǒng)的形式及特點184 IT系統(tǒng)的形式及特點21結(jié)論25致27參考文獻281 緒論電氣接地是電氣系統(tǒng)中非常重要的一項工作，涉及到電氣系統(tǒng)能否正常工作與電氣安全，然而在實際生產(chǎn)生活中，人們對龐大的接地技術(shù)理解并不全面，有些接地工作并未引起施工人員的重視，造成接地不良和亂接

15、地的后果，給電力系統(tǒng)安全運行帶來安全隱患，因此全面理解和認識接地技術(shù)就成為電氣相關(guān)人員急需的必備知識。在整個配電系統(tǒng)中，低壓配電系統(tǒng)深入廠礦、街道、居民區(qū)、樓宇部、和廣大的人民群眾最為接近，因此低壓配電系統(tǒng)的安全，關(guān)系到人民群眾生命財產(chǎn)安全，低壓配電系統(tǒng)的接地技術(shù)就成為整個配電系統(tǒng)的重中之重。1.1什么是接地（工作接地和安全接地）電氣接地是一種應(yīng)用廣泛且古老的接地技術(shù)，無論高低壓、還是交直流、強弱電都采用接地。顧名思義，所謂接地，通常是與相連。是世界上承載一切事物的載體，因此我們常常需要以作為電位的參考點，我們知道觀察事物的運動是需要參照物的，同樣電氣中所謂電位的高低，也是需要有參考點，無參考

16、點就無所謂電位的高低，比如人接觸帶電的設(shè)備這個人就會觸電，人所以會觸電是因為人所接觸的設(shè)備的對地呈現(xiàn)電壓，這個時候就是以作為電位參考點的?！皩㈦娏ο到y(tǒng)或電氣裝置的某一部分經(jīng)接地線連到地中的接地極上，就稱為接地，電力系統(tǒng)中接地的部分一般是中性點，也可以是相線上的某一點，電氣裝置的接地部分則是正常情況下不帶電的金屬導體，一般為金屬外殼.1”。從中可以看出所謂的接地有兩部分容：一部分是電力系統(tǒng)中的一點接地；二是電氣裝置的金屬外殼接地。那么我們認識一下什么是工作接地？什么是保護接地？“將電力系統(tǒng)中的某一點（通常是中性點）直接或經(jīng)特殊設(shè)備(如消弧線圈、電抗、電阻等)與地作金屬連接稱為工作接地2”。工作接

17、地就是為了保證電力系統(tǒng)的正常安全運行，而將電力系統(tǒng)的一點接地，通常是中性點。電力系統(tǒng)(本文僅指低壓配電系統(tǒng),下同)需要提供千家萬戶的照明用電，這些單相負載一般一根相線和一根零線才能構(gòu)成回路，而這個零線通常是接地的,，在三相負載平衡的情況下N線中無電流通過。 但當三相負載不平衡的情況下，負載端的中性點和電源端的中性點不再是同電位，而是產(chǎn)生電位差，這時主干線N線中就會有電流。另一方面中性點接地，中性點電位和地電位相同，這樣使相線對地的電壓被限制在相電壓的水平(220V),，這樣可以降低輸電線路的絕緣水平，從而大大減少了對線路絕緣的投資，節(jié)省了建設(shè)費用，比如架空線路，通常是利用絕緣子來對地絕緣的，在

18、中性點接地系統(tǒng)中，就可以按照選用220V的絕緣水平。安全接地有保護接地和保護接零之分：“為防止因絕緣損壞而遭受觸電的危險，將與電氣設(shè)備帶電部分相絕緣的金屬外殼或構(gòu)架同接地體之間作良好的連接，稱為保護接地3”。保護接地就是將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的金屬部分通過保護線與電源端的接地極相連或通過保護線直接接地(和電源端的接地無電氣聯(lián)系)。正常情況下電氣設(shè)備的外殼不帶電，但當電氣設(shè)備某處的絕緣損壞時，外殼就帶電，此時如果有人觸碰外殼，人體、線路對地電容、以及和接地極之間形成回路，這個通路中就會有電流流過，人體就遭受了電擊。但當電氣設(shè)備外殼與接地裝置相連后，將會形成兩條并聯(lián)通路：一條通路沿著人體流過，

19、一條通路沿著接地體流過，根據(jù)電流分流公式：并聯(lián)支路中流過的電流和支路的電阻成反比，因為人體電阻遠遠大于接地體電阻（人體電阻按1000歐，接地體電阻一般4歐），“在低壓電力網(wǎng)中，電力裝置的接地電阻不宜超過4歐4”。人體的電阻通常比接地體的電阻大數(shù)百倍，所以流經(jīng)人體的電流就比流經(jīng)接地體的電流小數(shù)百倍，就大大減少了人體觸電的危險。“保護接地的安全實質(zhì)是當電氣設(shè)備的金屬外殼帶電時，將其對地電壓限制在安全圍以，從而將流過人體的電流限制在安全圍，以消除觸電的危險。同時保護接地還消除感應(yīng)電流的危險5”。“將與帶電部分絕緣的電氣設(shè)備金屬外殼或構(gòu)架，和中性點直接接地的系統(tǒng)中的零線相連接，稱為接零6”。保護接零是

20、一種常見的低壓配電系統(tǒng)防觸電安全保護措施。保護接零將電氣設(shè)備外露可導電部分與系統(tǒng)中的零線相連接,以達到保護人身安全的目的，如圖1.1所示，電氣設(shè)備的外殼與N線相連，當電氣設(shè)備的絕緣損壞相線碰殼時，相線和零線短路，短路電流為：圖1.1 TN-C系統(tǒng)簡化分析圖I短=U相/Zn （1.1）式中，U相- 系統(tǒng)的相電壓：Zn - 相-零回路的阻抗,包括電源阻抗：一般來說由于相線和零線回路的阻抗極小，相零短路，這個短路電流極大，一般都能保證斷路器或熔斷器動作，從而快速切斷故障點電源，消除危險。1.2低壓配電系統(tǒng)的接地制式根據(jù)國際電工委員會（IEC）的規(guī)定，低壓配電系統(tǒng)的接地類型一般分為兩部分，既電源端和用

21、戶電氣設(shè)備端，因此一般由兩個字母組成，必要時可加后綴，所用字母為相應(yīng)法文的首字母。第一個字母表示電源端對地的關(guān)系：T表示直接接地，I表示不接地或通過高阻抗與大相連。第二個字母表示電氣設(shè)備的外露可導電部分與的關(guān)系：T表示電氣設(shè)備的外露可導電部分直接與相連，它與電源的接地無電氣聯(lián)系；N表示電氣設(shè)備的外露可導電部分通過與接地的電源中性點的連接而接地。后續(xù)字母表示中性線N與保護線PE之間的關(guān)系：C表示中性線N與保護線PE合并為PEN線，S表示中性線N與保護線PE分開，C-S表示在電源側(cè)一段為PEN線，從某點分開成為獨立的N線和PE線。因此根據(jù)電源端及設(shè)備端的接地方式，低壓配電系統(tǒng)可分為：TN、TT、I

22、T三種系統(tǒng)，其中TN系統(tǒng)又根據(jù)N線和PE線的組合不同分為：TN-C、TN-S、TN-C-S三種系統(tǒng)。本文將根據(jù)低壓配電系統(tǒng)的分類并結(jié)合工作接地和安全接地的概念，詳細討論一下各種接地制式的形式、特點、適用圍。并闡明在低壓配電系統(tǒng)中作等電位連接的重要性，以便電氣相關(guān)人員，更加全面、清晰、準確的理解龐大的接地技術(shù)，加強電氣安全的相關(guān)工作，更好的投入到社會生產(chǎn)的應(yīng)用當中。2TN系統(tǒng)的形式及特點2.1TN系統(tǒng)綜述TN系統(tǒng)中電氣設(shè)備外露可導電部分接在保護線上，并與電源端的接地點相連。這個接地點通常是中性點，在沒有中性點的情況下可以是一相相線接地,但此相線不能用作PEN保護線。TN系統(tǒng)的特點是電源端必須有一

23、點接地，把作為參考點。并且用戶的電氣設(shè)備的外殼通過線路和電源端的中性點和接地極相連，這樣在相線碰殼的情況下，相線和保護性將形成單相短路，短路電流非常大，從而引起電氣開關(guān)保護設(shè)備動作，及時切斷故障點，消除故障影響。TN系統(tǒng)的保護線在電氣設(shè)備外殼帶電情況下，將有單相接地短路電流流過，因此線路末端的保護線截面應(yīng)按相線截面大小設(shè)計，TN系統(tǒng)的保護線絕不允許斷線，一旦斷線，斷線之后的所有電氣設(shè)備外殼都將帶有危險的電壓，“在三相四線制或二相三線制線路上中性線絕對不可安裝熔斷器，以免因熔體熔斷而使中性線中斷7”。因此常將TN系統(tǒng)中的保護線進行重復接地，“重復接地是指在TN系統(tǒng)中，將PEN線或PE線一處或多處

24、通過接地體與作再一次連接8。重復接地可以降低保護線在發(fā)生斷線的情況下的接觸電壓，如圖2.1所示：當A點處發(fā)生斷線的情況下 電氣設(shè)備M發(fā)生絕緣損壞相線碰殼情況，此時由于PEN線斷裂，將無法形成單相短路，此時斷線之后的所有電氣設(shè)備外殼都將帶有相電壓，若此時有人觸碰外殼，流過人體的電流為：圖2.1 TN-C系統(tǒng)重復接地分析Ik=U相/(Rz+Rd) (2.1)式中 U相/-系統(tǒng)相電壓： Rz- 人體電阻（包括鞋襪電阻）： Rd- 中性點接地體電阻：由于人體電阻遠遠大于中性點的接地極電阻，因此上式可化為：IK=U相/RZ (2.2)此時人體所承受的電壓為：U觸= U相/(RZ). RZ =U觸 (2.

25、3)由于人體電阻遠遠大于接地體電阻(人體電阻正常干燥情況按1000歐，中性點接發(fā)體電阻一般不大于4歐) ，因此壓降幾乎全部將降在人體身上，此時人體所承受的電壓接近于相電壓。而如果在保護線加重復接地體后如圖2.1在B處進行一次重復接地，此時當相線發(fā)生碰殼且A點處保護線斷裂的情況下，人體、重復接地體和無窮遠處的電源中性點接地極之間形成兩個并聯(lián)回路，由于人體電阻遠遠大于重復接地體的電阻，所以人體所承受的電壓只是重復接地體和中性點接地體電阻的分壓，此分壓電壓必然小于相電壓，因此大大降低了接觸電壓，“應(yīng)當注意，重復接地一般只能減輕零線斷開時觸電的危險，而不能將其完全消除9”。在保護線上進行多次重復接地之

26、后，并聯(lián)的重復接地體電阻將被進一步降低，從而達到近似短路的效果。另外重復接地有利于改善防雷性能，線路上重復接地對雷電流有分流作用，有利于限制雷電過電壓。對于低壓配電系統(tǒng)而言，通常配電變壓器高低壓側(cè)共用一個接地裝置，原因是同處一室的高低壓側(cè)，很難做到接地極電氣的分離(一般接地極20米外的電位才是真正的地電位) ，既使是高壓側(cè)采用中性點不接地系統(tǒng)，同處一室的高壓側(cè)負荷開關(guān)的防雷接地也是和低壓側(cè)共用一個接地極的，這樣當高壓側(cè)由于直擊雷或感應(yīng)雷在線路上產(chǎn)生過電壓的時候，高壓側(cè)負荷開關(guān)上安裝的避雷器動作，往泄放雷電流時，瞬間電流將高達上千安甚至幾十千安，如此強大的電流，既使是接地裝置的接地電阻很小(通常

27、不超過4歐) ，也會在接地極上產(chǎn)生高達上萬伏的過電壓，此過電壓將會使相線電壓升高，同時該過電壓還會沿保護線向下游用電設(shè)備方向蔓延，給電氣設(shè)備安全帶來巨大的安全隱患，如果此時在保護線上進行了重復接地，由于電源端地電位升高到上萬伏，而重復接地端的地電位并未升高，由于電位差的作用，通過保護線竄入的過電壓將通過重復接地體向放電，從而能夠分流雷電流，限制雷電過電壓的蔓延，達到改善防雷性能的目的。2.2 TN-C系統(tǒng)TN-C系統(tǒng)保護線PE和中性線N是合二為一的，組成保護線PEN。電氣設(shè)備外露可導電部分與系統(tǒng)N線相連接構(gòu)成PEN線，被稱為保護接零。TN-C系統(tǒng)從電源側(cè)引出來四根線，三根相線一根PEN線，因此

28、也被稱為三相四線制。如圖2.2所示：該系統(tǒng)中為單相負載提供用電回路的N線和連接電氣設(shè)備金屬外殼的保護線PE相連，保護線和正常供電之間有電氣聯(lián)系，為防止發(fā)生故障時有相電壓竄入到電氣設(shè)備的金屬外殼，PEN線絕不允許發(fā)生斷線，PEN線上不允許裝設(shè)熔斷器。圖2.2 TN-C系統(tǒng)接線圖一般而言，PEN線不允許斷線這是對PEN線主干線而言的，對于單獨的用戶，在電源接入口處還是可以裝設(shè)四極開關(guān)斷路器的。因為一旦發(fā)生斷路器跳閘現(xiàn)象，三相電源和PEN線同時分開，即使電氣設(shè)備金屬外殼和PEN線相連，這時也絕不會發(fā)生保護線帶電現(xiàn)象，因為在這個局部的用電場所三相電源在入口處已經(jīng)被切斷，局部用電場所已經(jīng)和電源之間無電氣

29、聯(lián)系，入口處之后的設(shè)備也就不可能發(fā)生PEN線帶電現(xiàn)象了。值得注意的是由于TN-C系統(tǒng)N線和保護線PE合二為一，常有電氣施工人員在接單相負載的時候，把N線接負載的N端，把單相負載的外殼也接到N線上，這樣做是十分危險的，一旦發(fā)生此單相負載的N線斷線，此設(shè)備的外殼上將帶有危險的相電壓,正確的做法應(yīng)該是負載的N端直接接到PEN的主干線上，電氣設(shè)備的正常情況下不帶電的金屬外殼通過單獨的PE線 也直接接到PEN的主干線上，這樣即使此設(shè)備的N線斷線，設(shè)備的外殼也也不會帶有電壓。TN-C系統(tǒng)N線和PE線合為一條線，那么該系統(tǒng)是如何保護人身和電氣設(shè)備的安全的呢？當該系統(tǒng)發(fā)生電氣設(shè)備絕緣損壞相線碰殼的時候，相線、

30、電氣設(shè)備金屬外殼、PEN線之間構(gòu)成單相短路，短路電壓是相電壓，由于相線和PEN線的阻抗很小，那么這個短路電流是很大的，通常情況下完全能滿足電氣保護設(shè)備動作的要求，從而達到及時切斷電源保護人身和電氣設(shè)備的安全的目的。因為TN-C系統(tǒng)是利用了大電流切斷電源的方法，因此PEN線截面不得小于相線。為了保證發(fā)生單相接地短路時斷路器或其它保護設(shè)備可靠動作，接地電流必須符合：Ik=U相/ZnKIa (2.4)式中 U相-系統(tǒng)的相電壓Zn-“相-零回路”中的阻抗，包括電源阻抗 Ia-熔斷器的額定電流或斷路器的整定電流值K-動作系數(shù)TN-C系統(tǒng)由于使用PEN線，當配電系統(tǒng)三相負載不平衡時，主干線PEN線中就會有

31、電流流過，此電流將會在PEN線上產(chǎn)生極小的壓降(PEN線的阻抗很小) ，并沿PEN線傳導到電氣設(shè)備金屬外殼上，此電壓將會干擾靈敏度高的電子設(shè)備的正常運行。另外當發(fā)生PEN線斷線的情況下，斷線之后的所有電氣設(shè)備外殼都將對地帶有相電壓，即使有采用重復接地的情況下，電氣設(shè)備外殼仍然有電壓(緒論中已敘述) ，因此TN-C系統(tǒng)在實際應(yīng)用中受到很大限制。2.3TN-S系統(tǒng)TN-S系統(tǒng)是從TN-C系統(tǒng)發(fā)展而來的，TN-S配電系統(tǒng)把保護線PE和N線分開架設(shè)，從而克服了三相負載不平衡時N線帶電對電子信息設(shè)備的干擾。TN-S系統(tǒng)從電源處引出來五條線：三相相線、N線和PE線，因此也被稱為三相五線制。如圖2.3所示：

32、該系統(tǒng)中N線只作為單相負載的電流回路，并不和電氣設(shè)備的外殼相連，這樣在正常情況下電氣設(shè)備外殼和負載的回路有了隔離，PE線中正常情況下沒有電流通過，大大減小了對電子信息設(shè)備的干擾，由于TN-S系統(tǒng)中N線作為電氣設(shè)備正常工作時的回路線，在電路末端N線截面不得小于相線，即使是主干線一般也不應(yīng)小于相線的二分之一。由于N線和PE線分開架設(shè)，花在線路上的投資稍大。圖2.3 TN-S系統(tǒng)簡化接線分析圖由于TN-S系統(tǒng)中N線是作為負載的回路線，并不和電氣設(shè)備外露可導電部分連接，在N線斷裂的情況下，單相用電設(shè)備將無法工作，并且斷線處之后的N線上將帶有相電壓，但此相電壓并不會傳導到電氣設(shè)備金屬外殼上，那么此N線是

33、否能重復接地呢？我們看圖2.3當N線 A點處斷裂后，假設(shè)在A點之后的B點進行重復接地，重復接地電阻Rc，那么A點斷裂后，負載將通過重復接地體與無窮遠處的中性點接地極形成回路，此時負載上的電壓是(對于單相負載來說)：U負=U相/(Rb+Rc+Rd)*Rb (2.5)式中 U負-單相負載上的電壓U相-系統(tǒng)的相電壓 Rb-單相負載的電阻 Rc-重復接地體電阻Rd-電源中性點接地體電阻由于此時負載上的電壓是單相負載電阻、重復接地體電阻、電源中性點接地體電阻三個電阻對相電壓的分壓，盡管接地體電阻都很小，但單相負載上的電壓肯定小于相電壓，造成單相負載無常工作，即使勉強工作，也讓費了大量電能。因此對于TN-

34、S系統(tǒng)N線不能重復接地。由于TN-S系統(tǒng)中電氣設(shè)備外殼和PE線相連，且PE線通過獨立的線路直接連接到電源中性點并和接地極相連，因此當電氣設(shè)備絕緣損壞相線碰殼時，將通過PE線形成單相短路，單相短路電流很大，將使保護開關(guān)或熔斷器動作(其保護原理詳見在TN-C系統(tǒng)中的論述) 。另外對于TN-S系統(tǒng)可以裝設(shè)漏電保護開關(guān)，對于單相負載可以裝設(shè)二極漏電開關(guān)，。當發(fā)生相線和PE線的短路時，相線中電流極大而N線中卻沒有電流，由此觸發(fā)漏電開關(guān)動作。對于三相負載可以裝設(shè)三極漏電開關(guān)進行保護。當電氣設(shè)備發(fā)生絕緣損壞的情況下，將通過保護線PE形成單相短路，而恰在此時PE線又在某點處斷開的情況下，此時斷開點之后的所有電

35、氣設(shè)備都將帶有相電壓，造成故障電壓的蔓延。而如果我們在PE線上進行了重復接地將會有怎樣的情況發(fā)生？如圖2.4所示：圖2.4 TN-S系統(tǒng)PE重復接地分析圖當PE線在H點斷開，而我們又在J點進行了重復接地的情況下，電流將沿重復接地體J與無窮遠處的中性點接地極形成回路，雖然接地極阻抗比線路阻抗大的多，但當在PE線上進行了多次重復接地之后，并聯(lián)的重復接地體的阻抗完全可能下降到1歐以下，假設(shè)重復接地體并聯(lián)阻抗按1歐，中性點接地體阻抗按4歐計算，此時的短路電流為：220/(1+4)=55(A) ，這個電流對于小容量設(shè)備還是很大的，可以讓保護開關(guān)動作。即使對于大容量設(shè)備此電流不能完全保證保護開關(guān)動作，也可

36、以通過裝設(shè)漏電保護開關(guān)加以解決，當PE線斷開，故障電壓將通過重復接地體形成回路，此時N線中無電流，相線電流和PE線相同，漏電開關(guān)動作從而切除故障點的電源?？梢奣N-S系統(tǒng)PE線需要進行重復接地。2.4TN-C-S系統(tǒng)TN-C-S系統(tǒng)結(jié)合了TN-C和TN-S兩系統(tǒng)的特點，TN-C-S系統(tǒng)在電源側(cè)N線和PE線合二為一為PEN線，從某處或進入建筑物后，PE線和N線分開，分開后N線與PE線不能再合并，如圖2.5所示：“應(yīng)該提請注意的是，PEN一旦分開成為N和PE以后，其之后線路就再也不能合并成PEN線了，N線也不能再接地了，而且不允許斷線10”。由于在TN-C-S系統(tǒng)中PEN、PE、N線之間有互相聯(lián)系

37、，但又不能把他們相互混淆，必須嚴格區(qū)分開，所以一般N線采用淺藍色或有淺藍色色標，而PE線和PEN線則采用黃綠色或有黃綠色色標，以防在施工中相互混淆。我們從圖2.5可以看到，有些電氣設(shè)備的外殼是與PEN線相連的，有些電氣設(shè)備的外殼與PE線相連，對于靈敏度高的電子信息設(shè)備及其它易受干擾的設(shè)備則采用后者，即設(shè)備外殼與PE線相連。圖2.5 TN-C-S系統(tǒng)接線圖正常情況下TN-C-S末端，即N線和PE線分開鋪設(shè)端，單相負載電流或三相不平衡電流通過N線流回電源中性點，PE線中無電流通過，由于低壓配電系統(tǒng)線路通常都較短，因此線路阻抗可以忽略不計，因此流過N線及PEN線中的電流，可以近似看作為有電流而無電壓

38、的線路(對地電壓) ，既然PEN和N線上無壓降，因此也就不可能有電壓蔓延到PE線和電氣設(shè)備外殼上，能夠防止對電子信息敏感設(shè)備的干擾，也能夠防止在易爆場所由于接地不良而導致的電火花。顯而易見，如果TN-C-S系統(tǒng)前端，即和PEN線相連的電氣設(shè)備金屬外殼，如果發(fā)生絕緣損壞相線碰殼時，其保護原理等同TN-C系統(tǒng)，單相短路電流將會使保護開關(guān)動作，從而快速切斷故障點電源。如果TN-C-S系統(tǒng)中線路末端，即和PE線相連的電氣設(shè)備金屬外殼,如果發(fā)生絕緣損壞相線碰殼時，其保護原理等同于TN-S系統(tǒng)，即可以利用漏電保護開關(guān)進行保護跳閘，此時相線和PE線中有短路電流流過，N線中無電流，漏電保護開關(guān)動作。在TN-C

39、-S系統(tǒng)中，如果線路末端發(fā)生了電氣設(shè)備相線碰殼，而恰在此時PEN線某點處發(fā)生斷線，此時斷線之后的所有與PE線相連的電氣設(shè)備都將帶在相電壓，此相電壓是十分危險的，因此需在N線與PE線分開處(這一處通常是PEN線進入建筑物的入口處)進行重復接地。重復接地的好處是顯而易見的，當TN-C-S系統(tǒng)線路末端發(fā)生相線碰殼故障，而PEN線又斷線的情況下，故障電壓將沿重復接地體和無窮遠處的中性點接地體形成回路，此時PE線上的電壓僅是重復接地體與中性點接地體對相電壓的分壓，此分壓將大大小于相電壓，而且由于故障電壓沿PE線、重復接地體、中性點接地體形成回路，線路末端的N線無電流，因此對于裝設(shè)了漏電保護開關(guān)的線路漏電

40、保護開關(guān)必然動作，從而快速切斷故障點電源，對于未裝設(shè)漏電保護開關(guān)的，雖然采用重復接地以后，PE線上電壓僅是重復接地體與中性點接地體的分壓，但此電壓有時也是十分危險的，為此可采用等電位聯(lián)結(jié)的措施?！八^總等電位聯(lián)結(jié)就是將配電系統(tǒng)的接地干線與建筑物的金屬結(jié)構(gòu)、管道等連通，并在配電箱近旁的接地母排上互相連通，使整個建筑物的金屬構(gòu)件互相連通，使建筑物組成一個近似等電位的法拉第蘢.11”。采用等電位聯(lián)結(jié)后在整個場所將形成統(tǒng)一電位，無電位差，從而保護人身設(shè)備的安全?！巴ㄟ^等電位聯(lián)結(jié)可以實現(xiàn)等電位環(huán)境，消除人體與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的電位差，降低電擊的可能性12”。3TT系統(tǒng)的形式及特點在TT系統(tǒng)中，電源側(cè)

41、中性點直接接地，如果沒有中性點，必須有一根相線接地，用戶側(cè)每一電氣設(shè)備外露可導電部分用PE線與單獨的接地極接地，各電氣設(shè)備的PE線也互不相通，且與電源側(cè)系統(tǒng)接地無電氣聯(lián)系。如圖3.1所示：圖3.1 TT系統(tǒng)簡化接線分析圖TT系統(tǒng)電源源有一點直接接地，電氣設(shè)備金屬外殼也是就地直接接地，因此TT系統(tǒng)一般從電源側(cè)引出來四根線，三根相線一根N線，N線作為單相負載的回路以及三相不平衡電流的回路，正常情況下有電流通過，因此N線截面一般不小于相線，保持與相線同等程度的絕緣水平，TT系統(tǒng)中N線不與電氣設(shè)備金屬外殼相連，電氣設(shè)備金屬外殼帶電時與N線沒有關(guān)系，它只是作為負載及不平衡電流的回路線，因此TT系統(tǒng)中N線

42、不允許重復接地?，F(xiàn)假設(shè)對N線在A點處進行重復接地，如圖3.1所示：此時假設(shè)只有一相負載在工作，根據(jù)并聯(lián)電路能降低總電阻的規(guī)律，N線中的電流將通過兩條并聯(lián)支路流回電源中性點，一條是沿著N線 流回電源中性點，一條是沿著接地體Ra與電源中性點接地體Rd流回電源中性點，雖然沿著接地體Ra的電流將很小，但還是有電流流過，這種雜散電流能夠干擾電子信息設(shè)備的正常工作，將大大縮小TT系統(tǒng)的應(yīng)用圍。另外當N線進行重復接地，而重復接地之前的N線又發(fā)生斷線的情況下，單相負載的回路將沿著重復接地體和電源端接地體形成回路，而此回路又大大降低單相負載所獲得的電壓，造成無常工作，因此TT系統(tǒng)中N線不允許重復接地。當TT系統(tǒng)

43、中電氣設(shè)備絕緣損壞相線碰殼時，故障電壓將沿著各個用電設(shè)備的接地體與無窮遠處的電源側(cè)接地體構(gòu)成單相短路回路，單相短路回路的電流為：Ik=U相/(Rc+Rd) (3.1)式中 Ik-TT系統(tǒng)中單相短路電流U相-系統(tǒng)相電壓Rc- 電氣設(shè)備接地體電阻Rd-電源側(cè)接地體電阻可以看出短路電流將受電源側(cè)接地體電阻和電氣設(shè)備側(cè)接地電阻的限制，短路電流不大，對于容量較小的電氣設(shè)備，可以用斷路器或熔斷器作為保護開關(guān)，快速切斷故障點。而對于容量較大電氣設(shè)備，較小的短路電流不會使斷路器或熔斷器動作，不能及時切斷故障點，電氣設(shè)備外殼將帶有危險的電壓，必須用漏電保護器作為保護設(shè)備，“漏電保護器可分為普通型和智能型兩類，其

44、中：普通型漏電保護器分為電壓型和電流型兩種工作原理，普通型漏電保護器一般用于終端用戶，智能型漏電保護器即為剩余電流動作保護器，其功能要比普通漏電保護器齊全，應(yīng)用圍相對較廣13”。利用接地故障時通過電氣設(shè)備接地端泄漏的電流使漏電保護器動作，從而切斷故障點電源，保護人身和電氣設(shè)備的安全。在TT系統(tǒng)中用電側(cè)電氣設(shè)備設(shè)置單獨的接地裝置，且PE線也互不相通，因此單個用電設(shè)備絕緣損壞金屬外殼帶電時，故障電壓不會傳導至其它用電設(shè)備，故障電壓不會蔓延。但對于同一個用電場所的所有電氣設(shè)備，其接地裝置該如何設(shè)置呢？對于同一個用電場所所有的電氣設(shè)備，當有一個電氣設(shè)備發(fā)生相線碰殼或絕緣損壞時，此電氣設(shè)備和其它電氣設(shè)備

45、上將有電位差，而此時如果有人觸碰到這兩個電氣設(shè)備，其接觸電壓是十分危險的，而且對于同一個用電場所，要想設(shè)置兩個完全沒有聯(lián)系的兩個接地裝置是很難的，因此為了消除同一個用電場所不同的電氣設(shè)備上可能出現(xiàn)的電位差，同一用電場所的所有電氣設(shè)備必須使用一個接地裝置。而且在這個用電場所宜使用等電位聯(lián)結(jié)，對于戶外用電場所有條件的可以鋪設(shè)均壓帶，TT系統(tǒng)中在同一個用電場所進行等電位聯(lián)結(jié)，一是可以消除同一用電場所不同電氣設(shè)備可能出現(xiàn)的電位差，二是在同一個用電場所進行等電位聯(lián)結(jié)后，一旦有一個電氣設(shè)備發(fā)生絕緣損壞，進行等電位聯(lián)結(jié)的所有設(shè)備及地面都將帶有相同的電壓，而此時如果有人接觸到電氣設(shè)備外殼，接觸電壓僅是連接電氣

46、設(shè)備PE線上的壓降，又因為PE線很短，線路阻抗幾乎小到可以忽略不計，因此接觸電壓極微小。在TT系統(tǒng)由于接于電氣設(shè)備金屬外殼的PE線與單獨接地，和電源側(cè)的接地無電氣聯(lián)系，因此當配電變壓器高壓側(cè)由于遭受雷擊通過高壓避雷器向泄放雷電流的時候，瞬間高達幾千數(shù)十千安的雷電流將會使電源側(cè)接地極電位迅速升高，有時可高達幾千甚至上萬伏，此電壓將會使相線及中性線電位迅速升高，電氣設(shè)備的絕緣將承受大幅度的對地過電壓，極易發(fā)生對地絕緣被擊穿現(xiàn)象。解決的辦法可以在用電設(shè)備接地端裝設(shè)SPD加以解決。4IT系統(tǒng)的形式及特點IT系統(tǒng)的中性點與地絕緣，或者中性點經(jīng)高阻抗接地，電氣設(shè)備外露可導電部分就地單獨接地，電源側(cè)中性點接

47、地極和用電側(cè)電氣設(shè)備接地極無電氣聯(lián)系，對于中性點經(jīng)高阻抗接地的IT系統(tǒng)，電氣設(shè)備外露可導電部分可以通過PE線接到電源側(cè)的接地極上，如圖4.1和圖4.2所示：圖4.1 IT系統(tǒng)接線分析圖圖4.2 IT系統(tǒng)接線圖IT系統(tǒng)中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地，所以IT系統(tǒng)一般只引出三根相線，而不引出中性線N線，其理由是當從電源處引出中性線N線時，一旦N線任意一處發(fā)生絕緣損壞而和接觸時IT系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變?yōu)門N系統(tǒng)。所以不引中性線的這種系統(tǒng)比較適合三相負載的動力系統(tǒng)?！癐T系統(tǒng)不宜配出N線，因為一旦線絕緣失效，就不是IT系統(tǒng)了，而且N線絕緣損壞又不易被發(fā)現(xiàn)，不但IT系統(tǒng)的優(yōu)越性不存在，原有的保護措施也與之不匹配14”

48、。IT系統(tǒng)中性點不接地如圖4.1所示；當此系統(tǒng)發(fā)生電氣設(shè)備絕緣損壞相線碰殼時，由于中性點未接地，因此當相線碰殼時，單相相線通過無法和電源形成直接回路，因此單相相線接地幾乎沒有故障電流，從用電端看進去，三根相線 A與B、B與C、C與A之間線電壓沒有變化，因此三相用電設(shè)備能夠照常工作?！耙虼宋覈嘘P(guān)規(guī)程規(guī)定：中性點不接地的電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，可允許暫時繼續(xù)運行2h（小時）15”。因此IT系統(tǒng)的這種特點非常適合于不間斷供電的場所，比如醫(yī)院、礦山、消防用電等。但如果發(fā)生一次故障后又發(fā)生二次故障，那么故障電流將大大超過TN系統(tǒng)的接地故障電流，因為當IT系統(tǒng)發(fā)生一次故障相線碰殼接地時，相零之間無法

49、通過形成直接回路，幾乎沒有電流，而恰在此時如果有其它用電設(shè)備的另外兩相中的任意一相發(fā)生接地故障時，由于此前有一相已經(jīng)接地，電位和這一相電位相同，而另外兩相中的任意一相再接地時，通過將形成兩相短路，短路電壓是線電壓，而TN系統(tǒng)中單相接地短路的電壓是相電壓，因此IT系統(tǒng)二次故障接地，接地電流非常大。另外在IT系統(tǒng)中當發(fā)生一次故障后，另外兩相的對地電壓將是線電壓，所以必須加大線路的對地絕緣，以防發(fā)生一次故障后另外兩相造成對地絕緣擊穿或絕緣受損。從上面的分析中我們可以看到，在IT系統(tǒng)中當發(fā)生第一次故障時，幾乎沒有故障電流，那么用電設(shè)備外露可導電部分通過PE線單獨接地的意義何在呢？在中性點不接地的系統(tǒng)中

50、，交變的電壓會對地產(chǎn)生電容電流，這個電容電流的大小受到交變的電壓大小和線路長短的影響。因此在IT系統(tǒng)中相線對地是有電容電流的，當發(fā)生電氣設(shè)備絕緣損壞而導致相線碰殼時，故障相將通過與兩個非故障相的對地電容形成回路，這個回路中的電流是兩個非故障相對地電容電流之和，如圖4.1所示：因此即使在IT系統(tǒng)中，當發(fā)生相線碰殼第一次故障后，通過也是會流過極小的電流的，這個電流雖然遠遠不能使保護開關(guān)動作，但足以對人體構(gòu)成危險，(國際上公認的安全電流是不超過30mA) ，當發(fā)生單相碰殼時，如果此時電氣設(shè)備外殼沒有接地，而恰巧此時被人觸碰到，故障電壓將沿著人體與非故障相的對地電容形成電流回路，此回路中的電流雖然很小

51、，但足以對人體構(gòu)成危險。而電氣設(shè)備接地之后，發(fā)生單相故障而恰巧又被人觸碰到，此時人體所承受的接觸電壓僅是電容電流和PE線阻抗的乘積，這個電壓通常只有幾伏。IT系統(tǒng)當發(fā)生一次故障相線碰殼接地時，接地電流極微小或可忽略不計，三相負載設(shè)備能夠照樣運行，這是一個非常優(yōu)良的屬性，非常適用于供電要求高，不能斷電的場合，如醫(yī)院手術(shù)室、ICU病房、玻璃廠、煉鋼廠等以及無法有效接地的場合如南極、地下礦山等等。IT系統(tǒng)既然有如此優(yōu)良的屬性，為什么在低壓配電系統(tǒng)實際應(yīng)用中卻用得很少呢？實際上限制IT系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的一個條件就是IT系統(tǒng)一般不提供照明用電(220V) ，那么IT系統(tǒng)到底能不能引出中性線呢？不引出中性線的

52、最由是：一旦有中性線發(fā)生絕緣損壞接觸，那么IT系統(tǒng)就變?yōu)門N系統(tǒng)，要想解決這個問題一是可以加強N線的絕緣，二是有賴于對N線絕緣監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。IT系統(tǒng)為提供照明電源(220V)引出中性線后，必須在中性線上裝設(shè)過電流檢測裝置，因為一旦負載端中性點相對電源端中性點嚴重移位，N線中將會有很大的不平衡電流，此電流有可能過流從而引發(fā)火災(zāi)，因此引出N線的IT系統(tǒng)截面應(yīng)該不小于相線截面。限制IT系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的另一個條件是：一些人認為電源中性點不和相連，一旦有操作過電壓或其它過電壓，對于IT系統(tǒng)將不能通過接地極釋放到，從而讓電氣設(shè)備承受較大的過電壓，而實際上線路中不只有中性點接地能夠向泄放過電壓，電涌保護器(

53、SPD)也可以解決。結(jié) 論1.電氣接地是配電系統(tǒng)中非常重要的一項工作，涉及到配電系統(tǒng)能否正常工作與安全，在實際應(yīng)用中必須嚴格按著電氣設(shè)計的規(guī)定進行施工，扎扎實實做好有關(guān)接地的每一項工作，才能確保電氣安全。2.在低壓配電系統(tǒng)中，由于TN-C系統(tǒng)當三相負載不平衡時,N線中就會有電流流過，且在PE線上有壓降，并且沿N線傳導給所有電氣設(shè)備外露可導電部分，這種在正常情況下金屬外殼就可能帶有電位的系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中越來越少，一般僅用于三相負載基本平衡的情況下。TN-S系統(tǒng)由于N線和PE線分開，這就解決了當三相負載不平衡時電氣設(shè)備外露可導電部分帶有電位的問題，同時PE線正常情況下無電流通過，減少了對電子信息設(shè)備的干擾，當電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時，通過PE線的接地故障電流非常大，能使漏電保護開關(guān)動作(RCD) ，及時切斷故障點，適用于設(shè)