低压配电系统的接地方式及特点

crazy

摘   要  本文简单介绍了不同接地系统的结构及特点，和不同的保护方式及应用范围。
关键词  接地　剩余电流保护装置　低压电网

前 言

    电力系统的接地直接关系到用户的人身和财产安全，以及电气设备和电子设备的正常运行。如何针对实际情况选择合适的接地系统，确保配电系统及电气设备的安全使用，是设计人员面临的首要问题，本文简要分析了不同接地系统的特点及应用场所，仅供参考。

1. 接地制式按照配电系统和电气设备的不同接地组合分类。按照IEC60364规定，接地系统一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。

第一个字母：表示电源中性点对地的关系

T：直接接地

I：不接地，或通过阻抗与大地相连

第二个字母：表示电气设备外壳与大地的关系

T：独立于电源接地点的直接接地

N：表示直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连

后续字母：表示中性线与保护线之间的关系

C：表示中性线N与保护线PE合二为一（PEN线）

S：表示中性线N与保护线PE分开

C－S：表示在电源侧为PEN线，从某一点分开为中性线N和保护线PE低压配电系统有三种形式：

■  TN系统

■  TT系统

■  IT系统

2.不同接地系统的组成及特点：

■  TN系统的组成及特点

    在TN系统中，所有电气设备的外壳接到保护线（PE）上，与配电系统的中性点相连（若无中性点，即变压器二次侧三角形连接或未引出中性点，可将变压器二次侧绕组的一相接地，但该接点不能用作PEN线）。保护线应在每个变电所附近接地，配电系统引入建筑物时，保护线在其入口处接地。为了保证故障时保护线的电位尽量接近地电位，尽可能将保护线与附近的有效接地体相连，如必要，可增加接地点，并使其均匀分布。其特点是故障电流较大，仅与电缆的阻抗大小有关。出现绝缘故障时，需要短路电流保护装置瞬时断开电路。

    国际标准IEC60364规定，根据中性线与保护线是否合并的情况，TN系统分为如下三种：

□ TN－C

□ TN－S

□ TN－C－S

注：对电网来说，当铜导线截面积≤10mm2 ，铝导线截面积≤16mm2时，必须采用TN－S系统，而不允许采用TN－C系统。

下面介绍其组成及特点：

2.1  TN－C系统：

    本系统中，保护线与中性线合二为一，称为PEN线。

优点：

□ TN－C方案易于实现，节省了一根导线，且保护电器可节省一极，降低设备的初期投资费用。

□ 发生接地短路故障时，故障电流大，可采用一过流保护电器瞬时切断电源，保证人员生命和财产安全

缺点：

□ 线路中有单相负荷，或三相负荷不平衡，及电网中有谐波电流时，由于PEN中有电流，电气设备的外壳和线路金属套管间有压降，对敏感性电子设备不利

□ PEN线中的电流在有爆炸危险的环境中会引起爆炸

□ PEN线断线或相线对地短路时，会呈现相当高的对地故障电压，可能扩大事故范围

□ 不能使用剩余电流保护装置RCD（由于检测不出漏电流，RCD会拒动），因此绝缘故障时，不能有效地对人身和设备进行保护

2.2  TN－S系统

本系统保护线（PE）和中性线（N）分开

优点：

□ 正常时PE线不通过负荷电流，适用于数据处理和精密电子仪器设备，也可用于爆炸危险场合

□ 民用建筑中，家用电器大都有单独接地触点的插头，采用TN－S系统，既方便，又安全

□ 如果回路阻抗太高或者电源短路容量较小，需采用剩余电流保护装置RCD对人身安全和设备进行保护，防止火灾危险

缺点：

□ 由于增加了中性线，初期投资较高

□ TN－S系统相对地短路时，对地故障电压较高

2.3  TN－C－S系统

    在系统某一点起，PEN分为保护线和中性线，分开后，中性线（N）对地绝缘（注：PEN线分开后，不能再合并）

优点：

□ 适用于工矿企业供电，前面TN－C系统可满足固定设备的需要，后端TN－S系统可满足对电位敏感的电子设备的需要

□ 民用建筑中，电源线路采用TN－C，进入建筑物后，采用TN－S系统，可确保TN－S系统的优点

2.4  TT系统的组成及其特点：

    TT系统的变压器或发电机的中性点直接接地，电气设备的所有外壳用保护线连在一起，接在与电源中性点独立的接地点。

优点：

□ 电气设备的外壳与电源的接地无电气联系，适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备

□ 故障时对地故障电压不会蔓延

□ 接地短路时，由于受电流接地电阻和电气设备接地电阻的限制，短路电流较小，可减小危险

缺点：

□ 短路电流小，发生短路时，短路电流保护装置不会动作，易造成电击事故

□ 短路保护装置的过电流保护不能提供绝缘故障保护，需采用剩余电流保护器RCD进行人身和设备安全保护

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2.5  IT系统的组成及特点：

    IT系统的电源不接地或通过阻抗接地，电气设备的外壳可直接接地或通过保护线接至单独接地体。

优点：

□ 单相接地第一次故障时，故障电流小，可不切断电源，警报设备报警，通过检查线路消除故障，供电连续性较高，适用于大型电厂的厂用电和重要生产线用电

□ 可采用剩余电流保护器（RCD）进行人身和设备安全保护

    缺点：如果消除第一次故障前，又发生第二次故障，如不同相的接地短路，故障电流很大，非常危险，因此对一次故障探测报警设备的要求较高，以便及时消除和减少出现双重故障的可能性，保证IT系统的可靠性。

2.6  接地系统中性线保护

以下情况选用4极开关断开中性线：

■ TT和TN系统的中性线截面积小于相线

■ 终端配电中避免中性线、相线接反

中性线必须有保护和能分断：

■ IT系统中进行第二次故障保护的装置，防止中性线第一次故障后引发二次故障

■ 在TT和TN－S系统中，中性线的截面积小于相线的截面积

■ 所有接地系统中，会产生3次或多次谐波电流的场合（尤其是中性线截面积减少时）

    在TN－C系统中，中性线也是保护线不能断开，由于负载电流不平衡和绝缘故障电流，会产生危险的中性点电压偏移。为此，用户必须做好等电位连接和每个区域的接地。

2.7  接地系统的选择：

    选择接地系统应根据电气装置的特性、运行条件和要求以及维护能力的大小，综合用户和设计安装人员的意见因地制宜地选用。只要符合安装和运行规范要求，三种接地系统是等效的，没有什麽优先级。

选择接地系统的步骤：

■ 首先，为保证最大的安全性和灵活性，三种接地系统可以应用在同一供电电网中。

    不同接地系统的串联连接和并联连接：

■ 必须遵守当地标准和法规的规定

■ 弄清楚用户的要求和现有的维护资源：

□ 运行连续性要求

□ 是否有维护服务

□ 是否有火灾危险

3.系统选择及应用

3.1  通常按照如下方式选择：

□ 运行连续性要求较高有维护服务的场合：选择IT系统

□ 运行连续性要求较高无维护服务的场合：无完全满意的选择，可选择TT系统（其跳闸选择性易于实现）或选择TN系统（减少危险）

□ 运行连续性要求不重要并且有维护能力：选择TN－S系统易于快速维修和扩展　

□ 运行连续性要求较低无维护服务的场合：选择TT系统

□ 有火灾危险的场合：可选择IT系统（有人员维护）或选择TT系统（使用0.5A的剩余电流保护装置）

3.2  特殊电网和负载的选择：

□ 对于线路长，泄漏电流大的电网：选择TN－S系统

□ 有备用电源的电网：选择TT系统

□ 对大的故障电流比较敏感的负载（电机）：选择TT或IT系统

□ 绝缘等级较差（电炉）或有大型高频滤波的设备（大型计算机）：选择TN－S系统

□ 控制和监测系统：选择TT（通讯设备间可进行等电位连接）或IT系统（运行连续性高）

 

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