低压配电系统接地方式及其应用
【摘要】本文通过对TT系统、TN系统、IT系统供电接地系统的介绍，对其在故障状态下各种接地方式的特点进行分析，针对低压配电系统接地方式从安全供电角度出发提出适当的建议。
【关键词】TT系统，TN系统，IT系统，应用
在供配电设计中，接地系统设计占有重要的地位，不管哪类供配电系统，在设计中总包含有接地系统设计，因为它关系到供配电系统的安全性、可靠性。而且，随着对供电质量要求不同，各类设备功能不同，接地系统要求也相应不同。但在低压电气工程中，由于对接地系统的了解不深，常常出现将TN—S接地系统中的N线重复接地；更有甚者无论何种接地系统，只要有N线就统统将它重复接地。为此我们有必要几种接地系统进行介绍，针对不同供配电需求，找出适当的供电方式安全、可靠的进行供电。
一、国际电工委员会（IEC）规定的供电方式符号意义
1、国际电工委员会（IEC）规定的供电方式符号中，第一个字母表示电力（电源）系统对地关系。如“T”表示是中性点直接接地；“I”表示所有带电部分绝缘。
2、第二个字母表示用电装置外露的可导电部分对地的关系。如“T”表示设备外壳接地，它与系统中的其他任何接地点无直接关系；“N”表示负载采用接零保护。
3、第三个字母表示工作零线与保护线的组合关系。如“C”表示工作零线与保护线是合一的，如TN-C；“S”表示工作零线与保护线是严格分开的，所以PE线称为专用保护线，如TN-S。
二、国际电工委员会（IEC）对各接地方式供电系统的规定
根据IEC规定的各种保护接地方式的术语概念，低压配电系统按接地方式的不同称为TT系统、TN系统、IT系统。其中TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。下面对各种供电系统做扼要的介绍。
1、TT方式接地供电系统
TT接地方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称TT系统。第一个符号T表示电力系统中性点直接接地；第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。在TT系统中负载的所有接地均称为保护接地，如图1-1所示。这种供电系统的特点如下。
（1）当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。
（2）当漏电电流比较小时，熔断器不一定能熔断，所以还需要漏电保护器作保护，因此TT系统难以推广。
（3）因TT系统接地装置耗用钢材多，安装后难以回收、费工时、费料。现在有的建筑施工单位用电时，采用一根专用保护线，以减少安装接地装置钢材用量，如图1-2所示。
图中虚线后段接线方式采用施工用电配电箱，把新增加的专用保护线PE线和工作零线N分开，其特点是：第一、共用接地线与工作零线没有电的联系；第二、正常运行时，工作零线可以有电流，而专用保护线没有电流。
从上面分析看出TT系统适用于接地保护很分散的地方。
2、TN方式供电系统
这种供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系统，称作接零保护系统，用TN表示。这种供电系统的特点如下。
（1）当设备出现外壳带电时，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，这个电流很大，是TT系统的几倍，实际上就是单相对地短路故障，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。
（2）TN系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用，可见比TT系统优点多。TN方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开而划分为TN-C和TN-S等两种。
3、TN-C方式供电系统
它是用工作零线兼作接零保护线，可以称作保护中性线，如图1-3所示。这种供电系统的特点如下。
（1）由于三相负载不平衡，工作零线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压。
（2）如果工作零线断线，则保护接零的漏电设备外壳带电。
（3）如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。
（4）TN-C系统干线上使用漏电保护器时，工作零线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上；而且，工作零线在任何情况下都不得断线。所以，实用中工作零线只能让漏电保护器的上侧有重复接地。
（5）TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。
4、TN-S方式供电系统
它是把工作零线N和专用保护线PE严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统，如图1-4所示，TN-S供电系统的特点如下。
（1）系统正常运行时，专用保护线上不有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。
（2）工作零线只用作单相照明负载回路。
（3）专用保护线PE不许断线，也不许进入漏电开关。
（4）干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。
（5）TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。在建筑工程工工前的“三通一平”（电通、水通、路通和地平——必须采用TN-S方式供电系统。
5、TN-C-S方式供电系统
在建筑施工临时供电中，如果前部分是TN-C方式供电，而施工规范规定施工现场必须采用TN-S方式供电系统，则可以在虚线后段采用施工用电配电箱分出PE线，如图1-5所示。这种系统称为TN-C-S供电系统。TN-C-S系统的特点如下。
（1）工作零线N与专用保护线PE相联通，如图1-5ND这段线路不平衡电流比较大时，电气设备的接零保护受到零线电位的影响。D点至后面PE线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此，TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于ND线的负载不平衡的情况及ND这段线路的长度。负载越不平衡，ND线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在PE线上应作重复接地。
（2）PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。
（3）对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相联，PE线上不许安装开关和熔断器，也不得用大地兼作PE线。
通过上述分析，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上临时变通的作法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、建筑施工工地有专用的电力变压器时，必须采用TN-S方式供电系统。
6、IT方式供电系统
表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。每二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护，如图1-6所示。
IT方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如炼钢、医院手术室、地下矿井等处。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。运用IT方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。
三、TT、TN、IT系统在应用中应注意的问题
1、TT接地系统不应要求中性线重复接地
在一些供配电工程中，承建部门要求将TT系统中性线作重复接地，其目的是防止中性线断线后中性点漂移带来的三相电压不平衡。实际上，此做法效果有限，主要原因有：
(1)剩余电流动作保护器不能投入使用。中性线重复接地后，部分正常负荷电流将流经大地，对剩余电流动作保护器形成剩余电流而跳闸。而TT系统中性线作重复接地后是不能装设总保护的，一旦发生单相接地故障或触电事故时无法断开电源，可能造成人身伤亡事故。
(2)把TT系统变成了TN-C系统。在TT系统中，若把中性线作重复接地，就是把形式上的TT系统，变成了实质上的TN-C系统。
2、在TT系统中应采取措施防止中性线断线
(1)必须保证中性线有足够的机械强度，应采用N线应与相线的导线截面相同；
(2)保证N线连接的施工质量；
(3)尽量作到三相负荷平衡；
(4)对低压线路应定期巡视，定期检修，发现缺陷立即处理。
3、不应要求采用TN-C系统
低压电力线路改造中，有的单位要求把电能表外壳与中性线连接在一起，形成了TN-C系统。而TN-C系统只适合于有独立变压器且有电气专业人员维修的厂矿企业。
4、农村低压电力网宜采用TT系统，一般用户是不应采用TN-C系统
(1)它不能装用剩余电流动作保护装置，以有效防止电气设备接地故障的间接接触电击、接地电弧火灾和直接接触电击；
(2)它不能断开PEN线，因此难以防止在电气检修时，故障电压招致检修人员的电击事故和电气火灾；
(3)TN-C系统的单相回路内，如果PEN线中断，电气设备外壳可带高达220V的对地电压，威胁人身安全；
(4)TN-C系统的三相回路内，如果PEN线中断，不仅使设备失去等电压连接和接地，在三相不平衡时还因"断零"而引起烧坏单相设备事故；
(5)TN-C系统PEN线不平衡电流产生的电压，将在电气装置内产生电位差和杂散电流，容易打火和干扰电子设备。
四、低压电网保护接地系统选用一般原则
1、非独立变压器供电的厂矿企业不采用TN-C系统。
2、分散住宅或农村用户宜采用TT系统。
3、民用建筑应采用TN-S系统或TN-C-S系统。
4、商业、宾馆、娱乐场所、办公大楼等应采用TN-S系统，并作等电位连接。
5、易爆炸和发生火灾危险场所，禁止采用TN-C系统，而应采用TN-S、TN-C-S、TT或IT系统。
6、建筑施工现场宜采用TT系统。
7、计算机室或电子信息设备，应采用TN-S系统。
8、煤矿或其它矿井，应采用IT系统。
参考文献：《工业与民用电力装置的接地设计规范》（GBJ65－83）
《系统接地的型式及安全技术要求》（GB14050-1993）
《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）
《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303-2002）
《电气安装技术手册》