徐 建

南京南化建設(shè)有限公司 江蘇南京 210044

低壓配電系統(tǒng)中的保護(hù)接地和保護(hù)接零

徐 建

南京南化建設(shè)有限公司 江蘇南京 210044

因?yàn)榇蠖鄶?shù)觸電傷亡事故發(fā)生在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中,所以做好低壓設(shè)備的保護(hù)接地尤為重要。本文著重分析低壓配電網(wǎng)絡(luò)中的保護(hù)接地和保護(hù)接零系統(tǒng)。

保護(hù)接地 保護(hù)接零

低壓配電系統(tǒng)，按保護(hù)接地的型式，可分為TT、TN、IT系統(tǒng)。這三個字符串中第一個字母反映的是電源側(cè)的接地狀態(tài)，T表示直接接地，I表示中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗接地；第二個字母表示負(fù)荷側(cè)的接地狀態(tài)，T表示負(fù)荷設(shè)備的金屬外殼接地（與電源側(cè)接地相互獨(dú)立），N表示負(fù)荷側(cè)接中性線而不直接接地[1]。

TT和TN系統(tǒng)是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，且都引出有中性線（N線），因此都稱為三相四線制系統(tǒng)。IT系統(tǒng)是中性點(diǎn)不接地或經(jīng)阻抗（約1000Ω）接地系統(tǒng)，且通常不引出中性線，因此它一般也稱為三相三線制系統(tǒng)，在工廠低壓配電系統(tǒng)中我們大多數(shù)接觸到的是三相四線制系統(tǒng)也就是TN和TT兩種保護(hù)接地型式，下面著重介紹這兩種接地型式：

1 TT系統(tǒng)

1.1 TT系統(tǒng)的原理

我國絕大部分地面企業(yè)的低壓配電網(wǎng)都采用星形接法的低壓中性點(diǎn)直接接地的三相四線配電網(wǎng)，如圖1所示。這不僅是因?yàn)檫@種配電網(wǎng)能提供一組線電壓和一組相電壓，便于動力和照明由同一臺變壓器供電，而且還在于這種配電網(wǎng)具有較好的過電壓防護(hù)性能，且一相故障接地時單相電擊的危險性較小，故障接地點(diǎn)比較容易檢測等優(yōu)點(diǎn)。低壓中性點(diǎn)的接地常叫做工作接地，中性點(diǎn)引出的導(dǎo)線叫做中性線。由于中性線是通過工作接地與零電位大地連在一起的，因而中性線也叫做零線。這種配電網(wǎng)的額定供電電壓為0.23kV/0.4kV（相電壓為0.23kV，線電壓為0.4kV），額定用電電壓為220V/380V（相電壓為220V，線電壓為380V）。220V 用于照明設(shè)備和單相設(shè)備，380V用于動力設(shè)備。接地的配電網(wǎng)中發(fā)生單相電擊時，人體承受的電壓接近相電壓。也就是說，在接地的配電網(wǎng)中，如果電氣設(shè)備沒有采取任何防止間接接觸電擊的措施，則漏電時觸及該設(shè)備的人所承受的接觸電壓可能接近相電壓，其危險性大于不接地的配電網(wǎng)中單相電擊的危險性。

圖1所示為設(shè)備外殼采取接地措施的情況。這種做法類似不接地配電網(wǎng)中的保護(hù)接地，但由于電源中性點(diǎn)是直接接地的，而與IT系統(tǒng)有本質(zhì)區(qū)別。這種配電防護(hù)系統(tǒng)稱為TT系統(tǒng)。這時，如有一相漏電，則故障電流主要經(jīng)接地電阻和工作接地電阻構(gòu)成回路。漏電設(shè)備對地電壓和零線對地電壓分別為：

式中：

U——配電網(wǎng)相電壓，

RP——人體電阻。

一般情況下,RN＜＜RP,RE＜＜RP,上面(式 1)和(式 2)兩個公式可簡化成：

1.2 保護(hù)接地存在的問題

采用TT保護(hù)接地雖然降低了漏電設(shè)備上的電壓，但零線上卻產(chǎn)生了對地電壓，而且由于RE和RN同在一個數(shù)量級，二者都可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過安全電壓，人觸及漏電設(shè)備或觸及零線都可能受到致命的電擊。另一方面，由于故障電流主要經(jīng)過RE和RN構(gòu)成回路，如不計及帶電體與外殼之間的過渡電阻，其大小為，由于和都是歐姆級的電阻，因此，不可能太大。在低壓配電系統(tǒng)而言，由于斷流設(shè)備的容量總是按照負(fù)荷容量要求配置的，其額定電流較大，這時發(fā)生單相故障時，很可能因?yàn)楣收想娏餍《^電流保護(hù)裝置不起作用，不能及時切斷電源，使故障長時間延續(xù)下去。例如，當(dāng)RE=RN=4Ω時，故障電流只有27.5A，能與之相適應(yīng)的過電流保護(hù)裝置是十分有限的。正因?yàn)槿绱?，一般情況下不能采用TT系統(tǒng)。除非采用其他防止間接接觸電擊的措施確有困難，且土壤電阻率較高的情況下,才可考慮采用TT接地系統(tǒng),而且這種情況下還必須同時采取快速切除接地故障的漏電保護(hù)裝置或過電流保護(hù)裝置,并優(yōu)先采用前者。

2 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)即保護(hù)接零系統(tǒng)。由于保護(hù)接零和保護(hù)接地都是防止間接接觸電擊的安全措施，做法上又存在一些相似之處，因此，有些人沒有嚴(yán)格區(qū)分這兩種措施，不能鑒別某些不妥當(dāng)?shù)恼f法和做法?！氨Ｗo(hù)接零”一詞在我國已經(jīng)得到普及。這一名詞有利于明確區(qū)分不接地配電網(wǎng)中的保護(hù)接地，還有利于區(qū)分中性線和零線，有利于區(qū)分工作零線和保護(hù)零線，有其獨(dú)特的科學(xué)性[1]。

2.1 TN系統(tǒng)的安全原理及類別

TN系統(tǒng)中的N字母，表示電氣設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬部分與配電網(wǎng)中性點(diǎn)之間金屬性的連接，亦即與配電網(wǎng)保護(hù)零線（保護(hù)導(dǎo)體）的緊密連接。這種做法就是保護(hù)接零?；蛘哒fTN系統(tǒng)就是配電網(wǎng)低壓中性點(diǎn)直接接地，電氣設(shè)備接零的保護(hù)接零系統(tǒng)。在三相四線配電網(wǎng)中，應(yīng)當(dāng)區(qū)別工作零線和保護(hù)零線。前者即中性線，用N表示；后者即保護(hù)導(dǎo)體，用PE表示。如果一根線既是工作零線又是保護(hù)零線，則用PEN表示。系統(tǒng)分為 TN-S、TN-C-S、TN-C三種方式，TN-S系統(tǒng)的保護(hù)零線是與工作零線完全分開的；TN-C-S系統(tǒng)干線部分的前一部分保護(hù)零線是與工作零線共用的；TN-C系統(tǒng)的干線部分保護(hù)零線是與工作零線完全共用的。保護(hù)接零的原理如圖2所示。當(dāng)某相帶電部分碰連設(shè)備外殼（即外露導(dǎo)電部分）時，通過設(shè)備外殼形成該相對零線的單相短路，短路電流能促使線路上的短路保護(hù)元件迅速動作，從而把故障部分設(shè)備斷開電源，消除電擊危險。因此有人把保護(hù)接零又稱之為過電流分?jǐn)啾Ｗo(hù)法。當(dāng)設(shè)備發(fā)生碰殼危險時，為了能使保護(hù)裝置迅速可靠的動作，要求單相短路電流Id滿足以下條件：

式5中：U——系統(tǒng)相電壓（V）

Zn——“相線-零線”回路阻抗,包括變壓器阻抗在內(nèi)(Ω)

Ie——熔斷器的額定電流或自動空氣開關(guān)過流線圈的整定電流（A）

K——可靠系數(shù)，采用熔斷器時采取4，采用自動空氣開關(guān)時采取1.5。

為了防止零線斷線,確保安全,敷設(shè)時不僅要保證導(dǎo)線不受損傷,接頭接觸良好,而且要保證零線有足夠的截面,此外在沒有裝設(shè)漏電保護(hù)開關(guān)時,不能在零線上裝設(shè)熔斷器和自動空氣開關(guān)。

2.2 接零保護(hù)存在的問題

2.2.1 零線斷線的后果及保護(hù)措施

當(dāng)采用保護(hù)接零時,一旦出線零線斷線,在不與中性點(diǎn)連接的區(qū)段內(nèi),如發(fā)生電氣設(shè)備碰殼,則該段與中性點(diǎn)失去連接的設(shè)備,其外殼將由零電位升高成相電壓,嚴(yán)重危害人身安全,所以為了防止唯一的中性點(diǎn)接地裝置斷開,要求將零線的一處和多處接地,即零線的重復(fù)接地,當(dāng)發(fā)生相線碰殼時,在有重復(fù)接地的情況下,接在零線斷線處后面的設(shè)備外殼對地電壓降低了,這在一定程度降低了觸電傷害的危害性,但斷線處前面設(shè)備外殼仍有1/2U,這一電壓同樣對人是不安全的[2]。

2.2.2 保護(hù)零線發(fā)生一相碰地的不安全性

當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)中出現(xiàn)一相碰地故障時,對于保護(hù)接零系統(tǒng)而言,這一故障很可能會長時間存在,此時接地電流通過相線碰地處的接地的電阻和變壓器接地電阻構(gòu)成回路,由于這兩處接地電阻全是歐姆級的,故短路電流應(yīng)該在100A以內(nèi),不會太大,使得熔斷器和自動空氣開關(guān)無法斷開。

2.2.3接零和接地的危害

在同一電源供電的回路中,電源設(shè)備不能采用保護(hù)接地和保護(hù)接零混用的方式,否則在接地保護(hù)設(shè)備上發(fā)生碰殼短路時,將會使全部接零設(shè)備上的外殼產(chǎn)生危險的對地電壓，除了上述的幾種情況外,接零保護(hù)還有一個弊病,就是當(dāng)某個分支線路檢修時出現(xiàn)零線和火線錯接,且又無重復(fù)接地措施,則無法避免該支路中設(shè)備外殼帶電,這在實(shí)際工作中十分危險的,保護(hù)接零雖是我國長期以來用于低壓電網(wǎng)的一項(xiàng)保護(hù)措施,但應(yīng)看到在很多情況下保護(hù)接零可能導(dǎo)致設(shè)備外殼出現(xiàn)危及人身安全的對地電壓,因而它并不是一個十分完善的保護(hù)方式。

總之無論是采取保護(hù)接地還是保護(hù)接零,都是出于觸電防護(hù)的考慮,設(shè)計者在力所能及的情況下,應(yīng)該使設(shè)備漏電時施加于觸電者的接觸電壓盡量小,故障持續(xù)時間盡量短。

1 程志剛主編，新編電氣工程師手冊；安徽文化音像出版社，2004

2 李景祿 胡毅 劉春生編著，實(shí)用電力接地技術(shù)；北京：中國電力出版社，2001

TE682

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1672-9323（2014）02-0092-03

2013-10-27）