王 生 偉

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原　030009)

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PEN接地問(wèn)題分析

王 生 偉

(山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原030009)

簡(jiǎn)述了低壓系統(tǒng)中PEN在電源處要求一點(diǎn)接地的原因，量化分析了PEN做重復(fù)接地所產(chǎn)生的雜散電流，結(jié)合IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，“在TN-C或TN-C-S系統(tǒng)建筑物內(nèi)PEN只能在一點(diǎn)做重復(fù)接地”的描述進(jìn)行了解釋，為我國(guó)PEN接地問(wèn)題研究提供參考。

PEN，一點(diǎn)接地，重復(fù)接地，雜散電流

在實(shí)際工程中，不同的電氣從業(yè)人員對(duì)同一工程的低壓系統(tǒng)接地形式常給出不一樣的定義，甚至有部分人認(rèn)為根本不存在TN-S系統(tǒng)，導(dǎo)致這結(jié)果的主要原因就是對(duì)系統(tǒng)起點(diǎn)的認(rèn)知不同，IEC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為系統(tǒng)起點(diǎn)為變壓器低壓側(cè)配電柜出線處，而不是變壓器中性點(diǎn)或發(fā)電機(jī)星形點(diǎn)，望大家能達(dá)成共識(shí)。

圖1為多電源TN系統(tǒng)PEN在電源處兩點(diǎn)接地，當(dāng)用電裝置正常運(yùn)行時(shí)，電流回路理想路徑為圖1中點(diǎn)劃線環(huán)路，而實(shí)際情況是在圖中虛線部分產(chǎn)生了不期望的電流，即雜散電流。I4為用電裝置正常運(yùn)行時(shí)PE所帶電流，不難看出該電流值還很大，過(guò)大的PE電流不僅干擾信息技術(shù)系統(tǒng)的正常工作，且可能引發(fā)電擊事故，IEC也對(duì)正常情況下PE電流限值做了規(guī)定，本文不再表述。I5為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)在配電柜金屬外殼、人工/自然接地體、金屬管道等部件中通過(guò)的電流，該部分電流不僅干擾信息技術(shù)系統(tǒng)的正常工作，加快埋地管道、基礎(chǔ)鋼筋的腐蝕，而且在接觸不良處可能產(chǎn)生火花，引發(fā)火災(zāi)或爆炸。為了避免以上所述雜散電流產(chǎn)生的不利影響，比較合理的解決方法就是a，b接地點(diǎn)取消一處，使雜散電流不能構(gòu)成回路，這就是一點(diǎn)接地的意義所在。

為了盡快與國(guó)際接軌，GB/T 50065—2011交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范接地形式章節(jié)完全引用了IEC 60364—1—312.2—2005，這是好多發(fā)展中國(guó)家的通用做法，無(wú)可厚非，GB/T 50065—2011第7.1.1條規(guī)定：多電源TN系統(tǒng)應(yīng)避免雜散電流，PEN應(yīng)“只”一點(diǎn)直接接地，單電源TN系統(tǒng)PEN應(yīng)“有”一點(diǎn)直接接地，筆者對(duì)此規(guī)定有些不同看法，IEC 60364—1—2005 Figure31D,Figure31E是以解決電磁兼容性為頭等任務(wù)的多電源TN系統(tǒng)接地方案，僅是TN-C-S特例，并不是通用做法，圖1中的電源接地點(diǎn)不是在變電所而是在受電點(diǎn)進(jìn)線柜，此供電方案要求PEN在整個(gè)系統(tǒng)不能再有任何重復(fù)接地，這種做法的優(yōu)點(diǎn)是可以減少共模電壓干擾，減少雜散電流。為什么IEC針對(duì)Figure31D的接地問(wèn)題時(shí)特別說(shuō)明了“僅(seule法文)”一點(diǎn)與PE連接，筆者認(rèn)為IEC并不是對(duì)單電源TN系統(tǒng)PEN就不要求一點(diǎn)與PE連接，而是因?yàn)槎嚯娫匆龅絇EN一點(diǎn)與PE連接在施工中可能遇到很多困難，比如采用TN-C-S系統(tǒng)兩回路為某建筑(該建筑以解決電磁兼容性為頭等任務(wù))供電，要做到一點(diǎn)接地必須兩回路在同一處進(jìn)線，可是現(xiàn)實(shí)中很多工程往往做不到這一點(diǎn)，不僅是國(guó)內(nèi)，發(fā)達(dá)國(guó)家也如此，所以IEC單獨(dú)強(qiáng)調(diào)了一下“僅一點(diǎn)”，我們也可以利用圖1做個(gè)分析，把圖1中1號(hào)電源取消后變成單電源的TN系統(tǒng)，多電源TN系統(tǒng)PEN電源處兩點(diǎn)接地時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題在單電源的TN系統(tǒng)中照樣存在，兩點(diǎn)接地還存在接地故障電流檢測(cè)裝置的安裝等問(wèn)題。所以說(shuō)，TN系統(tǒng)PEN在電源處應(yīng)該采用一點(diǎn)接地，不管單電源還是多電源。

圖2為PEN在受電點(diǎn)重復(fù)接地，結(jié)合該圖量化分析重復(fù)接地所產(chǎn)生的雜散電流，假設(shè)給1號(hào)、2號(hào)建筑物供電的電纜均采用1 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電纜排管埋地敷設(shè)，供電距離按同為50 m或300 m兩種情況考慮，變電所接地電阻RB=4 Ω，重復(fù)接地電阻RA=1 Ω(忽略變壓器、母線阻抗)。

為了直觀的說(shuō)明問(wèn)題，表1給出不同截面供電電纜、不同供電距離下重復(fù)接地產(chǎn)生的雜散電流I3,I4,I5(I1電流為對(duì)應(yīng)截面電纜穿管埋地敷設(shè)時(shí)載流量的25%)。

由表1可以清晰看出，當(dāng)采用同截面電纜供電時(shí)，隨著供電距離的增加，PEN重復(fù)接地后產(chǎn)生的雜散電流越來(lái)越大，當(dāng)供電距離確定時(shí)，隨著供電電纜截面的增大，PEN重復(fù)接地后產(chǎn)生的雜散電流越來(lái)越小。

表1　不同截面供電電纜及供電距離下重復(fù)接地產(chǎn)生的雜散電流

大家都知道雜散電流是造成鋼質(zhì)管道腐蝕的原因之一，GB/T 21447—2008鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范給出了石油瀝青防腐層埋地鋼質(zhì)管道交流電干擾判斷指標(biāo)(指標(biāo)有些單一，國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)一般采用交流電干擾電壓、試片電壓、電流密度等指標(biāo)綜合分析腐蝕程度)，在酸性土壤中干擾電壓不小于6 V時(shí)就屬于中強(qiáng)干擾程度，中性土壤中干擾電壓大于15 V時(shí)就屬于強(qiáng)干擾程度，由表1可以看出當(dāng)圖2中供電電纜截面小于25 mm2,供電距離接近300 m時(shí)，交流干擾電壓理論上已經(jīng)對(duì)1號(hào)、2號(hào)建筑之間的埋地鋼質(zhì)管道產(chǎn)生了不利影響，況且產(chǎn)生交流干擾電壓的因素不只有正常情況下的雜散電流，還包括雷電感應(yīng)，接地故障電流等。因此，在采用TN-C-S系統(tǒng)供電時(shí)，PEN截面小于25 mm2時(shí)應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員重視。IEC 60364—4—44—2007電磁干擾和電磁防護(hù)章節(jié)及JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范第22.4節(jié)都提到了當(dāng)建筑內(nèi)有大量信息系統(tǒng)時(shí)需做電磁兼容性設(shè)計(jì)，同時(shí)也給出了降低雜散電磁場(chǎng)的一些技術(shù)措施，要盡可能避免PEN的多點(diǎn)接地。工程上哪些地方為大量信息系統(tǒng)場(chǎng)所，很難界定，因此，哪類建筑不允許PEN重復(fù)接地也就顯得非常模糊，往往是在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)雜散電磁場(chǎng)干擾問(wèn)題后再做供電系統(tǒng)的改造。

《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版，第922頁(yè)，重復(fù)接地部分提到了PEN只能在建筑內(nèi)一點(diǎn)重復(fù)接地。如果做了多點(diǎn)重復(fù)接地會(huì)產(chǎn)生什么后果，一點(diǎn)重復(fù)接地是否有意義。

圖3為某建筑采用TN-C-S系統(tǒng)供電兩回路進(jìn)線，1號(hào)進(jìn)線PEN分別做了a，b兩處重復(fù)接地，2號(hào)進(jìn)線PEN在c點(diǎn)做了一處重復(fù)接地，電源端d點(diǎn)一處接地，圖中I2,I3,I5,I6為雜散電流?！豆I(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》要求PEN一點(diǎn)重復(fù)接地的主要目的是解決雜散電流問(wèn)題。下面我們從圖3入手，看看如何改造才能解決正常情況下的雜散電流問(wèn)題。第一種方案：取消a點(diǎn)接地(形成多回路“各”一點(diǎn)重復(fù)接地)；I3電流沒(méi)了，I2,I5,I6還存在。第二種方案：取消a點(diǎn)接地，同時(shí)把c點(diǎn)移至b點(diǎn)(形成多回路一點(diǎn)重復(fù)接地)；I3,I5電流沒(méi)了，I2,I6還存在。第三種方案：取消a，d點(diǎn)接地，同時(shí)把c點(diǎn)移至b點(diǎn)(形成多回路一點(diǎn)接地，即b點(diǎn)不再是重復(fù)接地點(diǎn))；I2,I3,I5,I6全沒(méi)了。

實(shí)際工程中，多回路供電“各”一點(diǎn)重復(fù)接地較易實(shí)現(xiàn)，即多回路進(jìn)線，各回路PEN就近與等電位箱聯(lián)結(jié)同時(shí)實(shí)現(xiàn)重復(fù)接地的目的，這也是目前國(guó)內(nèi)許多工程通常采用的做法，弊端就是建筑物內(nèi)部有雜散電磁場(chǎng)存在，對(duì)于信息化程度要求不高且火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)系數(shù)較低的場(chǎng)所，此供電方案實(shí)踐證明還是可行的。而多回路電源進(jìn)線PEN要做到一點(diǎn)重復(fù)接地就很困難，要實(shí)現(xiàn)PEN一點(diǎn)重復(fù)接地就得多回路在同一處入戶，即使花很大人力物力實(shí)現(xiàn)了多回路一點(diǎn)重復(fù)接地，建筑物內(nèi)的雜散電流照樣存在，即PEN一點(diǎn)重復(fù)接地與多點(diǎn)重復(fù)接地存在同樣的問(wèn)題，對(duì)控制雜散電流意義不大。而對(duì)需嚴(yán)格控制雜散電流的建筑物供電時(shí)，采用單或多回路PEN一點(diǎn)接地是比較好的方案，即使投入大些也是值得的。

不管單電源還是多電源TN系統(tǒng)，PEN在電源端都應(yīng)僅一點(diǎn)接地；不存在PEN一點(diǎn)接地與重復(fù)接地是否矛盾的說(shuō)法，只是有些場(chǎng)所提倡PEN做重復(fù)接地，有些場(chǎng)所禁止PEN做重復(fù)接地；《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》要求PEN一點(diǎn)重復(fù)接地，耗材費(fèi)力且意義不大。

[1]GB/T 50016—2011，交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB/T 16895.10—2010(IEC 60364—4—44:2007)，低壓電氣裝置 第4—44部分：安全防護(hù)電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)[S].

[3]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

Analysis on PEN grounding issues

Wang Shengwei

(Shanxi Academy of Electro-Mechanical Design, Taiyuan 030009, China)

The paper briefly describes the PEN(protection neutral wire) of the low-voltage system why asking one point to earth in the power source, the quantitative analysis of PEN do iterative earth caused by stray current, according to IEC standard, explain in industrial and civil power distribution design manual“in TN-C or TN-C-S system within the building PEN can only one point iterative earth”, it has provided some guidance for studying domestic PEN granding problems.

PEN, one point to earth， iterative earth， stray current

1009-6825(2016)25-0124-03

2016-06-23

王生偉(1982- )，男，工程師

TU856

A