李學(xué)棟

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

現(xiàn)代化迅速發(fā)展的今天，我國由“化工大國”向“化工強國”逐步發(fā)展，電能已成為必不可缺的重要能源。眾所周知，化工項目中大部分為甲、乙、丙類生產(chǎn)環(huán)境，較多變配電站、車間配電站及部分相關(guān)公用工程輔助設(shè)施，如循環(huán)水站、IT 機房、民用辦公樓等。在用電中的問題，也對化工企業(yè)發(fā)展造成了影響，甚至威脅到安全。低壓配電系統(tǒng)接地，一個看似簡單實則很有難度的工程，它不僅影響配電系統(tǒng)穩(wěn)定、用電設(shè)備運行，更關(guān)系到用電安全。

低壓配電系統(tǒng)的接地形式分為IT、TT、TN 系統(tǒng)，其中 TN 系統(tǒng)又包含 TN-C、TN-S、TN-C-S 系統(tǒng)。面對具體問題時，選擇適合具體情況的低壓配電系統(tǒng)，則整個系統(tǒng)的可靠性就能得到一定的保證。但在實際應(yīng)用中，還是存在選擇接地形式原則不明的現(xiàn)象出現(xiàn)，這埋下了很多事故隱患。本文僅對TN 系統(tǒng)幾種分支的特點進行簡要分析；對其適用化工項目各種生產(chǎn)環(huán)境進行簡要介紹，分析TN 系統(tǒng)接地故障保護的原理及關(guān)鍵點。

1 TN接地系統(tǒng)

具體來說，TN 系統(tǒng)中性點直接接地，電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分通過保護導(dǎo)體與該點連接，我們又把此系統(tǒng)稱為保護接零。中性線和保護線有不同的整合方式，按照這種方式，我們可以把TN接地系統(tǒng)分為TN-C 系統(tǒng)、TN-S 系統(tǒng)及TN-C-S系統(tǒng)。

在TN 系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時故障電流大，可使保護裝置動作，切除故障。這是依靠電流作用來設(shè)計低壓系統(tǒng)的一個重要考察因素[1]。

1.1 TN-C接地系統(tǒng)

原理：此系統(tǒng)中，中性線和保護線共用了一條線（PEN），我們不僅可以把接三相用電設(shè)備用到這種系統(tǒng)上，還能把單相用電設(shè)備也用上去。

在用電的過程中，若發(fā)生斷相或三相不平衡，則與PEN 線連接的設(shè)備外殼上就會產(chǎn)生較高電壓，這種高電壓會造成安全隱患。若發(fā)生的是單相短路，則與PEN 線連接的設(shè)備外殼上會產(chǎn)生較大的故障電流，安全性較低。

應(yīng)用分析：對于TN-C 系統(tǒng)，如在系統(tǒng)中存在一個單相回路，若PEN 先中斷時，設(shè)備金屬外殼對地有220V 的故障電壓，觸電危險性較大。220V電壓傳導(dǎo)路徑見圖1。

圖1

PEN 線有中性線電流產(chǎn)生電壓降，使所接設(shè)備外殼對地帶電位?；て髽I(yè)中較多為爆炸危險環(huán)境，此電位可能在此環(huán)境中打火引發(fā)火災(zāi)爆炸危險。IEC 標準規(guī)定易爆場所不允許出現(xiàn)PEN 線和TN-C 系統(tǒng)?？紤]以上不安全因素，目前化工項目很少采用TN-C 系統(tǒng)[2]。

1.2 TN-S接地系統(tǒng)

原理：此系統(tǒng)中，中性線和保護線均為單獨導(dǎo)體，即在電源中性點處方分開成兩條導(dǎo)體。

TN-S 系統(tǒng)無論N 線還是PE 線斷線，設(shè)備外殼均不會帶電。系統(tǒng)三相不平衡時，設(shè)備外殼也不會產(chǎn)生高電壓，安全性很高[3,4]。

應(yīng)用分析：變配電室等建筑內(nèi)可將35～6kV/0.4kV 變壓器中性點直接接地后，低壓配電系統(tǒng)接地采用TN-S 形式。應(yīng)用此系統(tǒng)，PE 導(dǎo)體正常沒有工作電流通過，也不會帶電位，也不會對信息技術(shù)設(shè)備造成干擾。只有對地故障時PE 線通過故障電流，電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分對地正常下幾乎沒有電位，十分安全可靠，不會引起火花造成火災(zāi)爆炸危險，但會在配線回路通長多用一條導(dǎo)線。

特別適用于化工項目中對低壓電氣設(shè)備供電的配電變壓器的下列場所：①特別是有爆炸、火災(zāi)危險性大的場所；②較多非線性負荷或較大單相負荷的工業(yè)廠房；③對防電擊或供電連續(xù)性要求較高的民用建筑；④電磁兼容性要求較高的辦公樓、計算機房等場所。

1.3 TN-C-S接地系統(tǒng)

原理：此系統(tǒng)中，中性線和保護線在低壓電氣裝置電源進線點前共用，在建筑物進線點后分為兩根，且這兩條線分開之后就不可再次合一，在分開時，須對PEN 線做重復(fù)接地處理。

應(yīng)用分析：對于內(nèi)部未設(shè)置配電變壓器的民用建筑、較多非線性負荷和較大單相負荷的工業(yè)廠房等化工項目，均適用此系統(tǒng)。此外由于此系統(tǒng)在電源進線點前為PEN 線，則當N 線與PE 線分開后，兩者的電壓差較TN-S 系統(tǒng)要小，對一些比較敏感的信息設(shè)備干擾也較小。此系統(tǒng)兼具TN-C 和TNS 系統(tǒng)的特點，既有不輸于TN-S 系統(tǒng)的安全性、還能節(jié)約電源進線中的一根PE 線。綜上所述,當建筑物低壓配電采用TN 系統(tǒng)時宜采用TN-C-S 系統(tǒng)。

2 TN系統(tǒng)的接地故障保護

TN 系統(tǒng)接地故障保護的動作特性滿足下面公式要求：

Zs·Ia≤U0

Zs--接地故障回路的阻抗（Ω）；

Ia--保證保護電器在規(guī)定的時間內(nèi)自動切斷故障回路的電流（A）；

U0--相線對地標稱電壓（V）。

一般來說，在TN 系統(tǒng)中發(fā)生的不同的接地故障中，金屬性短路故障發(fā)生的可能性最大。因該種故障產(chǎn)生的電流較大，所以我們必須采用一定的措施來防止故障發(fā)生[5]。比如我們在化工項目中用像熔斷器、低壓斷路器、智能馬達保護器這種保護電器來防止故障發(fā)生，我們又可以把它稱為接地故障保護。

相關(guān)規(guī)范規(guī)定：供移動式和手握式設(shè)備的末端線路或插座回路，其切斷故障回路時間不應(yīng)大于0.4S；僅供固定式用電設(shè)備的末端線路或配電線路，其切斷故障回路時間不宜大于5S[6,7]。

3 采用斷路器過電流保護兼作接地故障保護不能滿足要求時的應(yīng)對策略[8]

為了能夠提高在發(fā)生故障的時候，TN 系統(tǒng)接地故障能夠快速反應(yīng)，我們可以從以下2 個角度來思考問題：

3.1 提高接地故障電流值

3.1.1 我們要把原來用的Yyn0 接線組別的變壓器換成更為合適的Dyn11 接線組別變壓器，這是因為相比較于Dyn11 接線而言，Yyn0 接線零序會發(fā)生的阻礙會小的很多。

3.1.2 相導(dǎo)體的截面太小，需要增大截面。

3.1.3 降低線路上的電流，即改變線路的結(jié)構(gòu)。

3.2 降低保護電器的動作電流值

3.2.1 采用熔斷器或使用的斷路器有短延的作用。

3.2.2 除了諧波電流較大的線路之外，斷路器用帶零序電流保護的。

3.2.3 除了TN-C 系統(tǒng)之外，用來截斷電流的設(shè)備可以用帶有剩余電流保護。

3.3 實施保護性等電位聯(lián)結(jié)

要想使得接地故障保護能夠發(fā)生作用時，我們必須實行保護性等電位連結(jié)，其包括總等電位聯(lián)結(jié)、輔助等電位聯(lián)結(jié)和局部等電位聯(lián)結(jié)。

假如在配電線路中，已經(jīng)用了漏電保護器RCD，那么等電位聯(lián)結(jié)就必須存在。因為，在TN系統(tǒng)中，PEN 線發(fā)生事故時中性點對地電壓會升高，電流會沿PE 線導(dǎo)入到其他設(shè)備的保護殼上,導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。此情況下,即便裝設(shè)了RCD 也不能產(chǎn)生什么作用。如在TN-C 系統(tǒng)中，PEN 線穿過RCD，會因接地故障電流所產(chǎn)生的磁場在RCD 中相互抵消引起RCD 拒絕動作。

采用等電位聯(lián)結(jié)作用是解決電壓超過規(guī)定的安全值。在有高壓觸電危險場所的安全電壓為36V，無高壓觸電危險場所的安全電壓為24V。在有導(dǎo)電塵埃、高溫、潮濕和金屬容器內(nèi)工作時，安全電壓為12V。

至于在化工項目的建、構(gòu)筑物內(nèi)實施總等電位聯(lián)結(jié)的好處，我們做了如下總結(jié)：①降低估計的接觸電壓；②建筑物外部無意進入的危險電壓導(dǎo)致的風(fēng)險的概率被大大減低；③有效降低了因為保護電器動作的不可靠因素而帶來危險的可能性。

4 結(jié)語

綜上所述，化工項目中可根據(jù)不同的場所選擇不同的低壓接地方式。低壓配電系統(tǒng)的接地是影響化工企業(yè)安全生產(chǎn)、平穩(wěn)運行的較大因素。因為接地故障保護沒做好而導(dǎo)致的安全事故不在少數(shù)，人們對于他的重視才開始漸漸提高起來。設(shè)計過程中，盡可能各種方案配合使用、靈活應(yīng)用，從而有效的阻止TN 系統(tǒng)接地故障的發(fā)生，提高了化工企業(yè)的安全生產(chǎn)。