北京城建道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司 張 影

引言

根據(jù)《低壓配電設(shè)計規(guī)范》（GB50054）及《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》（GB50065）中的描述，低壓配電系統(tǒng)有3種接地形式，即IT 系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)、TN 系統(tǒng)。其中TN 系統(tǒng)又可細(xì)分為TN-C、TN-C-S、TN-S 系統(tǒng)[1-2]。

由于最初研究電的科學(xué)家基本都是法國人，故接地系統(tǒng)的符號其實都是法語單詞的首字母：T 為法文Terre“大地”的首字母；I 為法文Isolation“隔離”的首字母；N 為法文Neutre“中性點”的首字母；C 為法文Combine“合一”的首字母；S 為法文Separe“分開”的首字母。第一個字母說明電源的帶電導(dǎo)體與大地的關(guān)系，第二個字母說明電氣裝置的外露導(dǎo)電部分與大地的關(guān)系。

在配電網(wǎng)實際運行中，最常見的故障是單相接地故障，它可能造成人身傷害的一種故障。單相接地故障指的是，帶電部分的某一相與用電設(shè)備外殼發(fā)生接觸，從而使用電設(shè)備外殼產(chǎn)生電壓。比如電纜終端未做好、電纜絕緣外套破裂、凝露造成爬電距離減小等，都會造成單相接地故障[3]。

隨著各地區(qū)對于供電可靠性的要求日益提高，供電系統(tǒng)中的低壓也越來越受到關(guān)注。而低壓系統(tǒng)中的接地系統(tǒng)，一直都是設(shè)計與施工容易出錯的難點之一。雖然2011年頒布了《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》（GB50065），其中詳細(xì)描述了低壓配電系統(tǒng)中的3種接地形式。但3種接地方式的特點及其實際應(yīng)用卻沒有表述太清楚。本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗，將低壓接地系統(tǒng)的特點及各自的應(yīng)用情況進(jìn)行了論述。

1 IT 系統(tǒng)的特點

IT 系統(tǒng)的所有帶電部分應(yīng)與地隔離（不接地），或某一點通過阻抗接地。用電設(shè)備外殼應(yīng)被單獨地或集中地接地。IT 系統(tǒng)一般不設(shè)置中性線。，但需在每個出線回路前安裝絕緣監(jiān)視器。IT 系統(tǒng)接線示意詳見圖1。

圖1 IT 系統(tǒng)接線示意圖

從上圖1中可以看出，當(dāng)一個用電設(shè)備某一相發(fā)生單相接地故障時，用電設(shè)備外殼帶電壓，但無法形成回路，低壓開關(guān)不會動作。此時用電設(shè)備外殼帶電壓，人碰觸到用電設(shè)備外殼時，人體電阻與用電設(shè)備外殼保護(hù)接地電阻是并聯(lián)關(guān)系。用電設(shè)備外殼保護(hù)接地電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人體電阻（人體電阻一般為800Ω～1500Ω，接地電阻要求至少≤4Ω），所以通過人體的電流很微小，幾乎不會對人員造成傷害[4]。

但當(dāng)兩個用電設(shè)備不同相對地故障時，會形成短路回路。此時低壓開關(guān)會動作，切斷回路，使得用電設(shè)備失電。詳見圖2。因此，需要在低壓開關(guān)前加裝絕緣監(jiān)視器。該監(jiān)視器僅報警不動作。當(dāng)一個設(shè)備發(fā)生單相接地故障時，需要及時排查故障，避免停電。

圖2 IT 系統(tǒng)單相接地故障示意圖

基于IT 系統(tǒng)一個用電設(shè)備單相接地故障不停電的特點，IT 系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于礦井下電氣設(shè)備、手術(shù)室、應(yīng)急電源等不能停電的場所。特別注意的是，同一變壓器供電的TN/TT 系統(tǒng)不能和IT 系統(tǒng)兼容！當(dāng)然，很少有IT 系統(tǒng)專供的情況。一般做法是在TN 系統(tǒng)中加裝隔離變，隔離變出線是IT 系統(tǒng)。

特別注意的是，IT 系統(tǒng)因為沒有N 線，無法引出單相電。當(dāng)需要220V 電壓時，隔離變引出的是220V 三相電。此時低壓開關(guān)要使用兩級（2P）開關(guān)。

2 TT 系統(tǒng)的特點

TT 系統(tǒng)就是變壓器中性點和用電設(shè)備外殼分別直接接地的系統(tǒng)。TT 系統(tǒng)中，工作接地和保護(hù)接地必須是相互獨立的。其中用電設(shè)備外殼的保護(hù)接地可以各自本地接地，也可以周邊若干個用電設(shè)備外殼共用一個接地裝置。TT 系統(tǒng)接線示意詳見圖3。

圖3 TT 系統(tǒng)接線示意圖

當(dāng)用電設(shè)備出現(xiàn)單相接地故障時，故障回路電流很小，不足以使開關(guān)動作。故TT 系統(tǒng)用電設(shè)備必須加裝漏電保護(hù)器，以切斷漏電電流。詳見圖4。

圖4 TT 系統(tǒng)單相接地故障示意圖

TT 系統(tǒng)一般應(yīng)用于無等電位連接或線路較長的場所，如路燈、低壓架空線等，使得用電設(shè)備端的零排與變壓器工作接地不是等電位。為使零線盡量保持不帶電，用戶設(shè)備一級開關(guān)必須用四極開關(guān)（單相為兩極開關(guān)）。

3 TN 系統(tǒng)的特點

TN 系統(tǒng)是電力低壓系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的。TN系統(tǒng)即變壓器中性點直接接地，設(shè)備外殼與變壓器中性點做電氣連接的系統(tǒng)。在TN 系統(tǒng)中，所有用電設(shè)備外殼均接到保護(hù)線上，并與變壓器的中性點相連。TN 系統(tǒng)特點是當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，可將接地故障轉(zhuǎn)變成短路故障，形成短路回路并產(chǎn)生足夠大的短路電流，使開關(guān)能可靠動作，將故障切除。

用電設(shè)備外殼的保護(hù)接地可以重復(fù)接地，但變壓器中性點的工作接地只能一點接地。因為若將工作零線N 重復(fù)接地，單相接地故障時，重復(fù)接地點會分流一部分短路電流，會使開關(guān)無法可靠動作，從而危害人身安全。

TN 系統(tǒng)又細(xì)分為TN-S 系統(tǒng)、TN-C 系統(tǒng)、TN-C-S 系統(tǒng)三種形式?；诂F(xiàn)行的低壓系統(tǒng)，本文僅針對TN-C-S 系統(tǒng)進(jìn)行描述。

TN-C-S 系統(tǒng)是TN-C 系統(tǒng)和TN-S 系統(tǒng)的結(jié)合形式。在TN-C-S 系統(tǒng)中，從變壓器引出到用電設(shè)備前的某一點采用TN-C 系統(tǒng)。從這一點之后，需要將工作零線N 與保護(hù)地線PE 拆開各自獨立，從而形成TN-S 系統(tǒng)。

關(guān)于變壓器側(cè)接地網(wǎng)接地電阻的要求，《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》（GB50065）中7.2.6的條文解釋中有很明確的描述，本文不再贅述。

根據(jù)條文解釋中的描述我們可以理解為，當(dāng)接地網(wǎng)電阻≤0.5Ω 時，工作接地和保護(hù)接地可以合一。而當(dāng)接地網(wǎng)電阻＞0.5Ω 時，工作接地和保護(hù)接地必須分開，間距5m 或以上，且分別滿足≤4Ω。事實上，影響接地網(wǎng)的接地電阻最大的因素是接地網(wǎng)的占地面積。而實際應(yīng)用中，獨立的配電室或箱變所做的接地網(wǎng)很難將電阻降至0.5Ω 以下，除非與附近建筑物的大接地網(wǎng)相連。

特別注意的是，在箱變出廠時，由于無法預(yù)知接地網(wǎng)接地電阻是否滿足≤0.5Ω，箱變的N 排和PE 排之間一般都有塊連板。獨立做接地網(wǎng)的箱變或獨立配電室，工作接地與保護(hù)接地需要分開，且分別滿足≤4Ω。故N 排和PE 排之間的連板需要拆除。

TN-C-S 系統(tǒng)接線示意詳見圖5。需要注意的是，一級箱從N 排接出PEN 線，應(yīng)接在一級箱的PE 排上，一級箱的N 排和PE 排之間再做連接。這種接線方式主要是避免PE 線斷接。另外，末端配電箱應(yīng)該做外殼的重復(fù)保護(hù)接地。此處的保護(hù)接地電阻≤10Ω 即可。

圖5 TN-C-S 系統(tǒng)接線示意圖

當(dāng)TN-C-S 系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，系統(tǒng)會形成短路回路，從而將單相接地故障轉(zhuǎn)變成短路故障，產(chǎn)生足夠大的短路電流，使得開關(guān)動作。詳見圖6。在某些臨時工程中，因某種原因需要一級箱進(jìn)線就要獨立的PE 線。此時的正確接線方式應(yīng)如圖7。

圖6 TN-C-S 系統(tǒng)單相接地故障示意圖

圖7 TN-C-S 系統(tǒng)一級箱PE 線獨立的接線示意圖

如圖7所示，并非如大多數(shù)人想象的，N 接N、PE 接PE，而是N 和PE 都是引自箱變低壓N 排。相當(dāng)于把TN-C-S 系統(tǒng)中的C 和S 的分界點從一級箱移至箱變低壓出線處。如此才能保證在用戶側(cè)出現(xiàn)單相接地故障時可形成短路回路。注意，此時一級箱中N 排和PE 排中的連線要斷開！

那么，錯誤的接線，N 接N、PE 接PE，會造成什么后果呢？見圖8。注意，圖8為錯誤的接線示意。當(dāng)用戶側(cè)發(fā)生單相接地故障時，回路電阻為箱變工作接地電阻與保護(hù)接地電阻之和（原本應(yīng)該僅為導(dǎo)體電阻，幾乎可以忽略不計）。此時短路電流就變得很小，不足以使開關(guān)動作。但用戶側(cè)設(shè)備外殼升壓，可能會危害人身安全。

圖8 TN-C-S 系統(tǒng)一級箱PE 線獨立的錯誤接線示意圖

箱變處的保護(hù)接地接出的PE 排不往下接線，僅保護(hù)箱變本體。單就箱變本體來說，相當(dāng)于TT 系統(tǒng)。當(dāng)箱變處的10kV 或低壓出現(xiàn)單相接地故障時，保護(hù)接地可引走故障電流。但短路回路電阻同樣是箱變工作接地電阻與保護(hù)接地電阻之和，短路電流不足以使開關(guān)動作，但會造成單相電壓驟降。

4 結(jié)語

就低壓電網(wǎng)來說，沒必要刻意糾結(jié)IT、TT、TN 系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)實際需要結(jié)合實際情況靈活應(yīng)用。TT 系統(tǒng)和TN 系統(tǒng)可以在同一個變壓器的低壓出線，根據(jù)實際情況靈活應(yīng)用。但I(xiàn)T 系統(tǒng)若需要接入現(xiàn)狀系統(tǒng)中，必須做獨立的隔離變壓器。