论文浅谈低压配电系统中的保护接地

内容摘要：保护接地 接地保护 接零保护 工作接地 重复接地 中性线名词解释  常见低压配电系统供电方式（IT系统  TT系统  TN系统）  接地保护和接零保护的区别及应用范围和注意事项  保护线和零线在应用中注意事项（TT系统  TN-S系统  TN-C系统）  漏电保护器在不同系统中的应用注意事项  保护接地中的重复接地  接地电阻的阻值要求  结束语  

    低压配电系统中确保安全用电的措施之一就是保护接地，但是在实际工作中如何正确选择和使用接地保护、接零保护、重复接地等是较难的，许多电气工作中都不能正确使用这些保护措施。我就这些保护措施和工作中容易出现的常见错误谈一下本人的经验和看法。

  一、容易混淆的概念

  首先回顾一下与保护接地相关的名词解释。

   1、保护接地：为保障人身安全、防止间接触电，将设备的外露可导电部分进行接地，称为保护接地。保护接地根据其接地方式可分为接地保护和接零保护；

   2、接地保护：设备的外露可导电部分经各自的接地保护线分别直接接地叫接地保护，此线称为接地保护线或PE线。

   3、接零保护：设备外露可导电部分经公共的保护线与电源中性点（通过接地体接地）直接电气连接叫接零保护，此线称为保护接零线或保护中性线（PEN线）；

   4、工作接地：为了保正电力系统的正常运行，在电力系统中将需要的电气装置导电部分任何一点（通常为电源中性点）接地，称为工作接地。交流系统中，此点一般为中性点如变压器中性点接地，或发电机中性点接地；

   5、重复接地：为确保保护安全可靠，除在变压器或发电机中性点处进行工作接地外，还可在保护线（PEN线或PE线）其它地方进行必要的接地外，还可在保护线(PEN线或PE线）其它地方进行必要的接地将与地再次作电气连接，称为重复接地；

   6、中性线是从发电机或电力变压器中性点引出的线，如果不接地就成为中线；如果与大地良好接触（大地为零电位），此时的中线又称为零线即工作零线（有了它用电设备才能正常工作）。火线是相对零线而言，通常它的对地电压为220V（国内），它是通过用电设备和零线构成用电回路。

   二。我国低压配电系统中的三种供电方式

  在我国低压配电系统根据接地保护的方式不同可分为三种供电方式：IT系统、TT系统和TN系统。

   1、IT系统

   IT系统指电源中性点不接地（或经高阻抗接地），而用电设备的金属外壳直接接地。（图一）

其保护原理：若设备外壳没有接地，在发生单相碰壳故障时，设备外壳带上了相电压，此时人接触外壳，就会有危险的电流流经人身与电网和大地之间的分布电容所构成的回路。而设备的金属外壳有了保护接地后，由于人体电阻远比接地装置的接地电阻大，在发生单相碰壳时，大部分的接地电流被接地装置分流，流经人体的电流很小，从而对人身安全起保护作用。

    IT系统适用于环境条件不良，易发生单相接地故障场所，以及易燃、易爆场所如矿井，储气站等。

  2. TT系统

TT系统是指电源，中性点直接接地；用电设备的金属外壳也直接接地，但与电源中性点接地无关（两接地体分开）。（图二）

   但TT系统在确保安全用电方面还存在不足之处，主要表现：

     1）.当设备发生单相碰壳故障时，接地电流并不很大，往往不能使保护装置动作，这将导致线路长期带故障运行。

     2）.当TT系统中的用电设备只是由于绝缘不良引起漏电时，因漏电电流往往不大（仅为毫安级），不可能使线路的保护装置动作，这也导致漏电设备的外壳长期带电，增加了人身触电的危险。因此，TT系统必需加装剩余电流动作保护器也称漏电开关（RCD），方能成为较完善的保护系统。

TT系统通常适用于供电范围大的公用电网或农村公用低压电力网。

3.TN系统

    TN系统是指电网系统有一点直接接地，负载设备的外露导电部分通过保护线路连接到此接地点的系统，即采取接零措施的系统。在此系统中设备金属外壳与零线连接称为接零保护。（图三）

    TN系统又分TN--S系统、TN--C系统和TN--C--S系统。TN--S系统是有专用接地保护线（PE线），即接地保护线与工作零线（N线）完全分开的，但都取至变压器中性点的系统；TN--C系统是接地保护线与工作零线完全共用的系统；TN--C--S系统是指系统的前半部分接地保护线与工作零线共用（构成PEN线），后半部分接地保护线（PE）与工作零线（N）分开（不能再合并）的系统。

    TN系统主要适用于城镇公用低压电力网和厂矿企业等电力客户的专用低压电网，该系统属于接地保护中的接零保护。

  三、保护接地在三种低压配电系统中的应用误区和注意事项

  1.接地保护与接零保护的区别

    接地保护与接零保护统称为保护接地，是为了防止人身触电事故、保证电气设备正常运行所采取的一项重要技术措施。这两种保护的不同点主要表现在以下方面：一、保护原理不同。接地保护的基本原理是用漏电开关漏电设备对地的泄漏电流，使其不超过某一安全范围，一旦超过某一整定值保护器就能自动切断电源；接零保护的原理是借助接零线路，使设备在绝缘损坏后碰壳形成单相金属性短路故障，利用短路电流促使线路上的保护装置迅速动作。二、适用范围不同。接地保护方式适用于IT系统和TT系统；接零保护方式只适用于TN系统。三、线路结构不同。接地保护系统中电源只有相线和中性线即常见的三相三线制或三相四线制，系统中的中性线除电源中性点接地外（TT系统），不得和接地线相连；接零保护系统通常指三相五线制，但三相五线制并不是TN系统的唯一标识，其他系统中也可出现。

    保护接零和保护接地的使用范围：对于以下电气设备的金属部分均应采取保护接零和保护接地措施。（1）电机、变压器、电气、照明器具、携带式及移动式用电器具等底座和外壳；（2）电气设备的转动装置；（3）电压和电流互感器的二次绕组；（4）配电屏与控制屏的框架；(5)　室内、外配电装置的金属架、钢筋混泥土的主筋和金属围栏；（６）穿线的钢管、金属接线盒和电缆头、盒的外壳；（７）装有避雷线的电力线路的杆塔和装在配电线路电杆上的开关设备及电容器的外壳。

２.接地保护与接零保护不能混用

ＴＴ系统和ＴＮ系统是具有各自特性的系统，正确选择接地保护和接零保护方式，究竟应采取何种保护方式，首先必须取决于其所在的供电系统采取的是何种配电系统。如果客户所在的共用配电网络是ＴＴ系统，应该统一采取接地保护；如果客户所在的共用配电网络是ＴＮ－Ｃ系统，则应统一采取接零保护。ＴＴ系统和ＴＮ－Ｃ系统是具有各自特性系统，虽然两个系统都可以为客户提供２２０／３８０的单、三相混合电源，但他们之间不仅不能相互替代，同时在保护措施上的要求又是截然不同。这是因为，同一配电系统里，如果两种保护方式同时存在的话，采取接地保护的设备一旦发生相线碰壳故障，零线的对地电压将会升高到相电压的一半或更高，这时接零保护（因设备的金属外壳与零线直接连接）的所有设备上便会带上同样高的电位，使设备外壳等金属部分呈现较高的对地电压，从而危及使用人员的安全。因此，统一配电系统只能采用同一种保护方式，两种保护方式不得混用。在选择保护接地的方式时首先弄清电网的供电方式。如在采用ＴＮ－Ｓ方式供电系统，有些设备需要单独做接地体，在设备与接地体相连时请记住同时也要把配电系统中保护线（ＰＥ）和设备（或接地体）相连，否则就造成ＴＮ－Ｓ系统接零保护出现ＴＴ系统的接地保护，这是非常危险的。

３、保护线和零线均不能接反

在日常工作中有些人不重视保护线和零线，甚至将两线混用，这是很危险的，在日常工作中也是容易犯错的。下面就保护线（ＰＥ）和零线（Ｎ）在不同系统中接反所造成的危害逐一说明：

1）ＴＴ系统中插座Ａ接地端误接Ｎ线，插座为相地供电。此时若Ｎ线从Ｄ点断开，那么插座Ａ接地端通过设备Ｃ带电，接在插座Ｂ上的设备金属外壳对地也将出现危险电压。（图四）

2）ＴＮ－Ｓ系统中如果Ａ插座ＰＥ线和Ｎ线接反，Ｂ插座接线正确。此时若Ｎ线从Ｄ点断开，那么通过设备Ｃ可使Ａ插座上的电气设备外壳对地将出现电压；若ＰＥ线从Ｆ点断开，通过设备Ａ可使Ｂ插座上电气设备外壳对地将出现危险电压。（图五）

3）ＴＮ－Ｃ系统中ＰＥ线和Ｎ线合为一根线但接插座时分别引出ＰＥ线和Ｎ线。在一个回路中接两个插座，ＰＥ线和Ｎ线从第一插座并入第二只插座若将两线接反。这时候发生第一只插座ＰＥ线或

Ｎ线断线两插座上的电气设备外壳就可能出现危险电位。因此在ＴＮ－Ｓ系统中ＰＥ线和Ｎ线不应在插座内并头，应在上一级并头，一般在配电箱内并头：或在配电箱中引出ＰＥ线和Ｎ线作为主线，各插座在主线上并接。（图六）

　４、漏电保护器在不同系统中应用时的注意事项

　　安装剩余电流保护器（RCD）是防止低压电网剩余电流造成危害的有效的技术措施。在选择安装RCD时，不仅要充分考虑供电线路、供电方式、供电电压及系统的接地型式：还要严格区分中性线和保护线：中性线应接入RCD（中性线一旦经过RCD就不得再作为保护线使用，也不得重复接地或接设备外露可导电部分。RCD出线端的中性线，不得与其他回路共用）保护线不得接入RCD．对于ＴＴ系统，一般采用漏电总保护（中级保护）和末级保护的多级保护方式。对于TN-C系统。只有设备端安装末级RCD．

漏电保护器使用时注意以下事项：

　　（１）漏电保护器适用于电源中性点直接接地或经过电阻、电抗接地的电压配电系统。对于电源中性点不接地系统，则不宜采用漏电保护器。因为后者不能构成泄漏电气回路，即使发生了接地故障，产生了大于或等于漏电保护器的额定动作电流，该保护器也不能及时动作切断电源回路；或者依靠人体接触故障点去构成泄漏电气回路，促使漏电保护器动作，切断电源回路。但是，这对人体仍不安全。显而易见，必须具备接地装置的条件，电气设备发生漏电时，且漏电电流达到动作电流时，就能在0.1秒内立即跳闸，切断电源主回路。

　　(２)使用漏电保护器时工作零线Ｎ要通过零序电流互感器。否则，在接通后，就会有一个不平衡电流使漏电保护器产生误动作。

   （3） 保护线（PE）不准通过零序电流互感器。因为保护线(PE)通过零序互感器时，漏电电流经PE保护线有会穿过零序电流互感器，导致电流抵消，而互感器上检测不出漏电电流值。在出现故障时，造成漏电保护器不动作，起不到保护作用。

(4) 经过漏电保护器后的控制回路的工作中性线PE不能再重复接地。一方面，重复接地时，在正常工作情况下，工作电流的一部分由重复接地回到电源中性点，在电流互感器中出现不平衡电流。当不平衡电流达到一定值时，漏电保护器便产生误动作；另一方面，因故障漏电时，保护线上的漏电电流也可能穿过电流互感器的中性线回到电源中性点，抵消了互感器的漏电电流，而使保护器拒绝动作 。

（5）漏电保护器后面的工作零线N与保护线（PE）不能再和为一体。如果二者合为一体时，当出现漏电故障或人体触电时，漏电电流经电流互感器又形成回流，结果又类同于情况（3），造成漏电保护器拒动作。

（6）被保护的用电设备与漏电保护器之间的各线互相不能碰接。如果出现线间相碰或零线相交接，会立刻破坏零序平衡电流值，而引起漏电保护器误动作；另外，被保护的用电设备只能并联安装在漏电保护器之后，接线保证正确，也不许将用电设备接在实验按钮的接线处。

5保护接地中重复接地

重复接地是确保保护接地安全运行的重要措施，其重要意义主要为：

1）当系统发生相线碰壳或接地故障时，可降低PEN线或PE线对地电压。

2）当ＰＥＮ线断开，又发生相线碰壳或接地故障时，使ＰＥＮ线对地电压不致升的太高。如无重复接地此时电气设备的外壳对低电压接近于相电压。

3）在三相照明供电线路中，重复接地可大大降低由于Ｎ线引起的三相电压不平衡。

    重复接地在IT、TT、和TN系统中根据需要都可设置。IT系统中PE线可重复接地；TT系统中N线和PE线均可分别重复接地，但两接地体相隔至少3米以上；TN-C系统中一般对主干线的首、末端，所有分支T接线杆、分支末端杆等处均应装设重复接地线，同时三相四线制用户也应在接户线的入户处，接了保护线在分为中性线和保护线之前，进行重复接地。TN-S系统中PE线也可重复接地。

   6.对接地电阻要求

    接地电阻是指电流经过接地体进入大地并向周围扩散时所遇到的电阻。大地具有一定的电阻率，如果有电流流过时，则大地各处就具有不同的电位。电流经接地体注入大地后，它以电流场的形式向四周扩散，离接地点愈远，半球型的散流面积愈大，地中的电流密度就越小，因此可认为在较远处（15—20m以外），单位扩散距离的电阻及地中电流密度已接近零，该处电位为零电位。

    接地电阻是否合格是低压配电系统中保护接地安全可靠的前提，对于低压配电网保护接地电阻一般不超过4Ω，配电容量在100KVA以下，保护接地电阻不超过10Ω；当工作接地电阻不超过4Ω时，每处重复接地电阻不得超过10Ω；当工作接地电阻不超过10Ω时，每处重复接地电阻不得超过30Ω，但重复接地不得少于3处。

  四。结束语

    接地保护和接零保护以及保护线和工作零线的混用在我们的工作中经常出现，虽然有时设备可以正常使用因此未引起注意，但安全隐患依然存在，它会给我们的工作甚至人身带来危害。我们只有分清低压配电系统的三种供电方式，并选择相应的保护方式，正确使用保护线和工作零线，这样才能确保配电系统安全稳定可靠运行。

参考文献：

    1、《工业与民用配电设计手册》中国航空工业规划设计研究院 等 编 中国电力出版社

    2、《供配电技术》孙成普著北京大学出版社; 第1版 (2006年9月1日)