PEN接地问题分析

王 生 伟

(山西省机电设计研究院，山西 太原　030009)



PEN接地问题分析

王 生 伟

(山西省机电设计研究院，山西 太原030009)

简述了低压系统中PEN在电源处要求一点接地的原因，量化分析了PEN做重复接地所产生的杂散电流，结合IEC标准对《工业与民用配电设计手册》中，“在TN-C或TN-C-S系统建筑物内PEN只能在一点做重复接地”的描述进行了解释，为我国PEN接地问题研究提供参考。

PEN，一点接地，重复接地，杂散电流

在实际工程中，不同的电气从业人员对同一工程的低压系统接地形式常给出不一样的定义，甚至有部分人认为根本不存在TN-S系统，导致这结果的主要原因就是对系统起点的认知不同，IEC标准认为系统起点为变压器低压侧配电柜出线处，而不是变压器中性点或发电机星形点，望大家能达成共识。

图1为多电源TN系统PEN在电源处两点接地，当用电装置正常运行时，电流回路理想路径为图1中点划线环路，而实际情况是在图中虚线部分产生了不期望的电流，即杂散电流。I4为用电装置正常运行时PE所带电流，不难看出该电流值还很大，过大的PE电流不仅干扰信息技术系统的正常工作，且可能引发电击事故，IEC也对正常情况下PE电流限值做了规定，本文不再表述。I5为系统正常运行时在配电柜金属外壳、人工/自然接地体、金属管道等部件中通过的电流，该部分电流不仅干扰信息技术系统的正常工作，加快埋地管道、基础钢筋的腐蚀，而且在接触不良处可能产生火花，引发火灾或爆炸。为了避免以上所述杂散电流产生的不利影响，比较合理的解决方法就是a，b接地点取消一处，使杂散电流不能构成回路，这就是一点接地的意义所在。

为了尽快与国际接轨，GB/T 50065—2011交流电气装置的接地设计规范接地形式章节完全引用了IEC 60364—1—312.2—2005，这是好多发展中国家的通用做法，无可厚非，GB/T 50065—2011第7.1.1条规定：多电源TN系统应避免杂散电流，PEN应“只”一点直接接地，单电源TN系统PEN应“有”一点直接接地，笔者对此规定有些不同看法，IEC 60364—1—2005 Figure31D,Figure31E是以解决电磁兼容性为头等任务的多电源TN系统接地方案，仅是TN-C-S特例，并不是通用做法，图1中的电源接地点不是在变电所而是在受电点进线柜，此供电方案要求PEN在整个系统不能再有任何重复接地，这种做法的优点是可以减少共模电压干扰，减少杂散电流。为什么IEC针对Figure31D的接地问题时特别说明了“仅(seule法文)”一点与PE连接，笔者认为IEC并不是对单电源TN系统PEN就不要求一点与PE连接，而是因为多电源要做到PEN一点与PE连接在施工中可能遇到很多困难，比如采用TN-C-S系统两回路为某建筑(该建筑以解决电磁兼容性为头等任务)供电，要做到一点接地必须两回路在同一处进线，可是现实中很多工程往往做不到这一点，不仅是国内，发达国家也如此，所以IEC单独强调了一下“仅一点”，我们也可以利用图1做个分析，把图1中1号电源取消后变成单电源的TN系统，多电源TN系统PEN电源处两点接地时出现的问题在单电源的TN系统中照样存在，两点接地还存在接地故障电流检测装置的安装等问题。所以说，TN系统PEN在电源处应该采用一点接地，不管单电源还是多电源。

图2为PEN在受电点重复接地，结合该图量化分析重复接地所产生的杂散电流，假设给1号、2号建筑物供电的电缆均采用1 kV交联聚乙烯绝缘铜芯电缆排管埋地敷设，供电距离按同为50 m或300 m两种情况考虑，变电所接地电阻RB=4 Ω，重复接地电阻RA=1 Ω(忽略变压器、母线阻抗)。

为了直观的说明问题，表1给出不同截面供电电缆、不同供电距离下重复接地产生的杂散电流I3,I4,I5(I1电流为对应截面电缆穿管埋地敷设时载流量的25%)。

由表1可以清晰看出，当采用同截面电缆供电时，随着供电距离的增加，PEN重复接地后产生的杂散电流越来越大，当供电距离确定时，随着供电电缆截面的增大，PEN重复接地后产生的杂散电流越来越小。

表1　不同截面供电电缆及供电距离下重复接地产生的杂散电流

大家都知道杂散电流是造成钢质管道腐蚀的原因之一，GB/T 21447—2008钢质管道外腐蚀控制规范给出了石油沥青防腐层埋地钢质管道交流电干扰判断指标(指标有些单一，国外标准一般采用交流电干扰电压、试片电压、电流密度等指标综合分析腐蚀程度)，在酸性土壤中干扰电压不小于6 V时就属于中强干扰程度，中性土壤中干扰电压大于15 V时就属于强干扰程度，由表1可以看出当图2中供电电缆截面小于25 mm2,供电距离接近300 m时，交流干扰电压理论上已经对1号、2号建筑之间的埋地钢质管道产生了不利影响，况且产生交流干扰电压的因素不只有正常情况下的杂散电流，还包括雷电感应，接地故障电流等。因此，在采用TN-C-S系统供电时，PEN截面小于25 mm2时应引起设计人员重视。IEC 60364—4—44—2007电磁干扰和电磁防护章节及JGJ 16—2008民用建筑电气设计规范第22.4节都提到了当建筑内有大量信息系统时需做电磁兼容性设计，同时也给出了降低杂散电磁场的一些技术措施，要尽可能避免PEN的多点接地。工程上哪些地方为大量信息系统场所，很难界定，因此，哪类建筑不允许PEN重复接地也就显得非常模糊，往往是在使用过程中发现杂散电磁场干扰问题后再做供电系统的改造。

《工业与民用配电设计手册》第三版，第922页，重复接地部分提到了PEN只能在建筑内一点重复接地。如果做了多点重复接地会产生什么后果，一点重复接地是否有意义。

图3为某建筑采用TN-C-S系统供电两回路进线，1号进线PEN分别做了a，b两处重复接地，2号进线PEN在c点做了一处重复接地，电源端d点一处接地，图中I2,I3,I5,I6为杂散电流。《工业与民用配电设计手册》要求PEN一点重复接地的主要目的是解决杂散电流问题。下面我们从图3入手，看看如何改造才能解决正常情况下的杂散电流问题。第一种方案：取消a点接地(形成多回路“各”一点重复接地)；I3电流没了，I2,I5,I6还存在。第二种方案：取消a点接地，同时把c点移至b点(形成多回路一点重复接地)；I3,I5电流没了，I2,I6还存在。第三种方案：取消a，d点接地，同时把c点移至b点(形成多回路一点接地，即b点不再是重复接地点)；I2,I3,I5,I6全没了。

实际工程中，多回路供电“各”一点重复接地较易实现，即多回路进线，各回路PEN就近与等电位箱联结同时实现重复接地的目的，这也是目前国内许多工程通常采用的做法，弊端就是建筑物内部有杂散电磁场存在，对于信息化程度要求不高且火灾及爆炸危险系数较低的场所，此供电方案实践证明还是可行的。而多回路电源进线PEN要做到一点重复接地就很困难，要实现PEN一点重复接地就得多回路在同一处入户，即使花很大人力物力实现了多回路一点重复接地，建筑物内的杂散电流照样存在，即PEN一点重复接地与多点重复接地存在同样的问题，对控制杂散电流意义不大。而对需严格控制杂散电流的建筑物供电时，采用单或多回路PEN一点接地是比较好的方案，即使投入大些也是值得的。

不管单电源还是多电源TN系统，PEN在电源端都应仅一点接地；不存在PEN一点接地与重复接地是否矛盾的说法，只是有些场所提倡PEN做重复接地，有些场所禁止PEN做重复接地；《工业与民用配电设计手册》要求PEN一点重复接地，耗材费力且意义不大。

[1]GB/T 50016—2011，交流电气装置的接地设计规范[S].

[2]GB/T 16895.10—2010(IEC 60364—4—44:2007)，低压电气装置 第4—44部分：安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护[S].

[3]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，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

王生伟(1982- )，男，工程师

TU856

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