通信设备保护性接地问题分析

陈浪

摘要：对用电负载进行接地处理，最重要的就是要对人身安全进行有效保护，其次是设备的安全运行。该文主要从保护性接地方面进行论述，对以TN系统为代表的保护接零与以TT系统为代表的保护接地各自特点进行简要分析。

关键词：TN接地系统；TT接地系统；保护接地与保护接零

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）01-0255-02

1 接地分类

大部分用电负载都会涉及接地问题，一般情况下，对负载进行接地处理，均是从保护性和功能性两方面考虑，其中功能性负载接地又可分为工作地和信号地，而保护性负载接地可分为：

2 保护性接地综述

对于一台交流供电的负载，假设其外部人可以触及到的部位是可导电的。这台交流负载在正常工作情况下是安全的，如下图2所示：

由图1可以看到，整个交流用电经相线到达设备再由中性线返回电源，设备外露可导电部分与之绝缘，不会发生电击事件，但是如果由于某种不可测原因，其外露可导电部分与相线产生电气上的接触，即发生“碰壳”事故，“碰壳”区域将带220V或380V对地危险电压，此时如果人与设备有接触，将会发生“电击事故”。其原理如图3所示：

那么如何避免此类事故的发生呢，这时候就需要对设备进行“保护性接地”了，鉴于此，IEC国际电工委员会特别将“保护性接地”系统分为：TN、TT、IT三大类。这三种接地系统的文字符号含义是：

（1） IEC国际电工委员会所规定的第一个字母即说明交流电源的带电导体与大地的关系，也就是如何处理电源的功能性工作接地：

T：交流电源的一点（通常是中性在线的一点）与大地直接连接。

I：交流电源与大地隔离。

（2） 第二个字母说明电气装置外露可导电部分与大地的关系，也即如何处理保护性接地：

T：外露导电部分直接接大地，它与电源的接地无联系。

N：外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地。

在这里请注意“双波浪线”所标注的内容，这句话“一针见血”地指出了“TT”系统的要点：外露导电部分直接接地，且该地与电源的地无直接联系。

3 TN接地系统

对于TN系统，其最根本的保护机理是“保护接零”，正如TN系统的两个字母所要表达的：外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地，其等效图如图4所示：

以三相负载为例，三根火线自电源引至设备，另外一根“X”线也引至设备，外露导电部分通过这根“X”线与接地的电源中性点连接而实现了设备自身的保护接地，一旦发生“碰壳事故”，就是火线与设备外壳可导电部分处在“非绝缘”的状态下，故障电流会沿着火线L、设备外壳可导电部分和X线回流至电源，从而形成短路回路，而由于其阻抗较小，因此故障电流较大，使得电源内预先设置的“保护装置”会迅速动作，切断电源，以达到保护人免受电击的作用，这就是TN系统“保护接零”的基本原理。

如果将“X”线一分为二，形成彼此绝缘独立的中性线N和PE地线，那么该TN系统就是TN-S系统；如果“X”线自电源开始始终为一根保护中性线PEN，那么就是另外一个TN系统TN-C接地系统。对于TN-C系统，虽然PEN线既起到了中性线的作用又有保护地线的作用，节省了一根导线，比较经济。但是该接地系统会使设备外壳会产生危险电压。

一般情况下，三相负载很难达到三相平衡，因此，PEN线很有可能会有不平衡电流流过，其量是不可预测和不可控的。当三相不平衡电流超过相线电流的将近1/4时，PEN线就会因不平衡电流而产生电压，该电压是随着PEN线阻抗与不平衡电流的增大而增大的，最关键的是，PEN线是与设备的外壳电气连接的，所以随着PEN线对地电压的增加，设备外壳对地电压也随之增加，当其超过安全电压时，人体如果与这些电气设备的金属外壳接触时，便会对人体构成危害。

在这里还需要特别指出，如果将图3中的“X”线只当做一根PE地线而电源线当中没有中性线N的话，这将产生一系列严重的后果：对于三相负载来说，很难达到三相平衡，而中性线的主要作用就是在三相不平衡时通过不平衡电流，如果这根中性线缺失的话， 三相负载不平衡时，中性线的电位就不等于0，也就是说中性点发生偏移。具体中性线电位多少与三相负载不平衡度有关，越不平衡，中性点偏移就越大，中性线的电位就越高。中性线电位偏移后三相的相电压一般就不是220V了。有的相可能超过220V，有的相则可能低于220V。 当中性点偏移量太大，三相的相电压增加的相就可能使其用电电器烧毁，三相的相电压减少的相就可能使其用电电器不能工作。所以，对于三相负载来说，中性线对于设备的正常安全运行至关重要，不能缺失。

4 TT接“地”系统

与TN系统截然相反，TT系统最根本的保护机理为“保护接地”—根据两个字母的含义可知，电源进行“系统接地”，而设备外壳可导电部分同时进行“保护接地”，且两者没有任何电气上的连接。以三相负载为例，其等效图如图5所示。

在TT系统中，设备单独引一根PE地线至独立的接地端子，完成“保护接地”，这是与TN系统最大的不同。在设备发生碰壳事故时，若有人接触外壳可导电部分，则故障电流经火线至可导电部分后，一部分由PE地线经“大地”返回电源；另一部分由人体经“大地”返回電源。由于这根PE地线阻抗与接地电阻较小（一般<5Ω），而人体的阻抗相对来说较大（一般>1000Ω），因此这个“小电阻”可以对“大电阻”产生分流，使流经人体的危险电流减小，从而达到保护人体免受电击的作用—即“保护接地”。

但是在某些情况下，这种保护机制存在很大的缺陷，即流经人体的故障电流对人身还是会产生电击伤害的。因此，TT系统也仿效TN系统那样对保护机理进行改进—采用高灵敏度保护装置RCD实现类似于“保护接零”的方法，笔者曾经就关于RCD的相关问题咨询了电力专业的前辈，得知虽然RCD设备对于故障电流有极高的灵敏度，但是由于成本较高 ，且运用在TN系统有种种限制，所以一般不将RCD等高灵敏度熔断器用作保护装置，也就是说，如果通信专业对设备不采用TN-S系统反而采用一种“类似”于TT的系统，那么当碰壳事故发生时，电力专业所设置的保护装置极有可能不动作，从而使碰壳事故一直存在，这是一个不容忽视的问题。

5 结束语

TN接地系统与TT接地系统虽然都是维护人身安全的两种接地措施，但是其本身保护机理有着明显的区别，对于TN接地系统，其保护原理属于保护接零，就是通过借接PE线使设备漏电形成短路，使线路上的保护装置迅速动作切断电源，从而达到保护人身安全的目的；而对于TT接地系统来说，其本身属于保护接地，通过接PE线这个小电阻，来分流人体的大电阻，从而达到保护作用，显而易见，TN系统在保护效果上是明显优于TT系统的。

参考文献：

[1] 徐军.浅析TN系统与民用电漏电保护系统[J].工程与技术，2008.

[2] 杨峰.浅淡通信机房的接地设计[J].通信电源技术，2016.endprint