低压系统的接地型式

翁惟武

（福建省沿海建筑设计院，福州 350005）

1 TN 系统

TN 系统可以分为 TN-C、TN-S、TN-C-S 3 种。

1.1 TN-C 系统

TN-C 系统：电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到此接地点，整个系统中性导体和保护导体是合一的。

TN-C 系统的中性导体N 和保护导体PE 是合一的，虽然可以节省1 根导体，但其安全水平比较低：（1）如果PEN 线在“A”处断裂且用电设备有单相负荷，断裂点后的N 线通过单相负荷而与相线同电位，加之N 线、PE 线、PEN 线是相连的，用电设备的外壳将出现220V 的相电压，电击危险很大；（2）不允许切断PEN 导体，检修设备不安全；（3）线路不能装设RCD来防电击和接地电弧火灾；（4）会有电流通过PEN 导体，对电子信息系统易产生干扰。由于上述原因，TN-C 系统仅一些旧厂房还在使用，新建项目或改造项目不宜采用。

1.2 TN-S 系统

TN-S 系统：电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到此接地点，整个系统中性导体和保护导体是分开的。TN-S 系统构造见图1。

图1 TN-S 系统构造图

与TN-C 系统相比，TN-S 系统多了1 根导体。因整个系统中性导体和保护导体是分开的，不论是断N 线还是断PE 线，电气设备外壳都不会带电。因此，TN-S 系统安全性更高。

1.2.1 接地故障电流

接地故障电流按式（1）计算：

式中，Zs为故障回路的阻抗，Ω；ZAD、ZBC、ZAB为相应两点间导体的阻抗，Ω；Zd为配电系统的接地阻抗，Ω；Z0为电源系统的接地阻抗，Ω。

Z0、Zd阻抗的大小：低压系统接地电阻≤4Ω，当电子设备接地、防雷接地系统、低压系统接地共用接地体时，接地电阻≤1Ω【1】。根据工程实际经验表明，利用结构基础钢筋作为接地体时，接地电阻做到0.3Ω 就非常困难了，要继续降低接地电阻，造价会急速上翻。

ZAD、ZBC、ZAB阻抗的大小：导体阻抗大小为单位长度阻抗与导体长度的乘积，低压配电系统的供电半径要求≤250m，因此导体阻抗值非常小（见表1）。

表1 1kV 交联聚乙烯绝缘电力电缆单位长度阻抗表（铜）

根据式（1）可知，在TN-S 系统中，接地故障电流Id的大小主要跟导体的阻抗有关。在民用建筑与工业建筑中，受到供电半径的限制，导体的阻抗一般都是毫欧级的，接地故障电流Id少则数百安培，多则数千安培。

由于接地故障电流Id较大，在选择配电线路的间接接触防护电器时，容易满足Id≥I（aIa为保证间接接触保护电器在规定时间内切断故障回路的动作电流），配电线路一般采用过电流保护电器兼作间接接触防护电器。

1.2.2 应用场所

TN-S 系统安全可靠，施工简便，且PE 导体正常不通过工作电流，其电位接近地电位，不会对电子信息系统造成干扰，能大大降低电击或火灾危险，因此，在民用建筑、工业建筑、有爆炸及火灾危险的场所中得到了广泛应用。特别是附设有配电变压器的建筑，必须采用TN-S 系统。但因为TN-S 系统采用的是五线制，造价高，对于未附设配电变压器且防电磁干扰要求不高的民用建筑、工业建筑，其经常被TN-C-S 系统所替代。

1.3 TN-C-S 系统

TN-C-S 系统：电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分通过保护中性导体或保护导体连接到此接地点，系统中一部分线路的中性导体和保护导体是合一的。

TN-C-S 系统在变电所与建筑物之间采用PEN 导体，进建筑物后PEN 导体重复接地，之后中性导体N 和保护导体PE 分开，其安全水平与TN-S 系统相仿。但由于采用了PEN 导体，虽然节约了1 根导体，还是存在一些不足，需要引起注意。

1）在有单相负荷且PEN 线断裂的情况下，用电设备外壳电压将上升，存在电击致死的危险，因此要防止PEN 线的断裂。工程上经常采用多芯电缆，提高PEN 线的机械强度，来防止PEN 线的断裂。但对于施工现场、临时用电场所等PEN 线容易遭到损伤进而断裂的场所，不允许采用TN-C-S 系统。

2）由于三相电流不平衡及谐波电流的存在，N 线中往往会存在电流I1，少则数安培，多则数十安培。这部分电流在PEN 线重复接地处形成分流，一部分顺着PEN 线回流，一部分通过大地回流到变压器的中性点。通过大地回流的杂散电流会对埋地管线、建筑物钢筋产生腐蚀，对用电设备产生干扰等。对于三相负荷平衡的供电系统，I1很小，杂散电流很小，危害有限，可以使用TN-C-S 系统；对于三相负荷不平衡的供电系统，I1较大，杂散电流较大，宜采用TN-S 系统。

2 TT 系统

TT 系统：电源端有一点直接接地，电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。

采取TT 接地制式的配电系统，可以采用共同的保护接地装置，PE 线随配电线路配出，也可独立设置保护接地装置。采取共同保护接地装置总价便宜，但存在故障电压蔓延的问题；而采取各自独立的保护接地装置则可以防止故障电压蔓延。为了防止故障电压的蔓延，各自独立的建筑物或构筑物独立设置保护接地装置。同一建筑内，由于难以实现独立设置保护接地装置，则采用共同的保护接地装置【2】。

2.1 故障电压

TT 系统中，当发生接地故障时，设备外壳将产生故障电压（与接地电阻相比，导体的电阻很小，忽略不计），可按式（2）计算：

式中，R0为电源系统的接地电阻，Ω；Rd为配电系统的接地电阻，Ω。

干燥的环境下，交流50V 及以下的电压为安全电压。在TT 系统中，理论上可以通过降低Rd，使Ut满足安全要求。但由于综合接地系统中R0≤1Ω，Rd要满足接地电阻的要求，需要花费很大的工程造价。因此，为了确保TT 系统的安全性，采取降低配电系统接地电阻的方法在工程上是行不通的。

2.2 接地故障电流

忽略导体的电阻，TT 系统的接地故障电流按式（3）计算：

由于接地故障电流较小，在选择配电线路的间接接触防护电器时，难以满足Ia≤Id。因此，TT 系统中配电线路一般不能采用过电流保护电器兼作间接接触防护电器，只能采用漏电保护开关。采用漏电保护开关存在2 种不安全因素值得注意：（1）漏电保护开关误动作或拒动作；（2）三相漏电保护开关存在动作死区。

2.3 应用场所

供电距离较短且用电设备集中的场所，根据表1 及式（1）可知，TN 系统接地故障电流大，过电流保护电器兼作间接接触防护电器能及时动作；而TT 系统由于接地故障电流较小，采用过电流保护电器不能及时动作，只能采用漏电保护开关。采用漏电保护开关又存在误动作、拒动作及动作死区的问题，安全性没有TN 系统高，因此广泛采用TN 系统。

供电距离较长且用电设备分散的场所，根据表1 及式（1）可知，TN 系统接地故障电流较小，只能与TT 系统一样采用漏电保护开关。且与TT 系统相比，TN 系统存在故障蔓延的问题，很难实现系统的等电位连接。因此，我国大多数城市的低压共用电网、户外照明、户外演出场地、户外集贸市场等场所采用 TT 接地系统【3】。

3 IT 系统

IT 系统：电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分直接接地。

IT 系统中，当发生第一次接地故障时，接地故障电流小，故障电压低，不致引发电击、火灾、爆炸等危险，不需要切断电源使供电中断，供电连续性和安全性高。但当一相接地时，另外两相对地电压将升高为380V，这种过高的对地电压对单相用电设备的绝缘十分不利，因单相设备的绝缘水平和爬弧距离是按250V 考虑的，其后果是容易引发第二次故障。若发生了第二次接地故障，且是不同相的双重接地短路时，故障点遭受线电压，故障电流很大，危害很大。为了尽快发现第一次故障，系统中需要装设能发出声或光信号的绝缘监视装置。IT 系统发生第一次接地故障不断电，但要及时消除故障，因此需要较高的管理水平。

IT 系统变压器二次侧中性点不接地或有一点通过高阻抗接地，容易导致变压器一、二次侧之间的绝缘发生损坏事故，导致一次侧的高压窜入二次侧的低压线路。这种情况容易造成人身触电事故，甚至引起火灾。

尽管IT 系统有供电连续性和安全性高的优点，但由于其故障维护管理较为复杂，再加上变压器绝缘易损坏等问题，其应用受到限制。在我国，IT 系统主要适用于不间断供电要求较高和对接地故障电压有严格限制的场所，如医院手术室、矿井下、钢铁厂以及有防火防爆要求的场所。

4 结语

综上所述，每种接地型式都各有优缺点，应根据工程的不同情况，选用适当的接地系统。通过本文的深入分析，可为工程中接地系统的选用提供参考信息。