徐 建

南京南化建设有限公司 江苏南京 210044

低压配电系统中的保护接地和保护接零

徐 建

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因为大多数触电伤亡事故发生在低压配电网络中,所以做好低压设备的保护接地尤为重要。本文着重分析低压配电网络中的保护接地和保护接零系统。

保护接地 保护接零

低压配电系统，按保护接地的型式，可分为TT、TN、IT系统。这三个字符串中第一个字母反映的是电源侧的接地状态，T表示直接接地，I表示中性点不接地或经阻抗接地；第二个字母表示负荷侧的接地状态，T表示负荷设备的金属外壳接地（与电源侧接地相互独立），N表示负荷侧接中性线而不直接接地[1]。

TT和TN系统是中性点直接接地系统，且都引出有中性线（N线），因此都称为三相四线制系统。IT系统是中性点不接地或经阻抗（约1000Ω）接地系统，且通常不引出中性线，因此它一般也称为三相三线制系统，在工厂低压配电系统中我们大多数接触到的是三相四线制系统也就是TN和TT两种保护接地型式，下面着重介绍这两种接地型式：

1 TT系统

1.1 TT系统的原理

我国绝大部分地面企业的低压配电网都采用星形接法的低压中性点直接接地的三相四线配电网，如图1所示。这不仅是因为这种配电网能提供一组线电压和一组相电压，便于动力和照明由同一台变压器供电，而且还在于这种配电网具有较好的过电压防护性能，且一相故障接地时单相电击的危险性较小，故障接地点比较容易检测等优点。低压中性点的接地常叫做工作接地，中性点引出的导线叫做中性线。由于中性线是通过工作接地与零电位大地连在一起的，因而中性线也叫做零线。这种配电网的额定供电电压为0.23kV/0.4kV（相电压为0.23kV，线电压为0.4kV），额定用电电压为220V/380V（相电压为220V，线电压为380V）。220V 用于照明设备和单相设备，380V用于动力设备。接地的配电网中发生单相电击时，人体承受的电压接近相电压。也就是说，在接地的配电网中，如果电气设备没有采取任何防止间接接触电击的措施，则漏电时触及该设备的人所承受的接触电压可能接近相电压，其危险性大于不接地的配电网中单相电击的危险性。

图1所示为设备外壳采取接地措施的情况。这种做法类似不接地配电网中的保护接地，但由于电源中性点是直接接地的，而与IT系统有本质区别。这种配电防护系统称为TT系统。这时，如有一相漏电，则故障电流主要经接地电阻和工作接地电阻构成回路。漏电设备对地电压和零线对地电压分别为：

式中：

U——配电网相电压，

RP——人体电阻。

一般情况下,RN＜＜RP,RE＜＜RP,上面(式 1)和(式 2)两个公式可简化成：

1.2 保护接地存在的问题

采用TT保护接地虽然降低了漏电设备上的电压，但零线上却产生了对地电压，而且由于RE和RN同在一个数量级，二者都可能远远超过安全电压，人触及漏电设备或触及零线都可能受到致命的电击。另一方面，由于故障电流主要经过RE和RN构成回路，如不计及带电体与外壳之间的过渡电阻，其大小为，由于和都是欧姆级的电阻，因此，不可能太大。在低压配电系统而言，由于断流设备的容量总是按照负荷容量要求配置的，其额定电流较大，这时发生单相故障时，很可能因为故障电流小而过电流保护装置不起作用，不能及时切断电源，使故障长时间延续下去。例如，当RE=RN=4Ω时，故障电流只有27.5A，能与之相适应的过电流保护装置是十分有限的。正因为如此，一般情况下不能采用TT系统。除非采用其他防止间接接触电击的措施确有困难，且土壤电阻率较高的情况下,才可考虑采用TT接地系统,而且这种情况下还必须同时采取快速切除接地故障的漏电保护装置或过电流保护装置,并优先采用前者。

2 TN系统

TN系统即保护接零系统。由于保护接零和保护接地都是防止间接接触电击的安全措施，做法上又存在一些相似之处，因此，有些人没有严格区分这两种措施，不能鉴别某些不妥当的说法和做法。“保护接零”一词在我国已经得到普及。这一名词有利于明确区分不接地配电网中的保护接地，还有利于区分中性线和零线，有利于区分工作零线和保护零线，有其独特的科学性[1]。

2.1 TN系统的安全原理及类别

TN系统中的N字母，表示电气设备在正常情况下不带电的金属部分与配电网中性点之间金属性的连接，亦即与配电网保护零线（保护导体）的紧密连接。这种做法就是保护接零。或者说TN系统就是配电网低压中性点直接接地，电气设备接零的保护接零系统。在三相四线配电网中，应当区别工作零线和保护零线。前者即中性线，用N表示；后者即保护导体，用PE表示。如果一根线既是工作零线又是保护零线，则用PEN表示。系统分为 TN-S、TN-C-S、TN-C三种方式，TN-S系统的保护零线是与工作零线完全分开的；TN-C-S系统干线部分的前一部分保护零线是与工作零线共用的；TN-C系统的干线部分保护零线是与工作零线完全共用的。保护接零的原理如图2所示。当某相带电部分碰连设备外壳（即外露导电部分）时，通过设备外壳形成该相对零线的单相短路，短路电流能促使线路上的短路保护元件迅速动作，从而把故障部分设备断开电源，消除电击危险。因此有人把保护接零又称之为过电流分断保护法。当设备发生碰壳危险时，为了能使保护装置迅速可靠的动作，要求单相短路电流Id满足以下条件：

式5中：U——系统相电压（V）

Zn——“相线-零线”回路阻抗,包括变压器阻抗在内(Ω)

Ie——熔断器的额定电流或自动空气开关过流线圈的整定电流（A）

K——可靠系数，采用熔断器时采取4，采用自动空气开关时采取1.5。

为了防止零线断线,确保安全,敷设时不仅要保证导线不受损伤,接头接触良好,而且要保证零线有足够的截面,此外在没有装设漏电保护开关时,不能在零线上装设熔断器和自动空气开关。

2.2 接零保护存在的问题

2.2.1 零线断线的后果及保护措施

当采用保护接零时,一旦出线零线断线,在不与中性点连接的区段内,如发生电气设备碰壳,则该段与中性点失去连接的设备,其外壳将由零电位升高成相电压,严重危害人身安全,所以为了防止唯一的中性点接地装置断开,要求将零线的一处和多处接地,即零线的重复接地,当发生相线碰壳时,在有重复接地的情况下,接在零线断线处后面的设备外壳对地电压降低了,这在一定程度降低了触电伤害的危害性,但断线处前面设备外壳仍有1/2U,这一电压同样对人是不安全的[2]。

2.2.2 保护零线发生一相碰地的不安全性

当低压电网中出现一相碰地故障时,对于保护接零系统而言,这一故障很可能会长时间存在,此时接地电流通过相线碰地处的接地的电阻和变压器接地电阻构成回路,由于这两处接地电阻全是欧姆级的,故短路电流应该在100A以内,不会太大,使得熔断器和自动空气开关无法断开。

2.2.3接零和接地的危害

在同一电源供电的回路中,电源设备不能采用保护接地和保护接零混用的方式,否则在接地保护设备上发生碰壳短路时,将会使全部接零设备上的外壳产生危险的对地电压，除了上述的几种情况外,接零保护还有一个弊病,就是当某个分支线路检修时出现零线和火线错接,且又无重复接地措施,则无法避免该支路中设备外壳带电,这在实际工作中十分危险的,保护接零虽是我国长期以来用于低压电网的一项保护措施,但应看到在很多情况下保护接零可能导致设备外壳出现危及人身安全的对地电压,因而它并不是一个十分完善的保护方式。

总之无论是采取保护接地还是保护接零,都是出于触电防护的考虑,设计者在力所能及的情况下,应该使设备漏电时施加于触电者的接触电压尽量小,故障持续时间尽量短。

1 程志刚主编，新编电气工程师手册；安徽文化音像出版社，2004

2 李景禄 胡毅 刘春生编著，实用电力接地技术；北京：中国电力出版社，2001

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1672-9323（2014）02-0092-03

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