TN-S 接地系统

2019-06-16马家峰

设备管理与维修 2019年14期

马家峰

（鞍山华泰环能工程技术有限公司，辽宁鞍山 114000）

0 引言

近年，焦化、耐火以及煤气工程的建设规模逐年增大，用电负荷的容量和电压等级不断提高。因而，电气设备的规格、容量越来越大，供电系统的短路容量也越来越大。当发生短路事故或绝缘破坏时，对于人身伤害和设备损坏就会更加严重。所以，供配电系统设计的可靠性和安全性的提高，就显得非常重要。

在以往的电气设计中，国内工程低压配电系统的接地型式一般都采用TN 系统。TN 系统按中性线N 和保护线PE 的不同组合方式又分为3 种类型，即TN-C，TN-S，TN-C-S。在这3 种类型中，大多数工程采用TN-C 系统或部分采用TN-C-S 系统，很少采用TN-S 系统。但从接地系统的可靠性和安全性来看，TN-S 系统优越于另外两种类型。下面简单比较3 种类型的特点，说明采用TN-S 系统接地的合理性、必要性，在以后工程设计中采用TN-S 系统接地。

1 TN 系统类型

1.1 TN-C 系统

在TN 系统内N 线和PE 线是合二为一的，即为一条PEN线。PEN 线兼起中性线和保护线的作用。因而TN-C 系统具有简单、经济的优点。

但是，由于用电负荷总会有单相的或两相的，三相负荷不可能平衡，负荷中还会有整流装置、变频装置等。因此三相不平衡电流、三次谐波电流均要通过PEN 线，在PEN 线上会出现电压降，此PEN 线与电气装置外露可导电部分直接相连，使电气装置外露可导电部分与大地零电位之间产生电位差。此电位差就会危及人身和设备安全，还会对电子信息设备产生电磁干扰。另外，当PEN 线触及接地良好的导电体时还易产生电弧，此电弧可能引起火灾和爆炸的危险。

因此，TN-C 系统适用于三相负荷比较平衡，电路中三次谐波电流不大的一般性工业厂房和场所。显然，TN-C 系统不能用于爆炸危险的环境和场所。

1.2 TN-S 系统

在TN 系统内N 线和PE 线是分开的，即比TN-C 系统多一条专用的PE 保护线。在正常情况下，负荷电流、三相不平衡电流、三次谐波电流均通过中性线N，而保护线PE 无电流通过，故与PE 线相连接的电气装置外露可导电部分对大地不带电位，也不可能对电子信息设备产生电磁干扰。仅当发生接地故障时，PE 线才会有电位。此时，接地故障电流会使线路保护装置动作，切断故障线路，以保证安全。

因此，TN-S 系统可以安全地用于工业和民用建筑中。如单相负荷较多、抗电磁干扰要求较好、有爆炸和火灾危险的环境等对安全要求较高的场所。

1.3 TN-C-S 系统

在TN 系统内有一部分N 线和PE 线是合一的，另有一部分N 线和PE 线是分开的。一般在电气装置电源进线点前N 线和PE 线是合一的，电源进线点后N 线和PE 线分开。由于在电源进线点前为PEN 线，对大地有电位，因此，在进线处必须进行重复接地，并在电气装置内设置等电位联结。

由于TN-C-S 系统利用重复接地，局部地将PEN 线分为N线和PE 线，适用于以TN-C 系统为主的工业厂房和场所，对于不宜使用TN-C 系统的局部区域、分散的建筑物、车间办公室和生活间等采用TN-C-S 系统。

在过去的设计中，习惯于采用TN-C 系统，但是PEN 线对地带电位，使得配电系统可靠性和安全性很难提高。当前，电力系统的短路容量很大，尤其采用D，yn11 结线的变压器，单相接地短路电流与三相短路电流一样大，因此，故障时PEN 线电压会很高。而且D，yn11 结线的变压器单相负载能力很强，中性线电流允许为相电流的75%，显然在正常运行时，PEN 线上就会出现更高的危险电压。

因此，在今后工程设计中应采用TN-S 系统接地，不仅可以提高供配电系统的可靠性、安全性和防止电磁干扰，而且在使用过程中，还可以掌握和提高TN 接地系统设计方法和能力，更好地满足和适应国内、外用户对接地系统的不同要求。

2 低压配电系统中的TN-S 系统接地（图1）

图1 低压配电系统中的TN-S 系统接地

在现在的大多数设计中，除用户有特别要求外，低压配电系统接地型式一般均采用TN-S 系统，所有电气装置的外露导电部分均应通过PE 保护线接地。其具体的要求如下：

2.1 低压配电装置TN-S 系统的设置

车间变电所内配电变压器低压侧（0.4 kV）中性线N 出线，采用单芯（铜质）电缆连接到低压配电屏中性母线N 上。在低压配电屏内，中性母线N 与保护母线PE 为两条独立母线。中性母线N 仅与保护母线PE 一点连接，而PE 母线接至总等电位端子箱接地，使低压配电系统接地型式成为TN-S 系统。

中性母线N 与保护母线PE 在低压配电屏（受电屏或母联屏）内一点连接线采用铜母线，其截面规格与PE 母线相同，由低压配电屏承制厂负责实施。

总等电位端子箱设置于低压配电室电源进线处，经（两根）镀锌扁钢（40×4）mm2与室外接地装置连接。

变压器中性线至低压配电屏采用单芯电缆连接。在变压器室，中性线电缆沿着（高）低压母线支架敷设到墙，然后沿墙面引下至地面，再穿墙进入低压配电室电缆沟内，通过电缆沟引入低压配电屏，与屏内中性母线连接。

2.2 相母线和中性线材料及规格选择

变压器低压侧出线、低压配电屏和动力配电箱等配电装置内，相线（L1，L2，L3）和中性线N 均采用铜质材料，其规格按变压器容量或计算负荷选取。

变压器低压侧出线的相母线和中性线规格选择，参见《10/0.4 kV 变压器室布置及变配电所常用设备构件安装》中的变压器低压相母线和中性线选择表，按选择表中变压器低压侧出线一栏选取。变电所低压配电屏的相母线和中性母线规格，按选择表中一栏中的低压铜母线选取。

车间工段内低压配电室、动力配电箱等配电装置母线规格按计算负荷选择，并宜取1.3 可靠系数。考虑母线强度和可靠性，最小规格为铜母线（40×4）mm2。

当采用D，yn11 结线型变压器，且主要为车间、工段生产负荷供电时，由于三相负荷比较平衡，中性母线按表中规格不变。当为民用建筑负荷供电时，中性母线宜与相母线等截面。

2.3 PE 母线材料及规格选择

（1）配电装置PE 母线。低压配电屏和动力配电箱等配电装置内PE 母线均采用铜母线，规格按表1选取。

（2）配电线路PE 线。配电装置电源线路均采用铜质五芯电缆，其中一芯作为PE 接地线。PE 线的规格要求同上表。

对配电线路敷设用的电缆桥架、金属支架、电缆的金属外皮以及保护钢管等应采用辅助PE 线接地，接地干线采用一根镀锌扁钢（40×4）mm2，接地支线采用镀锌扁钢（25×4）mm2。

对于配电线路电缆的型式，当相线截面为16 mm2及以下时，选用五芯等截面电缆，当相线截面大于16 mm2以上时，一般选用（三芯+二芯）电缆，当为民用建筑负荷供电时，可采用（四芯+一芯）电缆，即中性线与相线等截面。

（3）用电设备的PE 线。配电装置引至用电设备的PE 线要求，按两种情况选择。

表1 TN 系统PE 线的最小截面

对于爆炸危险环境用电设备，采用铜质电缆线芯内附加一芯作为PE 接地线（包括用电设备的电力电缆和控制电缆）。电缆敷设用的电缆桥架、金属支架、电缆的金属外皮以及保护钢管等应采用辅助PE 线接地，接地干线采用镀锌扁钢（40×4）mm2，接地支线采用镀锌扁钢（25×4）mm2或镀锌圆钢Φ10 mm。

除爆炸环境以外，用电设备PE 接地线采用镀锌扁钢，成组用电设备接地干线采用镀锌扁钢（40×4）mm2，单个用电设备接地线采用镀锌扁钢（25×4）mm2或镀锌圆钢Φ10 mm。可以利用电缆保护钢管作为接地线，但是，电缆线路不是全长采用保护钢管时，应用镀锌扁钢（25×4）mm2或镀锌圆钢Φ10 mm 将其连成电气通路。