马腾跃

【摘要】  分开高压和低压两个部分对供配电系统中性点接地方式的相关内容进行了探讨。对高压系统不同中性点接地方式的特点、相关影响因素及设备选择的关键技术参数进行了分析探讨。对低压系统，分别对TN、TT、IT系统的特点、防电击动作特性等相关问题进行了深入分析。

【关键词】  供配电系统中性点接地方式;单相接地电容电流; TN系统电击防护动作特性;等电位联结有效性;TT系统电击防护动作特性;IT系统电击防护动作特性。

0 引言

研究不同接地方式供配电系统的特点，对加深供配电系统的理解、高压中性点接地设备的选择、低压系统安全运行及人身安全等都具有重要意义。中性点接地看似一个简单的问题，实际上牵扯到很多重要内容。对高低压系统，研究内容分别有所侧重。高压系统主要是考虑电气设备的绝缘水平及供电可靠性因素;低压系统，主要是探讨不同接地方式对人身安全的相关影响。

1 高压供配电系统中性点接地方式的选择

高压中性点接地方式分为直接接地、不接地、低电阻接地、高电阻接地和谐振接地。不同接地方式最本质的区别在于接地故障电流的大小不同。对于直接接地系统，接地故障发生时，故障电流大，非故障相上的工频电压与正常时一样。对于不接地系统，由于单相接地时没有金属性故障通路，只有非故障相的对地电容电流，接地故障电流为非故障时一相接地电流的三倍，因此接地故障电流小，而非故障相的工频电压由相电压变为线电压。

对于110kV及以上供配电系统，由于电压等级很高，电气设备的绝缘水平是比较难达到的技术条件，直接接地系统故障时与其他接地系统相比，非故障相上的工频电压低这一特点显得尤为重要。因此，对于110kV及以上系统较多采用直接接地方式。

对于6～66kV供配电系统，非有效接地系统形式的选择，按GB/T 50064-2014规定：单相接地故障电容电流不大于10A时，可采用中性点不接地系统;当大于10A又需要在接地故障下运行时，宜采用中性点谐振接地方式;当单相接地故障电容电流较大（一般大于30A）时，可采用低电阻接地方式;当单相接地电容电流不大于7A时，可采用高电阻接地方式，故障总电流不大于10A。由以上可知，接地方式选择和单相接地电容电流直接相关。只要接地故障电流小于10A，接地故障尚在可接受的范围内，此时采用不接地系统对供电连续性有利;如果单相接地故障电流大于10A时，又需要连续运行，采用谐振接地可以抵消电容电流，达到连续运行的目的;而如果单相接地电容大到一定程度，如大于30A时，就需要接一个低电阻，将故障电流适当扩大到100A～1000A，及时切除故障;如果单相接地故障电流小于7A，采用高电阻接地，提供一个较大阻抗的故障回路，使故障电流控制在10A以下，相对于不接地系统，此系统可有效的避免暂时弧光过电压的影响和改善操作过电压。

2 高压中性点接地设备选择时关于Ic的探讨

在6～66kV供配电系统中，对于不同的接地方式需要选配不同的中性点接地设备，如接地变压器、消弧线圈、接地电阻等。对中性点接地设备的选择，需要考虑相应的技术参数。其中有一个十分重要的参数Ic（单相接地故障电容电流），Ic与中性点接地设备的诸多技术参数直接相关，如接地变的额定容量、消弧线圈的补偿容量、高电阻接地的接地电阻值等。

下面对Ic做一个相应的说明。电网中单相接地电容电流由电力线路和电力设备两部分组成。电力线路和架空线路的单相接地电容电流可分别按《工业与民用供配电设计手册》第四版P302页的相关公式求得。在选择中性点接地设备时，需要考虑变电站电力设备增加的接地电容电流。增加部分可根据《工业与民用供配电设计手册》第四版表4.6-10考虑。

在选择低电阻接地方式时的电阻值时，根据DL/T 5222-2005规范18.2.6-2式，Rn=Un/（√3Id）。这里的Id与上述Ic有所不同，由于低电阻接地系统，系统的故障回路已经形成，故障电流不再是单相接地电容电流，而是由故障回路形成的一个约几百安的故障电流。

3 低压供配电系统接地方式

低压供配电系统根据电源及负荷侧接地方式的不同可以分为TN、TT、IT系统。不同的系统有其相应特点及适用场所。对于工业与民用供配电设计中最常采用的TN系统，从电源侧到负荷侧有专用的PE线贯通，因此，接地故障电流大，动作时限及灵敏性有保证，另一方面PE线也传导了故障电压，故TN系统特别强调等电位联结的设置;对于TT系统，没有贯通的PE线，故障电流不会像TN系统一样沿PE线传导，负荷侧独立接地，阻抗较大，接地故障电流相对于TN系统较小，一般需要装设RCD作为专用的接地故障保护;对于IT系统，由于电源侧不接地，故在第一次接地故障发生时，只有对地电容电流，对供电可靠性较高的场所比较适用。关于低压供配电系统接地方式的相关内容比较丰富。本文主要从自动切断电源的电击防护角度进行分析探讨。

4 不同接地方式低压供配电系统防电击动作特性

根据GB50054-2011规范5.2.8，TN系统中配电线路的间接接触防护电器的动作特性，应符合Zs·Ia≤U0—式中，Zs为接地故障的回路阻抗;Ia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;U0为相电压。由GB50054-2011规范第6.2.4条可知，为保證短路故障的灵敏性，一般要求短路时被保护线路末端的故障电流不小于断路器瞬时或短延时脱扣器整定电流的1.3倍。此条文中1.3Iset3或1.3Iset2即5.2.8条中的动作电流Ia，也就是说在TN系统中需要满足Id≥Ia，发生接地故障时，Id=U0/Zs≥Ia，即Zs·Ia≤U0。TN系统接地故障时，故障回路阻抗较小，断路器的过电流保护兼做接地保护，较容易满足上式要求，当不满足时，规范5.2.13条规定应采用剩余电流动作保护电器。

TN系统接地故障时，PE线有电流流过，在故障回路切除之前，人体可能触及的接触电压有可能超过安全电压限值，因此，TN系统特别强调等电位联结的作用。等电位联结的作用实质和核心是减少人体可能触电部分之间的预期接触电压。由GB50054-2011规范5.2.5条和5.2.10条可知，接地故障发生时，只要故障回路中，等电位联结点至外露导电部分之间一段PE线上产生的电压小于安全电压，就可以保证人身安全。对于TN系统，相导体与无等电位联结的地之间发生接地故障的情况（如TN系统某室外供电线路，由于线路绝缘受损，某相与地之间发生接地故障）时，故障回路的阻抗较大，在接地故障尚未切除时，假设故障回路相导体及大地之间的阻抗若为RE，系统中性点并联的接地总阻抗为RB，则中性点的点位提升至Id·RB，只要保证此电位不大于安全电压，就可以保证通过PE线连接的外露可导电设备外壳上的预期接触电压不大于安全电压。正因为此，规范5.2.11条对此种情况下RB的限值做出了要求，因此变电所中性点接地电阻应尽可能做的小一些比较有利。

根据GB50054-2011规范第5.2.15条，对于TT系统，配电线路间接接触防护电器的动作特性，应符合RA·Ia≤50V—式中RA为外露可导电部分的接地电阻和保护导体的电阻之和，Ia含义同TN系统。

TT系统发生接地故障时，故障点不易熔焊，故障回路的阻抗较难确定，因此TT系统的动作特性没有像TN系统一样研究整个回路的阻抗特性。重要的是保障接地故障发生时，外露可导电部分至接地点之间含PE线在内的一段电压降不超过安全电压限值，故就防电击而言满足式5.2.15即可保证人体的安全，RA相对较大，采用过电流兼做接地故障较难满足上述要求，而采用RCD时，由于Ia足够小，很容易满足上式。

根据GB50054-2011第5.2.19条IT系统发生第一次接地故障时，应发出报警，且故障电流应符合RA·Id≤50V—式中Id为相导体和外露可导电部分间第一次接地故障的故障电流，此值应计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响。根据GB50054-2011规范5.2.21及5.2.24条，当IT系统外露可导电部分共用接地装置时，发生第二次接地故障时，故障回路的切断应符合TN系统自动切断电源的要求，当系统不配出中性导体时，保护电器动作特性应符合Zc·Ie≤（√3/2）U0，当系统配出中性导体时，保护电器动作特性应符合Zd·Ie≤（1/2）U0—式中，Zc为包括相导体和保护导体的故障回路的阻抗，Zd为包括相导体、中性导体和保护导体的故障回路的阻抗，Ie为保证保护电器在规定时间内切断故障回路的电流。当IT系统外露可导电部分单独或成组接地时，发生第二次接地故障时，故障回路的切断应符合TT系统自动切断电源的要求。

IT系统第一次接地故障发生时，由于接地故障电流仅为对地电容电流，满足RA·Id≤50V时，可继续带故障运行，仅用绝缘监测器发出报警信号。下面分析一下IT系统在发生第二次接地故障时的动作特性。如图一所示，当外露可导电部分共用接地极时，第二次接地故障发生时，故障通路经PE线金属性通路返回电源，这也是为何此时能按TN系统防电击动作特性来考虑的原因。当中性点不配出中性导体时，需要满足2·Zc·Ie≤√3U0，由此可见，式中的Zc是一回路的线导体与保护导体的阻抗，并不是整个故障回路的。当不配出中性导体时，考虑满足最不利情况，2·Zc·Ie≤U0，其中Zc为中性导体与PE线的阻抗，也非整个故障回路的。

当外露可导电部分单独接地时，发生第二次接地故障时，如图二所示，并没有形成金属性通路，形成了两个TT回路，因此其防电击动作特性应分别满足TT系统的动作特性。即需要满足RA1·Id≤50V，RA2·Id≤50V两个式子的要求。

GB50054-2011中动作特性只考虑了安全电压为50V的情况，笔者认为这是不够的，应该考虑潮湿环境25V及水下环境12V的情况。另外，需要特别说明，IT系统在第一次接地故障时动作特性用的是Id，而TT系统为Ia。原因在于：对于TT系统，一般用RCD做电击防护电器，其动作电流很小，为30mA，只要保证在切断前人体安全即可;对于IT系统，第一次故障时，并没有切断故障，因此需要满足故障电流Id实际流过的情况下，保证人身安全。

5 小结

对于高压供配电系统而言，不同中性点接地方式的确定与电气设备的绝缘水平及供电可靠性等直接相关。对非有效接地系统，与接地故障电流值直接相关。不同中性点接地系统，需要选用不同的中性点接地设备，中性点接地设备选择时，确定Ic时需要考虑变电所设备的附加值影响。对于低压供配电系统，不同接地形式对防电击动作特性要求不同。TN系统由于接地回路阻抗较小，接地故障电流相对较大，因此动作特性以系统的阻抗参数为基本特性表达，同时考虑到PE线传导故障电压的情况，TN系统对等电位联结有效性提出了相关要求。TT系统由于接地故障回路阻抗不确定性，其动作特性主要考虑用安全电压来进行限制。IT系统首次接地故障时，故障电流小，满足人体安全的前提下可继续带故障运行;第二次接地故障发生时，根据是否共用接地极，分别需要满足TN及TT系统的动作特性。

参考文献

<1> 中国电力企业联合会， GB/T 50064-2014 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范 北京，中国计划出版社 2014

<2> 中国机械工业联合会，GB50054-2011 低压配電设计规范 北京，中国计划出版社 2012

<3> 中国电力企业联合会，DL/T 5222-2005 导体和电器选择设计技术规定 北京，中国电力出版社 2005

<4> 中国航空规划建设发展有限公司，建筑物电气装置600问 北京，中国电力出版社 2013

<5> 中国航空规划设计研究总院有限公司，工业与民用供配电设计手册第四版 北京，中国电力出版社 2016