低壓配電系統(tǒng)中零線的研究

唐士洲

（江蘇省郵電規(guī)劃設計院，江蘇 南京210006）

1 低壓系統(tǒng)的接地分類

根據IEC（國際電工委員會）規(guī)定，低壓系統(tǒng)接地制式一般由兩個字母組成，必要時可加后續(xù)字母。因為IEC以法文作為正式文件，所用字母為相應的法文詞為首字母。

（1）第一個字母表示電源接地點對地的關系。其中：

T：表示直接接地。

I：表示不接地，或通過阻抗與大地接地。

（2）第二個字母表示電氣設備外露導電部分與地的關系。其中：

T：表示獨立于電源接地點的直接接地。

N：表示直接與電源系統(tǒng)的接地點或該接地點引出的導體相連接。

（3）后續(xù)字母表示中性線與保護地線的關系。其中：

C：表示中性線N與保護地線PE合并為PEN線。

S：表示中性線與保護地線分開。

C－S：表示在電源側為PEN線，從某點分開為N及PE線。

根據以上的分類方法，接地制式劃分的配電系統(tǒng)有5種：IT、TT、TN－C、TN－S、TN－C－S。

2 TN接地系統(tǒng)

TN接地系統(tǒng)所有電氣設備的外露導電部分接到保護地線上，與配電系統(tǒng)的中性點相連。保護地線應在每個變電所或變電站附近接地。根據中性線N與保護地線PE是否合并的情況，將TN系統(tǒng)分為TNC、TN－S和TN－C－S。

（1）TN－C系統(tǒng)

TN－C系統(tǒng)如圖1所示，是保護地線與中性線合并為PEN線的系統(tǒng)，具有簡單、經濟的優(yōu)點。接地故障時，故障電流大，采用一般的過電流保護器切斷電源。對于單項負荷或三相不平衡負荷及有故障電流負荷的線路中，PEN線有電流，其產生的壓降呈現在電氣設備的金屬外殼和線路金屬套管上，對敏感設備不利。

圖1 TN－C系統(tǒng)

（2）TN－S系統(tǒng)

TN－S系統(tǒng)如圖2所示，指保護地線PE與中性線N分開的系統(tǒng)。正常情況下PE線不通過負荷電流，所以與PE線相連的電氣設備的金屬外殼在正常時不帶電，因此可用于精密設備以及有爆炸危險的環(huán)境中，通信機房中必須使用此種類型接地系統(tǒng)。

圖2 TN－S系統(tǒng)

（3）TN－C－S系統(tǒng)

TN－C－S系統(tǒng)如圖3所示，PEN線從某點開始分為保護線和中性線。分開后的N線對地絕緣。為了防止混淆PE和N線，PEN線分開后就不再合并，否則失去分開后形成的TN－S系統(tǒng)的特點。

圖3 TN－C－S系統(tǒng)

3 中性線斷路（斷零）的危害

這可用圖4中示例來簡單地加以分析。圖中相線L1未帶負載，L2帶一個150 W白熾燈泡，L3帶一個15 W白熾燈泡，三相負載非常不平衡。若以電壓表測量三相電壓，如果中性線未斷線，會發(fā)現三個相電壓并沒有多少差異。這是因為這三相都是由相同的220 V繞組電壓供電，它們的電壓差異只在于三相不同負載電流產生不同的線路電壓降。而按照規(guī)定，相線和中性線上的總電壓降一般不超過5%，所以僅是三相負載不平衡是不會燒壞某相內設備的，設備的燒壞另有原因。

圖4 三相四線制供電示意圖

現假設白熾燈泡前的中性線因故中斷，如圖4所示，則150 W和15 W燈泡成為串聯后接在380 V單相回路中。白熾燈泡基本上是個電阻性負載，其阻值R與功率P成反比，也即R∝1／P。

因此如果150 W燈泡的電阻為R，則15 W燈泡的電阻為10R，這樣380 V電壓就按1與10的比例分配在兩個燈泡上。150 W燈泡上的電壓僅為35 V，而15 W燈泡上的電壓則高達345 V，它很快就被燒壞。為進一步分析清楚，可作其電壓相量圖，如圖5所示。從圖可知三相回路相間電壓仍為380 V不變，負載側的中性點由O點漂移到O′點，中性線對地電壓達190 V（在無等電位聯結作用的TN系統(tǒng)中，此電壓不燒壞設備，但可引起電擊事故），而空載的L1相電壓則高達364 V，三相電壓極不平衡。

圖5 電壓相量圖

4 關于重復接地的要求

現實中部分電氣施工人員對TN—S系統(tǒng)中重復接地的有關問題及要求不甚了解，在實際施工中出現一些問題。集中表現為：TN—S系統(tǒng)的重復接地問題中是對N線重復接地，還是對PE重復接地莫衷一是，提法不明確。

對于TN—S系統(tǒng)，重復接地就是對PE線的重復接地，其作用如下：

（1）如不進行重復接地，當PE斷線時，系統(tǒng)處于既不接零也不接地的無保護狀態(tài)。而對其進行復重接地以后，當PE正常時，系統(tǒng)處于接零保護狀態(tài)；當PE斷線時，如果斷線處在重復接地前側，系統(tǒng)則處在接地保護狀態(tài)。進行了重復接地的TN—S系統(tǒng)具有一個非常有趣的雙重保護功能，即PE斷線后由TN—S轉變成TT系統(tǒng)的保護方式（PE斷線在重復接地前側）。

（2）當相線斷線與大地發(fā)生短路時，由于故障電流的存在造成了PE線電位的升高，當斷線點與大地間電阻較小時，PE線的電位很有可能遠遠超過安全電壓。

這種危險電壓沿PE線傳至各用電設備外殼乃至危及人身安全。而進行重復接地以后，由于重復接地電阻與電源工作接地電阻并聯后的等效電阻小于電源工作接地電阻，使得相線斷線接地處的接地電阻分擔的電壓增加，從而有效降低PE線對地電壓，減少觸電危險。

（3）PE線的重復接地可以降低當相線碰殼短路時的設備外殼對地的電壓，相線碰殼時，外殼對地電壓即等于故障點P與變壓器中性點間的電壓。假設相線與PE線規(guī)格一致，設備外殼對地電壓則為110 V。而PE線重復接地后，從故障點P起，PE線阻抗與重復接地電阻RE同工作接地電阻RA串聯后的電阻相并聯。在一般情況下，由于重復接地電阻RE同工作接地電阻RA串聯后的電阻遠大于PE線本身的阻抗，因而從P至變壓器中性點的等效阻抗，仍接近于從P至變壓器中性點的PE線本身的阻抗。

如果相線與PE線規(guī)格一致，則P與變壓器中性點O間的電壓UPO仍約為110 V，而此時設備外殼對地電壓UP僅為故障P點與變壓器中性點間的電壓UPO的一部分，可表示為：UP＝UPORE／（RA＋RE）。假設重復接地電阻RE為10Ω，工作接地電阻RA為4 Ω，則UP＝78．6 V。

如果只是對N線重復接地，它不具有上述第（1）項與第（3）項作用，只具有上述第（2）項的作用 。對于TN—S系統(tǒng)，其用電設備外殼是與PE線相接的，而不是N線。因此，我們所關心的更主要的是PE線的電位，而不是N線的電位，TN—S系統(tǒng)的重復接地不是對N線的重復接地。

如果將PE線和N線共同接地，由于PE線與N線在重復接地處相接，重復接地前側（接近于變壓器中性點一側）的PE線與N線已無區(qū)別，原由N線承擔的全部中性線電流變?yōu)橛蒒線 和PE線共同承擔（一小部分通過重復接地分流）。可以認為，這時重復接地前側已不存在PE線 ，只有由原PE線及N線并聯共同組成的PEN線，原TN—S系統(tǒng)實際上已變成了TN—C—S系統(tǒng)，原TN—S系統(tǒng)所具有的優(yōu)點將喪失，故不能將PE線和N線共同接地。

在工程實踐中，對于TN—S系統(tǒng)，很少將N線和PE線分別重復接地。其原因主要為：

①將N線和PE線分別重復接地僅比PE線單獨重復接地多一項作用，即可以降低當N線斷線時產生的中性點電位的偏移作用，有利于用電設備的安全，但是這種作用并不一定十分明顯，并且一旦工作零線重復接地，其前側便不能采用漏電保護。

②如果要將N線和PE線分別重復接地，為保證PE線電位穩(wěn)定，避免受N線電位的影響，N線的重復接地必須與PE線的重復接地及建筑物的基礎鋼筋、埋地金屬管道等所有進行了等電位連結的各接地體、金屬構件和金屬管道的地下部分保持足夠的距離，最好為20 m以上，而在實際施工中很難做到這一點。

5 為防“斷零”危害，在電氣裝置的設計安裝中應注意哪些？

為防范“斷零”燒毀設備事故，在電氣線路的設計、安裝和管理中應注意做到以下幾點：

（l）在TN系統(tǒng)回路中應適當放大中性線和PEN線的截面積，以保證其機械強度，特別是從電桿到建筑物電源線進線口的一段架空引入線十分易于折斷，應按IEC要求銅線不小于10 mm2，鋁線不小于16 mm2。

（2）采取有效措施防止中性線承受過大的應力。

（3）注意中性線接頭的連接質量，以確保中性線接頭的導電良好，應特別注意提高鋁線的連接質量，因鋁線表面極易因氧化或腐蝕而不導電。

（4）在中性線上盡量減少線路端子連接和接頭，并盡量少串入開關和觸頭，例如沒有特別的需要盡量少裝用四極開關，以防因其中性線觸頭和接線端子接觸不良而增加“斷零”危險。

（5）嚴禁在三相四線回路的中性線上串接熔斷器，以防熔斷器中的熔體因種種原因熔斷而成為“斷零”。