工廠低壓供配電設計中接地系統及接地故障保護分析

劉桂濤

(湖北工程學院 計算機與信息科學學院，湖北 孝感 432000)

工廠低壓供配電設計中接地系統及接地故障保護分析

劉桂濤

(湖北工程學院 計算機與信息科學學院，湖北 孝感 432000)

摘要：接地系統作為工廠低壓配電系統中不可缺少的基礎設施，其質量的好壞直接影響用電系統的穩定性、安全性和可靠性。文章介紹了電源和用電設備的接地型式，分析了工廠低壓供配電設計中各種接地系統和接地故障保護，為設計者根據工廠低壓供配電實際情況設計合理有效的接地系統提供參考。

關鍵詞：接地型式；接地系統；接地故障

中圖分類號：TM862

文獻標志碼：碼：A

文章編號：號：2095-4824(2015)06-0117-04

收稿日期：2015-09-19

基金項目：湖北省高校青年教師深入企業行動計劃項目(XD2014258)

作者簡介：劉桂濤(1972-)，男，湖北云夢人，湖北工程學院計算機與信息科學學院副教授，碩士。

接地系統設計是工廠低壓供配電設計中的一項重要內容，電源(如變壓器)的接地型式有工作接地和非工作接地之分，用電設備的接地型式有保護接地和保護接零之分。相應地，由電源、供電線路、用電設備共同組成的供配電系統的接地系統則有多種。工廠低壓供配線路發生接地故障時，其危害很大，因此應對接地故障進行保護[1]。

1電源、用電設備的接地型式

1.1工作接地

電源(如變壓器)二次側繞組采用Y形連接時，其中性點經導線與接地體相連接，這種接地型式稱為工作接地，如圖1所示。工作接地是電源的兩種接地型式之一。

圖1　工作接地

1.2非工作接地

電源(如變壓器)沒有中性點或二次側繞組有中性點，但經高阻抗與接地體相連接，這種接地型式稱為非工作接地[2]，如圖2所示。非工作接地是電源兩種接地型式之一。

圖2　非工作接地

1.3保護接地

在供配電系統中，用電設備的金屬外殼部分經導線與接地體相連接，這種接地型式稱為保護接地，如圖3所示。保護接地是用電設備兩種接地型式之一。

1.4保護接零

在供配電系統中，用電設備的金屬外殼部分經導線與供電線路中的零線相連接，這種接地型式稱為保護接零[2]，如圖4所示。保護接零是用電設備兩種接地型式之一。

圖3　保護接地

圖4　保護接零

2工廠低壓供配電設計中的接地系統

目前有四種接地系統應用于工廠低壓供配電設計中，即IT接地系統、TT接地系統、TN接地系統和重復接地系統。

2.1IT接地系統

在IT接地系統中，電源非工作接地，用電設備保護接地，如圖5所示。在這種接地系統的供電線路中既沒有中性線N線，也沒有保護線PE線，所以用電設備只能是三相對稱用電設備或是額定電壓為線電壓的單相用電設備。當然，如果需要N線，也可以配出N線，但同時需要在N線上設置過電流保護裝置，以便發生短路故障時切斷供電線路。

圖5　IT接地系統

IT系統具有兩個方面的優點，一是發生單相短路時，三相電壓保持不變，三相用電設備可正常運行，同時用電設備外殼不帶電，不會發生觸電事故；二是用電設備金屬外殼經導線與接地體相連接，各用電設備間無電磁干擾[3]。IT接地系統目前在工廠低供配電設計中應用較少，只有在生產、儲存和裝卸易燃易爆危險物品的工廠供配電設計中用到。

2.2TT接地系統

在TT接地系統中，電源工作接地，用電設備保護接地，如圖6所示。在這種接地系統中，供電線路有中性線N線，但沒有保護線PE線，用電設備既可以是三相用電設備又可以是單相用電設備。在TT接地系統中，由于所有用電設備的金屬外殼經導線與接地體相連接，當用電設備比較多且分散時，會相應地增加接地成本。

圖6　TT接地系統

TT接地系統有三個方面的特點，一是采用這種接地系統后，如果用電設備漏電，用電設備中性點電位較高，則可能造成觸電事故；二是由于供電線路中沒有保護線PE線，當出現故障時，不會故障電壓沿PE線竄入其他戶內的情況；三是各用電設備有自己的PE線，各用電設備間無電磁干擾[3]。TT接地系統目前在工廠低壓供配電設計中應用較少，但很有應用前景。

2.3TN接地系統

在TN接地系統中，電源工作接地，用電設備保護接零，中性線N線和保護線PE線統稱為零線，根據N線和PE線的組合情況不同，TN接地系統又分為TN-C接地系統、TN-S接地系統和TN-C-S接地系統。

(1)TN-C接地系統。如圖7所示，在TN-C接地系統中，N線和PE線合二為一(即PEN線)，這種接地系統的供電線路上既可以接三相用電設備，又可以接單相用電設備，供電線路中PEN線一般有電流流過，會對供電線路上的用電設備造成電磁干擾。當PEN線斷線時，PEN線斷點后用電設備的金屬外殼具有較高的接觸電壓，容易造成觸電事故。當發生短路時，過電流保護裝置會切斷供電線路，從而保障用電設備和人安全。TN-C接地系統應用于用電容量不大、接地要求不高的工廠低壓供配電設計中。

(2)TN-S接地系統。如圖8所示，在TN-S接地系統中，N線和PE線從電源中性點開始完全分開，這種接地系統的供電線路上既可以接三相用電設備，又可以接單相用電設備，供電線路中N線一般有較小的電流流過，PE線上沒有電流流過，不會對供電線路上的用電設備造成電磁干擾。當N線斷線時，斷點后用電設備的金屬外殼上的接觸電壓為零，不會造成觸電事故。當發生短路時，過電流保護裝置會自動切斷供電線路，從而保障用電設備和人的安全。TN-S接地系統常用于各種工廠的低壓供配電設計中。

圖7　TN-C接地系統

圖8　TN-S接地系統

(3)TN-C-S接地系統。如圖9所示，在TN-C-S接地系統中，N線和PE線前部分合用，后部分完全分開，N線和PE線分開后不能再合起來，N線和PE線分開時兩線要同時都接地一次。這種接地系統前部分實際上是TN-C接地系統，后部分實際上是TN-S接地系統，在供電線路上無論是前部分還是后部分，都可以既接三相用電設備又接單相用電設備，因此這種接地系統前部分具有TN-C接地系統的特點，后部分具有TN-S接地系統的特點。TN-C-S接地系統常用于既有臨時用電設備又有永久用電設備的工廠低壓供配電設計中。

圖9　TN-C-S接發系統

2.4重復接地系統

如圖10所示，在三相四線制供電線路中，每當從主供電干線取電時將N線接地一次，同時從接地線上引出PE線，重復接地系統實際上是多個TN-C-S接地系統的串聯組合。在重復接地系統中，供電干線不接用電設備，與用電設備相連接的N線上一般有電流流過，PE線上沒有電流流過，所以不會對用電設備造成電磁干擾，也不會造成觸電事故。當發生短路故障時，過電流裝置切斷供電次干線，從而保護用電設備和人的安全。重復接地系統主要用于用電量不大且車間分散的工廠低壓供配電設計中。

圖10　重復接地系統

3工廠低壓供配電設計中的接地故障保護

工廠低壓供配電系統的接地故障是指工廠低壓供配電系統中相線對地或與地有聯系的導體之間的短路，包括相線與大地、相線與PE線或PEN線以及相線與設備的金屬外殼之間的短路[4]。接地故障有較大的危害性，在工廠低壓供配電設計中必須進行接地故障保護設計。

3.1IT接地系統中的接地故障保護

在IT接地系統中，當工廠低壓供配電系統中發生單相接地故障時，用設備金屬外殼上的電位可達50 V，此時應裝設絕緣監視裝置及接地故障裝置來發現故障，并使裝置動作電流應滿足如下要求：

IERE≤50 V

(1)

式中:IE為單相接地電容電流，RE為與設備金屬外殼相連的接地體的接地電阻。

當工廠低壓供配電系統中發生兩相接地故障時，這時應設置漏電保護開關來迅速切斷供電線路。發生兩相接地故障分兩種情況，一種是IT接地系統中有N線，此時漏電開關動作電流應滿足如下要求：

(2)

另一種是IT接地系統中沒有N線，此時漏電開關動作電流應滿足如下要求：

(3)

3.2TT接地系統中的接地故障保護

在TT接地系統中，只需設置漏電開關進行保護即可，漏電開關過電流動作值按低壓斷路器反時限特性要求來整定，漏電電流動作值一般選擇30 mA。

3.3TN接地系統中的接地故障保護

在TN接系統中，工廠低壓供配電系統的接地故障可由低壓斷路器切斷供電線路來保護，低壓斷路器的動作電流按其反時限特性要求來整定。但在TN-S接地系統和TN-C-S接系統后部分中用低壓斷路器不能達到保護要求時，則需裝設漏電開關來進行故障保護。在TN-C接地系統中，由于沒有PE線，若要用漏電開關進行故障保護，則需在TN-C接地系統中增加一條PE線，使其變為TN-S接地系統。

4結語

在工廠低壓供配電設計中，一定要根據環境條件、安全可靠性要求以及用電設備對電磁干擾要求慎重選擇電氣接地系統，并進行接地故障保護，使接地系統能有效地保護用電設備和人的安全。

[參考文獻]

[1]何紹洋，葉楠.小電流接地系統單相接地故障選線方法的分析[J].電工電氣，2015(4)：38-41.

[2]劉桂濤.建筑物電氣接地系統及其在工程中的應[J].山西建筑，2005(14)：168-169.

[3]李云.建筑電氣[M].北京：北京大學出版社，2014.

[4]劉介才.工廠供電.5版.北京：機械工業出版社，2014.

(責任編輯：張凱兵)