PEN接地問題分析

王 生 偉

(山西省機電設計研究院，山西 太原　030009)

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PEN接地問題分析

王 生 偉

(山西省機電設計研究院，山西 太原030009)

簡述了低壓系統中PEN在電源處要求一點接地的原因，量化分析了PEN做重復接地所產生的雜散電流，結合IEC標準對《工業與民用配電設計手冊》中，“在TN-C或TN-C-S系統建筑物內PEN只能在一點做重復接地”的描述進行了解釋，為我國PEN接地問題研究提供參考。

PEN，一點接地，重復接地，雜散電流

在實際工程中，不同的電氣從業人員對同一工程的低壓系統接地形式常給出不一樣的定義，甚至有部分人認為根本不存在TN-S系統，導致這結果的主要原因就是對系統起點的認知不同，IEC標準認為系統起點為變壓器低壓側配電柜出線處，而不是變壓器中性點或發電機星形點，望大家能達成共識。

圖1為多電源TN系統PEN在電源處兩點接地，當用電裝置正常運行時，電流回路理想路徑為圖1中點劃線環路，而實際情況是在圖中虛線部分產生了不期望的電流，即雜散電流。I4為用電裝置正常運行時PE所帶電流，不難看出該電流值還很大，過大的PE電流不僅干擾信息技術系統的正常工作，且可能引發電擊事故，IEC也對正常情況下PE電流限值做了規定，本文不再表述。I5為系統正常運行時在配電柜金屬外殼、人工/自然接地體、金屬管道等部件中通過的電流，該部分電流不僅干擾信息技術系統的正常工作，加快埋地管道、基礎鋼筋的腐蝕，而且在接觸不良處可能產生火花，引發火災或爆炸。為了避免以上所述雜散電流產生的不利影響，比較合理的解決方法就是a，b接地點取消一處，使雜散電流不能構成回路，這就是一點接地的意義所在。

為了盡快與國際接軌，GB/T 50065—2011交流電氣裝置的接地設計規范接地形式章節完全引用了IEC 60364—1—312.2—2005，這是好多發展中國家的通用做法，無可厚非，GB/T 50065—2011第7.1.1條規定：多電源TN系統應避免雜散電流，PEN應“只”一點直接接地，單電源TN系統PEN應“有”一點直接接地，筆者對此規定有些不同看法，IEC 60364—1—2005 Figure31D,Figure31E是以解決電磁兼容性為頭等任務的多電源TN系統接地方案，僅是TN-C-S特例，并不是通用做法，圖1中的電源接地點不是在變電所而是在受電點進線柜，此供電方案要求PEN在整個系統不能再有任何重復接地，這種做法的優點是可以減少共模電壓干擾，減少雜散電流。為什么IEC針對Figure31D的接地問題時特別說明了“僅(seule法文)”一點與PE連接，筆者認為IEC并不是對單電源TN系統PEN就不要求一點與PE連接，而是因為多電源要做到PEN一點與PE連接在施工中可能遇到很多困難，比如采用TN-C-S系統兩回路為某建筑(該建筑以解決電磁兼容性為頭等任務)供電，要做到一點接地必須兩回路在同一處進線，可是現實中很多工程往往做不到這一點，不僅是國內，發達國家也如此，所以IEC單獨強調了一下“僅一點”，我們也可以利用圖1做個分析，把圖1中1號電源取消后變成單電源的TN系統，多電源TN系統PEN電源處兩點接地時出現的問題在單電源的TN系統中照樣存在，兩點接地還存在接地故障電流檢測裝置的安裝等問題。所以說，TN系統PEN在電源處應該采用一點接地，不管單電源還是多電源。

圖2為PEN在受電點重復接地，結合該圖量化分析重復接地所產生的雜散電流，假設給1號、2號建筑物供電的電纜均采用1 kV交聯聚乙烯絕緣銅芯電纜排管埋地敷設，供電距離按同為50 m或300 m兩種情況考慮，變電所接地電阻RB=4 Ω，重復接地電阻RA=1 Ω(忽略變壓器、母線阻抗)。

為了直觀的說明問題，表1給出不同截面供電電纜、不同供電距離下重復接地產生的雜散電流I3,I4,I5(I1電流為對應截面電纜穿管埋地敷設時載流量的25%)。

由表1可以清晰看出，當采用同截面電纜供電時，隨著供電距離的增加，PEN重復接地后產生的雜散電流越來越大，當供電距離確定時，隨著供電電纜截面的增大，PEN重復接地后產生的雜散電流越來越小。

表1　不同截面供電電纜及供電距離下重復接地產生的雜散電流

大家都知道雜散電流是造成鋼質管道腐蝕的原因之一，GB/T 21447—2008鋼質管道外腐蝕控制規范給出了石油瀝青防腐層埋地鋼質管道交流電干擾判斷指標(指標有些單一，國外標準一般采用交流電干擾電壓、試片電壓、電流密度等指標綜合分析腐蝕程度)，在酸性土壤中干擾電壓不小于6 V時就屬于中強干擾程度，中性土壤中干擾電壓大于15 V時就屬于強干擾程度，由表1可以看出當圖2中供電電纜截面小于25 mm2,供電距離接近300 m時，交流干擾電壓理論上已經對1號、2號建筑之間的埋地鋼質管道產生了不利影響，況且產生交流干擾電壓的因素不只有正常情況下的雜散電流，還包括雷電感應，接地故障電流等。因此，在采用TN-C-S系統供電時，PEN截面小于25 mm2時應引起設計人員重視。IEC 60364—4—44—2007電磁干擾和電磁防護章節及JGJ 16—2008民用建筑電氣設計規范第22.4節都提到了當建筑內有大量信息系統時需做電磁兼容性設計，同時也給出了降低雜散電磁場的一些技術措施，要盡可能避免PEN的多點接地。工程上哪些地方為大量信息系統場所，很難界定，因此，哪類建筑不允許PEN重復接地也就顯得非常模糊，往往是在使用過程中發現雜散電磁場干擾問題后再做供電系統的改造。

《工業與民用配電設計手冊》第三版，第922頁，重復接地部分提到了PEN只能在建筑內一點重復接地。如果做了多點重復接地會產生什么后果，一點重復接地是否有意義。

圖3為某建筑采用TN-C-S系統供電兩回路進線，1號進線PEN分別做了a，b兩處重復接地，2號進線PEN在c點做了一處重復接地，電源端d點一處接地，圖中I2,I3,I5,I6為雜散電流。《工業與民用配電設計手冊》要求PEN一點重復接地的主要目的是解決雜散電流問題。下面我們從圖3入手，看看如何改造才能解決正常情況下的雜散電流問題。第一種方案：取消a點接地(形成多回路“各”一點重復接地)；I3電流沒了，I2,I5,I6還存在。第二種方案：取消a點接地，同時把c點移至b點(形成多回路一點重復接地)；I3,I5電流沒了，I2,I6還存在。第三種方案：取消a，d點接地，同時把c點移至b點(形成多回路一點接地，即b點不再是重復接地點)；I2,I3,I5,I6全沒了。

實際工程中，多回路供電“各”一點重復接地較易實現，即多回路進線，各回路PEN就近與等電位箱聯結同時實現重復接地的目的，這也是目前國內許多工程通常采用的做法，弊端就是建筑物內部有雜散電磁場存在，對于信息化程度要求不高且火災及爆炸危險系數較低的場所，此供電方案實踐證明還是可行的。而多回路電源進線PEN要做到一點重復接地就很困難，要實現PEN一點重復接地就得多回路在同一處入戶，即使花很大人力物力實現了多回路一點重復接地，建筑物內的雜散電流照樣存在，即PEN一點重復接地與多點重復接地存在同樣的問題，對控制雜散電流意義不大。而對需嚴格控制雜散電流的建筑物供電時，采用單或多回路PEN一點接地是比較好的方案，即使投入大些也是值得的。

不管單電源還是多電源TN系統，PEN在電源端都應僅一點接地；不存在PEN一點接地與重復接地是否矛盾的說法，只是有些場所提倡PEN做重復接地，有些場所禁止PEN做重復接地；《工業與民用配電設計手冊》要求PEN一點重復接地，耗材費力且意義不大。

[1]GB/T 50016—2011，交流電氣裝置的接地設計規范[S].

[2]GB/T 16895.10—2010(IEC 60364—4—44:2007)，低壓電氣裝置 第4—44部分：安全防護電壓騷擾和電磁騷擾防護[S].

[3]中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

Analysis on PEN grounding issues

Wang Shengwei

(Shanxi Academy of Electro-Mechanical Design, Taiyuan 030009, China)

The paper briefly describes the PEN(protection neutral wire) of the low-voltage system why asking one point to earth in the power source, the quantitative analysis of PEN do iterative earth caused by stray current, according to IEC standard, explain in industrial and civil power distribution design manual“in TN-C or TN-C-S system within the building PEN can only one point iterative earth”, it has provided some guidance for studying domestic PEN granding problems.

PEN, one point to earth， iterative earth， stray current

1009-6825(2016)25-0124-03

2016-06-23

王生偉(1982- )，男，工程師

TU856

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