談施工現場臨時用電接地保護系統

趙 建 文

(陽泉市建筑安全監督站，山西 陽泉 045000)

談施工現場臨時用電接地保護系統

趙 建 文

(陽泉市建筑安全監督站，山西 陽泉 045000)

介紹了接地保護系統的類型，分析了TT與TN系統的優缺點，通過對比TN-S，TN-C,TN-C-S三種TN系統的形式特點，確定了施工現場臨時用電系統應采用TN-S系統，最后給出了TN-S系統的設置方法。

接地保護系統，電氣設備，TN-S系統，電壓

在低壓電力系統中，為了防止施工現場用電設備正常不帶電的外露導電部分因故障帶電對人體造成的觸電傷害，以及電火花點燃易燃易爆物引起的電氣火災，通常將電氣設備的外露可導電部分(金屬外殼、基座、構架等)進行接地，形成接地保護系統。

1 接地保護系統的分類

按照IEC的標準電氣設備的接地保護型式可分為IT，TT，TN三種，其中TN系統又分為TN-S，TN-C，TN-C-S三種型式，上述字母符號中第1個字母I表示電源端不接地或經阻抗接地、T表示電源端直接接地；第2個字母T表示外露導電部分對地直接做電氣連接即表示采用保護接地，N表示外露導電部分與配電系統的中性點直接做電氣連接，即表示采用保護接零；S表示中性線和保護零線是分開的，C表示中性線和保護零線是合一的。

1.1 IT系統

IT系統是指電源中性點不接地或經阻抗接地，而用電設備的金屬外殼接地。IT系統的主要特點是沒有工作零線。但如果為了照明用電的需要，IT系統往往也要引出工作零線，但工作零線上應裝設過電流檢測裝置。當IT系統出現故障時，因系統的限制，電氣設備金屬外殼不會產生危險電壓，設備繼續運轉，此時用電設備開始報警，通過檢查消除故障。IT系統供電距離不是很長時，供電可靠性、安全性好，特別適用于要求連續工作的電氣設備諸如電力煉鋼、大型醫院手術室、礦井等希望少停電的場所，也適用于有爆炸危險的環境。施工現場基本采用電源中性點直接接地的220 V/380 V三相四線制低壓電力系統，需要配出中性線即工作零線，因此IT系統不適宜用于施工現場。

1.2 TT系統

TT系統是指電源的中性點直接接地(工作零線)，電氣設備的金屬外殼也直接接地(保護接地)的接地保護系統。TT系統主要特點：一是電氣設備的金屬外殼直接接地時，可以大大的減少觸電的危險性，但是低壓斷路器不一定跳閘，設備金屬外殼對地電壓高于安全電壓，容易造成觸電事故。二是用電設備的接地裝置耗用鋼材多，而且難以回收、費工、費料。三是當漏電電流較小時，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護器作保護。

1.3 TN系統

TN系統是將電氣設備的金屬外殼通過保護零線(PE)與電源的工作零線(N)連接形成的接地保護系統，又稱為“接零保護系統”。

1)TN-S。在TN系統中，如果中性點接地線分為兩條，其中一條線用作工作零線，另一條線用作保護零線，即將工作零線與保護零線分開使用，這樣的接地保護系統稱為TN-S系統。TN-S系統的優點是所有用電設備金屬外殼均通過保護零線(PE)接地，正常情況下保護零線(PE)上無電流通過，所以與其相連接的所有用電設備金屬外殼均與大地保持等電位，人的身體觸及這些金屬外殼時比較安全，施工現場應優先采用這種接零保護系統。

2)TN-C。在TN系統中，如果中性點接地線既作為工作零線(N)使用，又作為保護導線(PE)使用，稱為保護接地中性導線，用PEN表示，這種工作零線(N)與保護零線(PE)合一使用的接地保護系統統稱為TN-C系統。TN-C系統存在的危險是：雖然用電設備金屬外殼通過PEN線接地很方便，但是由于PEN線上會因三相負荷不平衡而帶電，一些負荷設備引起的諧波電流會注入PEN線，因而與其相連接的所有電氣設備金屬外殼均不同程度的帶電，存在對地電壓，人體觸及金屬外殼時就會有觸電的感覺。而且三相不平衡電流越大，設備金屬外殼對地電壓越高，觸電危險性也就越大。中性導線斷線時，單相設備的工作電流也會導致電氣設備的外露可導電部分帶電。因此TN-C存在易發生觸電事故的風險，施工現場不適宜采用。

3)TN-C-S。在TN系統中，前一部分(電源側)工作零線與保護零線合一，后一部分(用電側)工作零線與保護零線分開，這樣的接地保護系統統稱為TN-C-S系統。其中后一部分(用電側)可單獨視為局部TN-S系統。在局部TN-S系統中，工作零線(N)和保護零線(PE)需在分開點處做重復接地。

2 TT與TN系統的比較

2.1 故障點對地電壓Ud的比較

其中，Z0為故障點電源側零線的阻抗，Ω；Zφ為故障點電源側單相相線的阻抗，Ω。

以上分析可以看出，雖然采用TT系統時，電氣設備單相接地故障點對地電壓比采用TN系統略低，但它們都遠遠超過安全電壓的最高限值50V，都在危險電壓范圍之內。另外，采用TT系統時，電氣設備接地電阻值受現場埋設方式、土質(土壤電阻率)，特別是季節變化等因素的影響，發生變動而不穩定。從而使其發生單相接地故障時的故障點對地電壓也不穩定，其值將隨著設備接地電阻值的增大而增大。而采用TN系統時，由于不受接地因素的影響，所以其發生單相接地故障時的故障點對地電壓是穩定的。因此，從比較設備單相接地故障時故障點對地電壓的大小和穩定性來說，TT系統并不優于TN系統，而且采用TN系統較為適宜。

2.2 故障電流Id的比較

另外，在選擇短路保護電器方面，為保證迅速切斷電氣設備的短路故障電流，通常當選擇斷路器進行保護時，其脫扣電流整定值取為設備額定電流1.5倍；當選擇熔斷器進行保護時，其額定熔斷電流取為設備額定電流的2.5倍～4倍。因此，當采用TT系統接地保護時，由于設備上的單相相線接地短路電流為IdT=27.5A,那么此時僅能保證使額定電流等于27.5/1.5=18.3A的斷路器分斷，或使額定熔斷電流等于27.5/(2.5～4)=11A～6.9A的熔斷器分斷；而對于容量更大設備所配置的斷路器或熔斷器，由于上述接地短路電流偏小，在發生單相接地短路時，則不能有效分斷故障電路，使設備外露可導電部分上時間存在近110V的對地電壓，十分危險，存在發生觸電事故的風險。若采用TN接零保護系統時，由于IdN>IdT，實際上就是單相短路電流大，所以對于更大容量范圍的設備所配置的斷路器或熔斷器，當發生單相接地短路故障時，均能有效的分斷故障電路。

通過上述對TT系統和TN系統的分析比較可以看出，對于系統的接地保護來說，采用TN系統優于采用TT系統。其主要優點是：當用電設備接地短路時，如采用TN系統，則其故障點對地電壓較低，短路保護靈敏度高。

3 TN-S系統的確定

TN系統分為TN-S，TN-C，TN-C-S三種型式，根據施工現場應用實際情況經過綜合比較分析，可以得出以下結論：

1)施工現場臨時用電工程應采用TN-S系統。2)施工現場臨時用電工程嚴禁采用TN-C系統。3)施工現場臨時用電系統與外電線路另一部分用電系統共用同一供電系統(主要指用同一臺電力變壓器供電)供電，且另一部分用電系統已采用TT接地保護系統或當地供電部門要求必須采用TT接地保護系統的情況下才采用TT接地保護系統。4)在同一供電系統中TN系統與TT系統不能混用，若混用，不但起不到保護作用，還存在安全隱患(如圖1所示)。假如用電設備相線觸及金屬外殼時，該設備和保護接地將帶有對地電壓Ud=Rd×U相/(R0+Rd)。以220V/380V三相四線制為例，如果中性點接地電阻值為R0=4Ω，設備保護接地電阻值也為Rd=4Ω，相電壓為U相=220V，則對地故障電壓為Ud=110V，故障電流為Ie= U相/(R0+Rd)=27.5A。已遠遠超過允許的安全電壓、電流值，存在發生觸電事故致人死亡的危險。加之上述故障電流是不太大的接地短路電流，一般過流保護裝置不易可靠的實現速斷功能，于是該危險將長時間存在，并且通過保護零線使所有接零保護的設備外殼均長期帶電，埋下重大安全隱患，增大了觸電死亡概率，危險性極大。由以上分析可見，在同一電源供電的任一用電系統中或各用電子系統間，TN與TT系統不能混用，不得一部分設備按TN系統接零保護，而另一部分設備按TT系統作保護接地。

4 TN-S系統的設置

施工現場主要有專用變壓器供電和共用變壓器三相四線制低壓線纜接入供電等兩種電源供電形式，在設置TN-S系統時應根據不同的電源供電形式按要求設置。

1)保護零線(PE)的設置。在專用變壓器供電時的TN-S系統中，保護零線(PE)應由工作零線接地處或電源配電箱工作零線(N)接線端子處引出；對于共用變壓器三相四線制低壓線纜接入供電的局部TN-S系統，保護零線(PE)應由電源進線保護接地中性導體(PEN)重復接地處或總配電箱保護零線(PE)接線端子處引出。

2)保護零線(PE)與工作零線(N)的連接關系。在專用變壓器供電時的TN-S系統中，工作零線(N)應接入總剩余電流保護器電源側N接線端，保護零線(PE)不得經過總剩余電流保護器，經過總剩余電流保護器后的N線與PE線應嚴格分開，不得再作任何電氣連接。

在共用變壓器三相四線制低壓線纜接入供電的局部TN-S系統中，電源線中的PEN線應一分為二，其中一個分支接入總剩余電流保護器電源側的工作零線(N)接線端，經過總剩余電流保護器由負荷側工作零線(N)端引出，作為施工現場臨時用電系統中的工作零線(N)。另一個分支從PEN線的重復接地處或總配電箱的保護零線(PE)接線端子處引出，作為施工現場臨時用電系統中的保護零線(PE)。

3)保護零線(PE)與工作零線(N)的應用區別。保護零線(PE)主要是為了連接用電設備金屬外殼，在正常工作情況下無電流通過，且與大地保持等電位；工作零線(N)作為電源線用于連接單相設備或三相四線制設備，在正常工作情況下會有電流通過，被視為帶電部分，且對地呈現電壓。所以在施工現場TN-S系統中PE線和N線不可混用或代用。

4)保護零線(PE)的重復接地。施工現場TN-S系統中保護零線(PE)的重復接地應分別設置于配電系統的首端、中間、末端處，重復接地的數量不宜少于2n+1(n代表總分路數量)，每處重復接地電阻值不應大于10 Ω。保護零線(PE)多處重復接地的目的：一是降低保護零線(PE)的接地電阻，二是防止保護零線(PE)一處斷線而導致保護失效。重復接地必須與保護零線(PE)相連接，施工現場具體應用時連接線可與配電箱PE線接線端子板連接。

Discussion on temporary electricity utilization grouting protection system in the construction site

Zhao Jianwen

(YangquanBuildingSafetySupervisionStation,Yangquan045000,China)

The paper introduces grounding protection system types, and analyzes merits and effects of TT and TN system. Through comparing characteristics of TN-S, TN-C and TN-C-S, it determines to apply TN-S system in temporary electricity utilization system in construction site, and finally shows TN-S system setting methods.

grounding protection system, electrical equipment, TN-S system, voltage

1009-6825(2017)03-0122-03

2016-11-11

趙建文(1963- )，男，工程師

TU856

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