配電系統接地型式及適用范圍分析

馬海斌 馬鈺杰 郭強 張犁

1.中國石油新疆油田公司百口泉采油廠，中國·新疆 克拉瑪依 834000

2.紫光云數科技有限公司，中國·四川 成都 610000

3.中國石油新疆油田公司質量設備節能處，中國·新疆 克拉瑪依 834000

1 接地

電力系統和電氣裝置的中性點、電氣設備的外露導電部分和裝置外導電部分經由導體與大地相連，稱為“接地”。電力系統中的“地”是指“電氣地”，不受接地配置的影響、電位約定為零；接地主要目的是保障人和設備的安全。接地的型式必須與配電系統的接地型式相對應，否則，對電力系統和裝置（設備）進行接地，就不能形成有效的保護。

接地最重要的作用是使人有可能接觸到的導電部分的電位降低到接近地電位。這樣，當發生電氣設備發生故障導電部分帶電時，因其電位與人體所處的地電位幾乎相同，則可以大大降低觸電的危害程度，同時還可以保證電力系統穩定運行。

按照IEC的規定，電力系統接地型式由兩個字母組成，如有必要可后綴字母：

①第一個字母：表示電源端的接地點與地的關系。其中T表示電源端有一點直接接地；I表示不接地或有一點通過高電阻抗接地。

②第二個字母：表示裝置（設備）外露導電部分與地的關系，也就是保護接地，其中T表示裝置（設備）的外露可導電部分直接接地，該接地點在電氣上獨立于電源端接地點；N是“中性點”，表示裝置（設備）的外露可導電部分與電源端接地點直接做電氣上的連接。

③后綴字母表示中性導體（N）與保護導體（PE）的關系。其中C表示中性導體（N）與保護導體（PE）合并成為保護接地中性導體（PEN）；S表示中性導體（N）與保護導體（PE）分開；C-S表示在靠近電源供給側為保護接地中性導體（PEN），根據工程實際需要，從某點分開為中性導體（N）和保護導體（PE）。

中國35kV和10kV系統，采用中性點不接地系統（就是小電流接地系統），110kV及以上電力系統，采用中性點直接接地型式（就是大電流接地系統），根據IEC的分類方法，電壓為交流220/380V配電系統的接地方式有五種：TN-C、TN-S、TN-C-S、TT、IT五種型式。

2 TN系統

2.1 TN系統類型

依據IEC的規定，TN系統在供電電源端，有一點直接接地，裝置（設備）的外露可導電部分通過保護導體（PE）或中性導體（N）連接到接地點。但是保護導體（PE）應在變電所（變電站）就近接地，配電系統進入構筑物時，保護導體（PE）在其入口處必須接地，并將PE線與就近的接地體聯結。TN系統依照中性導體（N）與保護導體（PE）的配置情況不同，又分為3種類型：TN-S、TN-C、TN-C-S接地系統（見圖1）。

圖1 TN系統類型圖

2.2 TN-S接地型式

整個系統的保護導體（PE）和中性導體（N）是在中性點以外分開敷設的（見圖2）。

圖2 TN-S系統

2.2.1 五線方式配電

從電源端到用戶配電系統起就采用五線方式配電。系統正常工作時，保護導體（PE）對地是沒有電壓，裝置或電氣設備的導電部分外殼接在保護導體（PE）線上，只有中性導體（N）線上有不平衡電流產生，中性導體（N）線只用在有單相負載的供電回路中。裝漏電保護裝置，可以在TN-S接地型式的供電線路上安裝，但PE線不能接入漏電保護器（裝置）。在這里著重強調，TN-S接地型式的配電線路，保護導體（PE）線不允許斷線，且中性導體（N）線不得重復接地，保護導體（PE）線可以根據工程需要做重復接地。

2.2.2 TN-S接地型式的特點以及適用范圍

①就TN-S系統來說，保護導體（PE）與中性導體（N）是除中性點以外分開敷設，并且彼此是相互絕緣的配電系統，保護導體（PE）線在系統正常運行時沒有電流，裝置或電氣設備的外露可導電部分也沒有電壓，安全性較高；但工程施工量大、復雜、耗材多。

②保護導體（PE）在配電系統內要傳導故障時的電壓，對地故障電壓的蔓延和相線接地而引起電壓升高等問題沒有安全防范作用。

③TN-S系統的適用范圍：爆炸和有火災危險場所、數據處理和精密電子儀器設備、機關辦公大樓、商業、娛樂場所、賓館的供電，以及相關規定中必須采用TN-S接地系統來確保操作人員和設備的安全用電。

2.3 TN-C接地型式

系統的中性導體（N）和保護導體（PE）是合二為一的（見圖3）。

圖3 TN-C系統

中性導體（N）和保護導體（PE）合并為保護接地中性導體（PEN）。

對三相負載不平衡、諧波電流較大，以及單相負荷，在運行時保護接地中性導體（PEN）線上是有電流通過，產生的壓降將呈現在裝置或電氣設備的外殼和金屬支架上，對物聯網系統、計量檢測儀器儀表和敏感的電子設備等不利。

保護接地中性導體（PEN）線上的電流，有可能在爆炸危險場所引發安全事故，因此在爆炸危險場所中不能采用TN-C接地型式。PEN線同時承擔保護接地和工作接地的功能，在建筑物內相互有電氣連接，所以當PEN線斷線或相線接地故障時，將產生相當高的對地電壓，在電源端，PEN線既連接到負載中性點上，又連接到裝置或電氣設備外露的可導電部分，這樣就對人員的安全造成巨大的威脅。由于TN-C接地型式在技術上的種種弊端，在電力系統中已很少采用，在民用配電中已不允許采用TN-C接地型式。

TN-C接地型式特點以及適用范圍：

①PEN線兼有N線和PE線的作用，工程施工量小、簡單、耗材少。

②接地短路時，故障電流大，采用一般的過電流保護器就能自動切斷電源來保證安全。PEN線可重復接地，總的接地電阻容易達到標準要求。

③PEN線產生電壓降，裝置或電氣設備外露導電部分對地有電壓，在內傳導故障電壓。

④過電流保護可以兼作接地短路故障保護。

⑤適用范圍：用單位有獨立變壓器供電，用電負載三相均衡，有熟練的電氣技術維修維護人員；在爆炸危險環境場所，禁止使用TN-C接地型式。

2.4 TN-C-S接地系統

系統中一部分線路的中性導體（N）和保護導體（PE）是合并的（見圖4）。

圖4 TN-C-S系統

保護接地中性導體（PEN）從接近電源端點開始，分為保護導體（PE）和中性導體（N）。分開后的中性導體（N）線必須與地絕緣，為了防止混淆PE線和N線，國標規定，PE線、PEN線涂黃綠相間色標，N線涂淺藍色色標。保護接地中性導體（PEN）線分開后嚴禁再合并，否則將失去分開后形成的TN-C-S接地系統的特點。

TN-C-S系統從電源端到用戶總配電柜是TN-C接地系統，N線和PE線是合二為一的；從總配電柜到電氣設備或裝置，N線和PE線是分開的，它兼有TN-C接地系統和TN-S接地系統的優點，彌補了這兩個系統的不足。常用于配電系統末端環境較差（如環境潮濕、空氣中有帶電離子、有爆炸危險環境等）或對電磁抗干擾要求較嚴的場所。

TN-C-S接地系統特點以及適用范圍：TN-C-S接地系統的優點在于系統的前端可以節省一根電纜芯線，因此在民用住宅建筑的設計和工程實施中，低壓配電系統中TN-C-S的接地型式得到廣泛采用，除醫院、試驗樓（室）、學校、國家機關重要建筑、影院及體育場館以及施工現場臨時用電以外，在居民住宅建筑中，油田開采中，大都采用這種接地系統。

3 TT系統

電源端或發電機的中性點必須有一個直接接地點，電氣設備或裝置的外露導電部分也必須接地，并將所有外露導電部分用保護導體連接在一起，接到其共同的接地極上。當有多個保護電器分級保護時，每個保護電器所保護的所有外露導電部分都必須按照這種方法進行接地（見圖5）。

圖5 TT系統

TT接地系統發生接地短路時，短路電流受到電源側接地電阻和電氣設備或裝置側接地電阻的限制，短路電流不會很大，所以可減少接地短路時產生的危險性，因短路電流不大，大多數情況下不足以使一般的過電流保護器自動切斷電源，這樣就容易造成電擊事故，所以，當電氣設備或裝置的容量較大時，必須采用剩余電流保護器來保證系統安全。

TT接地系統特點以及適用范圍：

①外露可導電部分有獨立的保護接地，不傳導故障電壓，保護導體和中性導體在系統中沒有電的聯系，所以電氣設備或裝置外殼不帶電，即使發生故障，外殼高電位也不會沿PE線傳遞至全系統。系統漏電電流比較小，需要使用靈敏度高的漏電保護器作保護，因此TT接地系統難以在電力工程中推廣。

②TT接地系統工程量大、耗材量大、成本高。

③由于電源系統和電氣設備或裝置是使用的兩個獨立接地體，發生接地故障時，因接地故障電流較小，不能采用過電流保護來兼作接地故障保護，只能采用剩余電流保護器。

④因只能采用剩余電流保護器來保護供電線路，對雙電源（雙變壓器與柴油發電機組）轉換時必須采用四極開關。

⑤適用范圍：適用于電氣設備或裝置安裝較分散的地方、適用于對電壓敏感的數據處理設備、精密電子設備供電系統，適用于爆炸與火災危險性場所，城市公共用電，建筑施工現場用電，戶外場所用電。

4 IT系統

IT接地系統的電源不接地（或通過高阻抗接地），電氣設備的外露導電部分可直接接地或通過保護導體接到電源的接地極上（見圖6）。

圖6 IT系統

IT接地系統出現第一次故障時，故障電流受到限制，電氣設備的金屬外殼上不會產生危險性的接觸電壓，因此可以不切斷電源，電氣裝置仍能繼續運行。此時設備或裝置報警，通過專業檢查檢修來消除故障，可減少或消除電氣裝置的停電次數和時間。如果在第一次故障未消除的情況下故障進一步惡化或又發生第二次故障，故障點遭受線電壓，故障電流很大，就非常危險，因此，運行該系統，必須具有可靠而且易于檢測出故障點的報警設備和熟練的電氣技術人員。

IT接地系統特點以及適用范圍：①沒有中性導體引出。②發生第一次接地故障時，故障電流僅為非故障相對地的電容電流，其值很小，外露導電部分對地電壓不超過50V，不需要立即切斷故障回路，能保證供電的連續性。③需要有絕緣監測儀器等報警設備來隨時監測系統的絕緣情況才能保證安全運行。④適用范圍：對供電穩定性、連續性要求高的場所，如應急電源、醫院手術室，煤礦井下作業或其他礦井井下作業等。