配电系统接地制式

1、低压配电系统的接地制式1、接地制式的概念为了确保配电系统及其电气设备的安全使用，通常将配电系统的中性点或电气设备外壳接地，也可以通过导线连接到配电系统已接地的中性点上。配电系统可以直接接地或不接地，也可以通过阻抗接地。电气设备和配电系统的这几种接地组合称为配电系统的接地制式。2、接地制式的分类接地制式按配电系统和电气设备不同的接地组合来分类。按照IEC规定，接地制式一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。按接地制式划分的配电系统有TNC、TNS、TNCS、TT、IT等。 第一个字母表示电源接地点对地的关系：T（Terre-地球）表示直接接地；I（Isolant-绝缘）表示不接地（包括所有带电部

2、分与地分离）或通过阻抗与大地相连。 第二个字母表示电气设备的外露导电部分与地的关系：T表示独立于电源接地点的直接接地；N（Neutre-中立的，中性的）表示直接与电源系统接地点或与该点引出的导体相连接。后续字母表示中性线与保护线之间的关系：C（Conbinaison-组合）表示中性线N与保护线PE合并为PEN线；S（Separateur-分离器）表示中性线与保护线分开；CS表示在电源侧为PEN线，从某点分开为N线及PE线。3、TN系统的组成和特点 在TN系统中，所有电气设备的外露导电部分接到保护线上，与配电系统的接地点相连。这个接地点通常是配电系统的中性点。如果没有中性点（如供电变压器的二次侧

3、为三角形接线）或未引出中性点，可将变压器次级的一相接地，但该接地线不能作为PEN线。保护线应在每个变电所或变电站附近接地。配电系统引入建筑物时，保护线在其入口处接地。为了在故障时，保护线的电位尽量接近地电位，尽可能将保护线与附近的有效接地体相连。当中性线截面小于相线截面时，如果回路的相线保护装置不能保护中性线短路或者正常工作时流过时流过中性线的电流并不明显小于该导线的载流量时，在中性线上必须装设相应于该项导线截面的过电流检测装置，该装置激励时，应使相线断电，但不必断开中性线。根据中性线与保护线是否合并的情况，TN系统分为TNC、TNS及TNCS，其各自的组成和特点说明如下。 3.1 TNC系统

4、如图1所示，在TNC系统中，保护线与中性线合并为PEN线，具有简单经济的优点。当发生接地短路故障时，故障电流大，可采用一般过电流保护电器切断电源，保证安全。但对于单相负荷或三相不平衡负荷以及有谐波电流负荷的线路中，PEN线流有电流，其所产生的压降加在电气设备的金属外壳和线路金属套管上，对敏感性的电子设备不利。由于PEN线在同一建筑物内往往相互有电气连接，因此当PEN线断线或相线直接与大地短路时，都呈现相当高的对地故障电压，这时可能扩大事故范围。 优点：TNC方案易于实现，节省了一根导线，且保护电器可节省一极，降低设备的初期投资费用。发生接地短路故障时，故障电流大，可采用一过流保护电器瞬时切断电

5、源，保证人员生命和财产安全。缺点：线路中有单相负荷，或三相负荷不平衡，及电网中有谐波电流时，由于PEN中有电流，电气设备的外壳和线路金属套管间有压降，对敏感性电子设备不利。PEN线中的电流在有爆炸危险的环境中会引起爆炸。PEN线断线或相线对地短路时，会呈现相当高的对地故障电压，可能扩大事故范围。不能使用剩余电流保护装置RCD（由于检测不出漏电流，RCD会拒动），因此绝缘故障时，不能有效地对人身和设备进行保护。TN - C制式是我国应用十分广泛的交流低压配电制式。在一定的历史时期,其优点也是非常明显的:设备接地接线型式简单易于操作,需要接地的部分直接接到N线上即可;由于低压用电设备通常要引入N线

6、, TN - C制式可以节约大量的接地导线,对于我国经济落后时期确实可以节约投资;而且由于操作简单,在我国民用电基层电工水平普遍不高的情况下,统一采用通过N线接零保护,可以使接地保护型式统一,减少安全隐患,具有积极的意义。另外,我国现有终端配电设备、用电设备所在位置往往由于设计原因或施工原因没有完善的接地体,采用保护接地(需要接地的部分直接与接地体作金属性连接)往往不具备条件,而电源侧(变配电所)都具有完善的接地网,中性线在此处良好接地。因此, TN - C制式在一定的历史时期,也不失为适合我国国情的方法。但TN - C制式,其缺点也是很明显的,由于N线上正常流过工作电流, N线上就存在线路压

7、降,相对于电源侧的中性点,用电设备处的N 线就带有电压,而用电设备的金属外壳是与N线连接的,也就带上与N 线相同的电压,给人身安全带来一定隐患,这就是绝缘良好并未发生漏电但也会发生麻电现象的原因。PEN线不能断线,一旦PEN线断线,那么电气设备金属外壳将先失去接地保护;并且单相负荷的N线由于与电源零点隔断而带上相电压(我国标准为220 V) ,而用电设备的金属外壳是与N线连接的,也就带上与N线相同的220 V 电压,远远超过50 V 的安全电压,而且断线故障不易及时发现而不能及时消除,危险电压可能长期存在,这对人身安全十分危险。由于没有独立PE线, TN - C制式相对TN - S制式安全性降

8、低很多。因此,对于人员相对密集、人身和电气设备接触较多的场合和对人身安全要求严格的场合,不能采用TN - C制式,应该采用TN - S制式。由于我国经济发展很快,经济状况已经明显改善,以人为本、安全至上的原则也成为电气设计的指导思想,考虑设计要有前瞻性和持久性,因此,对于新建交流低压配电工程设计来说,应该采用TN - S制式,淘汰TN - C制式。3.2 TNS系统在TNS系统中保护线和中性线分开，除价格较贵外，具有TNC系统的优点。由于正常时PE线不通过负荷电流，与PE线相连的电气设备的金属外壳在正常运行时不带电位，所以适用于数据处理和精密电子仪器设备的供电，也可用于爆炸危险的环境中。在民用

9、建筑内部，家用电器大都有单独接地触点的插头，采用TNS供电，既方便又安全。但TNS系统仍不能解决相线对大地短路引起电压升高和对地故障电压的蔓延问题。优点：正常时PE线不通过负荷电流，适用于数据处理和精密电子仪器设备，也可用于爆炸危险场合。民用建筑中，家用电器大都有单独接地触点的插头，采用TNS系统，既方便，又安全。如果回路阻抗太高或者电源短路容量较小，需采用剩余电流保护装置RCD对人身安全和设备进行保护，防止火灾危险。缺点：由于增加了中性线，初期投资较高。TNS系统相对地短路时，对地故障电压较高。TN - S制式的优越性: PE线在正常情况下不通过电流,也就是PE线不带电,与PE线连接的设备金

10、属外壳也就不会带电,对人身十分安全。不论是断N线,或是断PE线,电气设备外壳都不会带电;断N线仅使单相负载不工作,断PE线仅使电气设备外壳失去接地保护而已,即使N线和PE线同时中断,外壳也不会带电,安全性很高。在发生相线碰壳对地短路时,短路电流通过PE线流回电源中性点,由于PE线是低阻抗通道,短路电流足够大到可以使过电流保护动作而切断故障,从而保护了设备和人身安全。TN - S制式由于有以上诸多优越性,已经成为交流低压配电系统的主要制式,应用十分广泛,也是我国交流低压配电系统的主要发展方向。TN - S制式可以重复接地,通常是对PE线进行重复接地,也可以对N线重复接地。在必要的时候,也可以对P

11、E线和N线同时进行重复接地,但这两个接地极不准合用,而且要相隔一定的距离。由于可以重复接地,接地的可靠性进一步提高,安全性也进一步提高。但TN - S制式也有其缺陷,就是保护接地线( PE线)采用专用电缆芯线(或一根专用电线) ,且保护接地线采用辐射式(终端电气设备都采用独立PE线引至配电盘) ,保护接地线投资较大,但相对于整个配电系统,此部分投资比重并不大,但整个系统的可靠性和安全性明显提高,适于推广应用。3.3 TNCS系统在TN-C-S系统中，PEN线自A点起分为保护线和中性线，分开以后，N线应对地绝缘。为了防止分开后的PE线与N线混淆，应按国家标准GB7947-87的规定，给PE线和P

12、EN线涂以浅蓝色色标。PEN自分开后，PE线与N线不能再合并，否则将丧失分开后形成的TNS系统的优点。优点：适用于工矿企业供电，前面TNC系统可满足固定设备的需要，后端TNS系统可满足对电位敏感的电子设备的需要。民用建筑中，电源线路采用TNC，进入建筑物后，采用TNS系统，可确保TNS系统的优点。4、 TT系统的组成和特点 如图4所示，TT系统必须有一个直接接地点，一般是变压器或发电机的中性点。如果没有中性点，必须有一根相线接地。电气设备的外露导电部分也必须接地。由同一保护电器保护的电气设备的所有外露导电部分用保护线连接在一起，接到其共同的接地体上。当几个保护电器分级保护时，每个保护电器所保护

13、的所有外露导电部分也必须按照这个方法接地。中性线的检测与相应地切断导线的要求与TN系统相同。 在TT系统内，电气设备的金属外壳用单独的接地体接地，与电源在接地上无电气联系，所以适用对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备的供电。PE线也各自独立，不会发生故障时对地故障电压的蔓延问题。但对于中性线断裂后引起相电压的升高等问题和TN系统一样，需要采取适当措施。 TT系统当接地短路时，短路电流由于受到电源侧接地电阻和电气设备侧接地电阻的限制，短路电流不大，故可减少接地短路时产生的危险性；但除了小容量的用电设备以外，在大多数情况下不足以使一般过电流保护设备切断电源，容易造成电击事故。因此TT系统特别适用

14、于容量较小的电气负荷，例如对住宅供电等。如电气负荷容量较大，必须采用剩余电流保护电器，例如漏电保护器，利用接地故障时的泄漏电流使漏电保护器动作切断电源。由于剩余电流保护器价格较贵，且在容量上、品种上还必须满足大容量及特殊负荷，如电焊机、整流设备等的要求，给TT系统的应用带来一定的限制性。TT系统特点外露可电导部分有独立的接地保护，不传导故障电压；由于电源系统有两个独立接地体，发生接地故障时接地故障电流较小，不能采用过电流保护兼作接地故障保护，而采用剩余电流保护器；因采用剩余电流保护器保护线路，双电源（双变压器、变压器与柴油发电机组）转换时采用四极开关：易产生工频过电压。使用场所：等电位联结有效

15、范围外的户外用电场所，城市、农村居民区公共用电，高压中性点经低电阻接地的变电所。优点：电气设备的外壳与电源的接地无电气联系，适用于对电位敏感的数据处理设备和精密电子设备。故障时对地故障电压不会蔓延。接地短路时，由于受电源接地电阻和电气设备接地电阻的限制，短路电流较小，可减小危险。缺点：短路电流小，发生短路时，短路电流保护装置不会动作，易造成电击事故。短路保护装置的过电流保护不能提供绝缘故障保护，需采用剩余电流保护器RCD进行人身和设备安全保护。TT制式的优越性:设备的金属外壳在正常情况下处于地电位,也就是不带电。即使设备接地线断掉,所连接的设备金属外壳也不会带电,对人身十分安全。系统采用三相四

16、线制,无专用PE电缆线芯(或电线) ,可节约一定电缆电线投资。N线断线仅仅使单相负荷不能工作,对人身安全没有威胁。TT系统中,电气设备的金属外壳用单独的接地极接地,与电源在接地上可以无电气联系。TT制式的缺点是:在任何用电设备附近都要求有埋于地中且接地良好(接地电阻不大于4)的接地体(或接地网) ,这样才能保证用电设备保护接地的安全。现今我国大量采用在地中易腐蚀而失效的钢接地体,一旦接地体失效, TT制式的安全性也就无法保证。再者TT系统如果电源端和负荷端采用各自独立的接地体(接地网) ,则相线碰壳故障时,短路电流通过大地流回电源端中性点。此时如果电源端和负载端的接地电阻都是4,忽略设备内阻和

17、线路阻抗,则短路电流I =220 V / (4 + 4 ) = 27. 5 A,如此小的短路电流,往往无法使断路器保护跳闸或熔断器熔断,故障无法切除而长期存在。短路时,电流流经大地,把大地视为导体,其电阻较大,压降也较大;如果电源端和负载端的接地电阻都是4 ,忽略设备内阻和线路阻抗,负载端故障点分得的对地电压为27. 5 A ×4 = 110 V,远远大于50 V安全电压,对人身安全十分危险。如果馈线自身过电流保护无法切除接地故障,就需要装设具有足够灵敏度的接地保护或漏电保护,以此及时切除故障,以避免威胁人身安全;而实现灵敏的接地保护或漏电保护都需要增加相对较贵的设备投资。TT制式适

18、用于整个配电系统都具有可靠接地极的各种配电场合, TT配电系统尤其适用于给灵敏电子设备供电。对于设计、建设水平都比较高的工业配电工程,可靠的接地极是很容易满足的,增加接地漏电保护对整个工程造价影响不大,而且工业工程由于控制自动化水平的提高,往往采用大量灵敏的电子设备,此时TT配电系统就比较适用。5、IT系统的组成和特点 IT系统的组成如图5所示，其中（a）是配电系统中性点与地绝缘；(b）为配电系统中性点经阻抗接地，电源接地体和外露导电部分的接地体分开；(c）为电源中性点经阻抗接地，外露导电部分接到电源的接地体上。 IT系统的电源不接地或通过阻抗接地，电气设备的外露导电部分可直接接地或通过保护线

19、接到电源的接地体上。这种系统当出现单相接地故障时，故障电流受到限制，电气设备的金属外壳上不会产生危险性的接触电压，因此可以不切断电源，电气设备尚能继续运行。此时报警设备报警，通过检查线路来消除故障，可减少或消除电气设备的停电时间，所以特别适用于要求能连续工作的电气设备，如大型电厂的厂用电和需要连续生产的生产线。同时由于第一次故障时的故障电流很小，因此也适用于有爆炸危险的环境，如矿山。但如果在消除第一次故障前又发生第二次故障，例如不同相的双重短路，故障点遭受线电压，故障电流很大，非常危险，因此必须具有可靠而且易于检测出故障点的报警设备。IT系统强烈要求不要配出中性线，因为配出中性线后，当发生单相

20、接地故障时，IT系统将根据电气设备外露导电部分的接地情况转变为TN或TT系统，而保护设备原IT系统配置，不能按IN或TT系统的要求动作，所以非常不安全。如果IT系统引出中性线，中性线上需要装设过电流检测装置，该装置受到激励时，应将包括中性线在内的所有带电导线从电源断开。如果该中性线短路己受到电源侧保护电器的有效保护，或该回路由剩余电流保护装置保护，且其额定剩余电流不超过该项中性线载流量的0.15倍，该装置动作时又能将所有带电导线包括中性线断开，则可不装设检测设备。IT 方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，例如电力

21、炼钢、大医院的手术室、地下矿井等处。地下矿井内供电条件比较差，电缆易受潮。运用 IT 方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。 如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成架路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。这种供电方式在工地上很少见。优点：单相接地第一次故障时，故障电流小，可不切断电源，警报设备报警，通过检查线路消除故障，供电连续性较高，适用于大型电厂的厂用电和重要生产线用电。可采用剩余电流保护器（RCD）进行人身和设备安全保护。缺点：如果消除第一次故障前，又发生第二次故障，如不同相的接地短路，故障电流很大，非常危险，因此对一次故障探测报警设备的要求较高，以便及时消除和减少出现双重故障的可能性，保证IT系统的可靠性。IT制式的优点: 由于采用保护接地,设备的金属外壳在正常情况下处于地电位,也就是不带电。即使设备接地线断掉,所连接的设备金属外壳也不会带电,对人身十分安全。当出现单相接地故障时,由于中性点高电阻的限制,故障电流很小,限制在10 A以下,电气