TN系统及保护接地

TN系统及保护接地的探讨摘要：一直以来很多电气技术人员对TN系统及保护接地的概念模糊不清，工作时并没有意识到安全隐患，甚至造成了不必要的设备故障和人身伤亡事故。本文主要对TN系统及保护接地的原理以及其应用进行阐述，并对一些易混淆的概念进行了说明。关键词：TN系统接地接零1、引言人身触电事故的发生，一种情况是人体直接触及电气设备的带电部分，即直接接触触电，另一种情况是人体接触平时不带电，因绝缘损坏而带电的电气设备的外露金属部分（如金属外壳、金属护罩、金属构架等），即间接接触触电。接地与接零是为进行间接接触触电的防护而采取的两项保护性接地措施，是电气安全技术中两个重要的基本概念。2、低压配电系统的分类及定义我国380/220V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式。基本供电系统中常说的三相三线制和三相四线制等，这些术语不是十分严格。国际电工委员会（IEC）对此作了统一规定，按其保护接地型式分为TN系统、TT系统、IT系统，其中TN系统分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。如图1—4图3TN-C-S系统图4TT系统其中N表示中性线（neutralwire）,其功能一是用来接采用额定电压为系统相电压的单相用电设备的，二是用来传导三相系统中的不平衡电流和单相电流，三是减小负荷中性点的电位偏移。PE表示保护线（protectivewire）,是为了保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。系统中所有设备的外露可导电部分（指正常不带电但故障情况下可能带电的易被触及的导电部分，如金属外壳、金属构架等）通过保护线接地，可在设备发生接地故障时减小触电危险。PEN表示保护中性线（PENwire）,兼有中性线保护线的功能。这种保护中性线在我国通称“零线”，俗称“地线”，因此在平常的工作中很多电气人员看到N就称“零线”看到PE就称“地线”这种称谓的错误的。3、保护接地的分类保护接地是为了保障人身安全，防止间接触电而将设备的外露可导电部分接地。形式分两种：1）设备的外露可导电部分经各自的接地线（PE线）直接接地，如在TT系统和IT系统中设备外壳的接地，这种形式称“接地保护”2）设备的外露可导电部分经公共的PE线（如在TN—S系统）或经PEN线（如在TN-C系统）接地。这种形式的接地，我国习惯称为“保护接零”。上述公共的PE线和PEN线，通称为“零线”4、接地保护形式在配电系统中的局限性接地保护是为防止因电气设备绝缘损坏而使人体有遭受触电的危险，将电气设备正常情况下不带电的外露金属部分（如金属外壳）与接地体作直接的电气连接。其基本原理是限制漏电设备外壳对地电压，使之不超过安全范围。

电气设备的金属外壳采用接地保护，一般仅能减轻触电的危险程度，并不能绝对保证安全。分析如下：见图5所示中性点直接接地低压电网，当一相碰壳使设备外壳带电时，若人体触及设备外壳，则有接地短路电流流经人体电阻和接地电阻，并通过中性点形成回路。通常规定中性点接地电阻R0和保护接地电阻Rd均为4Q，而人体电阻Rr约1000Q，在计算流经接地体的电流Id时可忽略不计Rr的影响，则流经人体的电流Ir约为110mA。电源220VRd匚RoR电源220VRd匚RoRr图5我们知道，通过人体的工频电流超过50mA时心脏就会停止跳动，发生昏迷并出现致命的电灼伤，工频100mA的电流则会迅速致人死命。即使将人体电阻按照2000Q计算,Ir也达55mA,对人体仍是非常危险的。另一方面Id~Ur/(Rd+R0)=27.5A，不足以引起中等容量以上线路的保护装置动作(或保险丝不能熔断)，造成漏电设备上的危险电压(Ud=IdRd~110V)将长期存在。为了使用电设备的保护装置可靠动作，一般规定接地短路电流不能小于自动开关保护装置动作电流的1.25倍或熔断器额定电流的3倍。也就是说用电设备用自动开关保护时，整定的动作电流不能大于27.5/1.25=22安；用熔断器保护时，熔断器的额定电流不能大于27.5/3=9.2安，但实际上远远超过上述两个数值，因为用电设备的容量越大，则保护设备的动作电流也要随着增大。所以27.5安的接地短路电流就不足以使容量按大的用电设备保护装置动作，不论干线首端或用电设备处，当熔断器熔丝电流较大或自动开关瞬时脱扣器整定电流较大时，均不能可靠动作。而采用降低保护接地电阻Rd的办法以降低漏电设备外壳对地电压Ud，或在降低Rd的同时降低中性点接地电阻R0以增大接地短路电流Id，从而使保护装置迅速动作来切断电源的想法在具体实施上都是不现实的。因此接地保护形式存在不定期的局限性，如果要想在中性点直接接地低压配电网中采用接地保护型式，电网应引出N线且采用漏电保护器，并使N线和设备PE线无一点电气联系，构成TT系统（接地保护系统）。5、接零保护5.1接零保护原理接零保护型式过去通常称为“保护接零”，是由原苏联提出来的概念。但根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16—92）的规定：用电设备的接地，一般可区分为保护性接地和功能性接地；保护性接地又可分为接地和接零两种型式。可见严格意义上讲不应再采用“保护接零”一词。从TN系统图中可看出，当一相碰壳而使接零设备金属外壳带电时，单相接地短路电流通过该相线和PE（PEN）线形成回路，而不经过电源中性点接地装置。由于故障回路相线、PE（PEN）线阻抗很小，所以单相短路电流很大，它可使线路上的保护装置（如熔断器、开关等）迅速动作，从而切除漏电设备电源，以起到保护作用。接零保护适用于TN系统，一般和熔断器、脱扣器等配合。需要注意的是，“接零”的概念是指将设备金属外壳接到PE线或PEN线上，而不是接到N线上。5.2在TN—C系统中采用接零保护应注意的问题5.2.1重复接地在TN—C系统中，除电源中性点必须采用工作接地外，零线应在规程规定的地点采用重复接地，见图6。重复接地电阻与工作接地电阻构成零线的并联分支，降低了相线一零线回路电阻，当发生一相碰壳时，使短路电流增大，加速保护装置的动作，可缩短故障的持续时间；另重复接地还可限制漏电设备的对地电压和零线上的电压降。漏保的配合问题

口-断绒点垂更接地PEW口-断绒点垂更接地PEWDRnzzzzz/zzzzz/DRn囹5Tlfl-CS统重复按地5.2.2零线（PEN线）断线问题若零线断线，如不采用重复接地，那么在断线点后有一台设备发生碰壳时，则断线点后所有接零设备金属外壳对地电压均接近于相电压，这是很危险的。采用重复接地，断线点后的接零设备就成为接地设备，重复接地此时起到后备保护的作用。另零线断线时，若三相负荷不平衡，则会使负荷中性点电位严重漂移，造成三相电压不对称，电压高的那相会烧坏单相设备。零线不应在短路电流的作用下发生断线，并为防止零线断线，零线上不得单独安装熔断器、开关装置。若采用自动开关，只有当过流脱扣器动作后能同时切除相线时，才允许在零线上装设过流脱扣器。当相线（铝绞线或钢芯铝绞线）截面为70mm2以下时，零线截面与相线截面相同；相线截面在70mm2及以上时，零线截面不宜小于相线截面的50%。5.2.3三相负荷不平衡和高次谐波的影响当三相负荷不平衡时，不平衡电流在零线上产生电压降，另一方面由于大量非线性电气设备产生的高次谐波电流也叠加到零线上，即使零线没有断线，同时也没有设备漏电，如人体接触零线或设备金属外壳，也会产生麻电的感觉。重复接地可减轻这种麻电现象。5.2.4零线的接法电气设备的金属外壳，必须采用单独的引线同零干线作可靠的连接。三相380V四孔插座和单相220V三孔插座的保护接零极（PE线极）也应单独引线接到零干线上（并联的形式）。不能将三孔插座的保护接零极（PE线极）直接与工作零线极（N线极）相连，这样连接若工作零线松扣脱落时，就会使设备的金属外壳带相电压；并且此时如将工作零线（N线）和相线（L线）接反，也会使设

备的金属外壳带相电压，从而造成人身触电事故。如图7所示，即为插座的错误接法。此时若三孔插座的工作零线发生断线，则接在三孔插座上的单相设备不但不能正常工作且其金属外壳存在相电压，而接在四孔插座上的三相设备虽能工作但其金属外壳也带有相电压。6、TN—C系统存在的缺陷过去我国对民用建筑特别是居民住宅一直采用以TN—C型式单相两线入户的居多。随着人民生活水平的提高，家用电器的增多，原先符合住宅设计规范的TN—C系统已不能保证电气安全的要求。TN—C系统的缺陷主要表现在：现在的家用电器大多采用单相三孔插头，而很多地方单相三孔插座的PE线极却是虚设的，并未单独引接PEN线，结果用户在处理时有的干脆就不接线，有的将插座的PE线极与N线极直接相连，也有的用一根导线将PE线极引接到电网PEN线上或附近的自然接地体上，等等。这些处理方法都存在安全隐患。iz///Z/////ZZ^Z/0汕图吕三孔插座和四孔曲应的错误搖法按《施工现场临时用电安全技术规范》(JGJ46—88)要求：短路电流应大于熔断器额定电流的4倍，但此时熔断时间却为10—15s。显然保险丝在规定时间内熔断，仍然不能满足保证人身安全的要求［3］。由于三相负荷不平衡和高次谐波的影响而使PEN线和接零设备金属外壳呈现较高的电位，产生麻电现象。虽采用重复接地可减轻此现象，这种现象一般也不能造成人身伤亡，但可能会对地引起火花，故不适宜在居民住宅、医院、计算机中心等场所使用。(3)对零线(PEN线)断线所带来的危害，即使采用了重复接地的措施，也

不能完全消除。（4）若碰壳设备容量较大、距离电源较远，相线与零线回路电阻较大，短路电流较小，保护装置不能迅速动作，故障设备电源不能及时切除，PEN线和设备金属外壳就会长期带电。虽采用重复接地，但仍不能完全消除危险。（5）由于零线（PEN线）不允许切断，不能作电气隔离，故在电气检修时可能因零线对地带电压而引起人身伤亡事故。（6）容易将相线和零线接错，或者因互换而引起设备外壳带电。在同一系统中，容易出现保护接地与接零同时存在的情况［4］。等等。由于上述原因，《住宅设计规范》（GB50096—1999）规定了居民住宅应采用TT系统（三相四线制、接地保护系统）、TN—C—S系统（部分接零、部分为三相五线制）或TN—S系统（三相五线制系统），并进行总等电位连接。7、接地与接零保护混合使用问题在同一低压配电系统中，不允许将接零保护与接地保护混合使用。否则当采取接地保护的设备接发生漏电而熔断器未及时熔断时，会使整条零线上出现危险的电压，从而使所有接零设备的金属外壳也同时出现危险电压，如图8所示。采用第3节中的数据，则该电压可达110V。IE零线电位升高BIECI3A夕卜壳接零IEIEIE零线电位升高BIECI3A夕卜壳接零IEIERoD1_□Rd8、TN-S系统的优点及实际应用TN-S系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。N可单独用作单相负载回路。

8、现场实际应用在目前化工企业中，低压配电系统大多采用TN-S系统，只有个别旧的小配电室采用TN-C系统。以现场电动机为例，从MCC室配出四芯动力电缆至电动机接线盒，分别为A、B、C三相及PE线，且电动机外壳直接接地，如图9所示。图中貌似TN-S和TT系统的混合体，其实不然，电动机外壳的接地线已通过地网与中性点相连，而TT系统的接地线与电源中性点是没有任