淺淡低壓配電系統接地形式的選擇

【摘要】本文對低壓配電系統的接地形式、以及在設計、施工、驗收、運行維護中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析說(shuō)明。并對各種低壓配電接地系統優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。提出如何通過(guò)有效的低壓配電接地系統，提高低壓配電網(wǎng)供電可靠性，減少用電設備的損壞、甚至發(fā)生嚴重人身傷害的后果，從而提高低壓電網(wǎng)的可靠性，保證設備與人身安全。

引 言 目前我市低壓配電系統的主要接地形式只有一種TN-C 接地方式?，F在用戶(hù)的用電設備品種越來(lái)越多，有的用電設備對電壓的要求很高。這種方式在發(fā)生低壓線(xiàn)路中性線(xiàn)斷線(xiàn)時(shí)，常會(huì )燒壞用戶(hù)的電氣設備;或者在配電變壓器負荷三相不平衡時(shí)、電壓有波動(dòng)時(shí)，引起部分用戶(hù)的敏感性電子設備燒壞。

為提高供電可靠性，更好的為用戶(hù)服務(wù)，在設計中能根據不同用戶(hù)、不同電氣裝置的特性、不同運行條件和要求、維護能力的大小，綜合用戶(hù)、專(zhuān)變用戶(hù)的要求及設計安裝人員的意見(jiàn)，因地制宜地選用接地方式，在施工、驗收、運行等工作中，加強對接地系統的維護，就可以減少事故的發(fā)生，提高優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。

一、 低壓接地系統的基本方式及特點(diǎn)

現低壓接地系統常用有五種形式為; TN-C、 TN-S、 TN-C-S、IT、TT，其各自的特點(diǎn)如下。

1、 TN 方式供電系統

1) TN 方式供電系統是將電氣設備的外露導電部分與工作中性線(xiàn)相接的保護系統，稱(chēng)作接零保護系統，用 TN 表示。它的特點(diǎn)如下：

1)當電氣設備的相線(xiàn)碰殼或設備絕緣損壞而漏電時(shí)，實(shí)際上就是單相對地短路故障，理想狀態(tài)下電源側熔斷器會(huì )熔斷，低壓斷路器會(huì )立即跳閘使故障設備斷電，產(chǎn)生危險接觸電壓的時(shí)間較短，比較安全。

2) TN 系統節省材料、工時(shí)，應用廣泛。

3)TN 方式供電系統中， 國際標準IEC60364規定，根據中性線(xiàn)與保護線(xiàn)是否合并的情況，TN系統分為如下三種：□ TN-C□ TN-S□ TN-C-S

TN-C 方式供電系統

本系統中，保護線(xiàn)與中性線(xiàn)合二為一，稱(chēng)為PEN線(xiàn)。如圖1所示。

圖 1 TN—C系統，整個(gè)系統的中性線(xiàn)與保護線(xiàn)是合一的

優(yōu)點(diǎn)：TN-C方案易于實(shí)現，節省了一根導線(xiàn)，且保護電器可節省一極，降低設備的初期投資費用;發(fā)生接地短路故障時(shí)，故障電流大，可采用一過(guò)流保護電器瞬時(shí)切斷電源，保證人員生命和財產(chǎn)安全

缺點(diǎn)：線(xiàn)路中有單相負荷，或三相負荷不平衡，及電網(wǎng)中有諧波電流時(shí)，由于PEN中有電流，電氣設備的外殼和線(xiàn)路金屬套管間有壓降，對敏感性電子設備不利;PEN線(xiàn)中的電流在有爆炸危險的環(huán)境中會(huì )引起爆炸;PEN線(xiàn)斷線(xiàn)或相線(xiàn)對地短路時(shí)，會(huì )呈現相當高的對地故障電壓，可能擴大事故范圍;TN-C系統電源處上使用漏電保護器時(shí)，接地點(diǎn)后工作中性線(xiàn)不得重復接地，否則無(wú)法可靠供電。

TN-S 方式供電系統

本系統中，保護線(xiàn)(PE)和中性線(xiàn)(N)嚴格分開(kāi)，稱(chēng)作 TN-S 供電系統。如圖2所示。

圖2TN—S系統，整個(gè)系統的中性線(xiàn)與保護線(xiàn)是分開(kāi)的

優(yōu)點(diǎn)：正常時(shí)即使工作中性線(xiàn)上有不平衡電流，專(zhuān)用保護線(xiàn)上也不會(huì )有電流。適用于數據處理和精密電子儀器設備，也可用于爆炸危險場(chǎng)合;民用建筑中，家用電器大都有單獨接地觸點(diǎn)的插頭，采用TN-S系統，既方便，又安全;如果回路阻抗太高或者電源短路容量較小，需采用剩余電流保護裝置RCD對人身安全和設備進(jìn)行保護，防止火災危險;TN-S 系統供電干線(xiàn)上也可以安裝漏電保護器，前提是工作中性線(xiàn)N線(xiàn)不得有重復接地。專(zhuān)用保護線(xiàn)PE 線(xiàn)可重復接地，但不可接入漏電開(kāi)關(guān)。

缺點(diǎn)：由于增加了中性線(xiàn)，初期投資較高; TN-S系統相對地短路時(shí)，對地故障電壓較高。

TN-C-S 方式供電系統

本系統是指，如果前部分是 TN-C方式供電，但為考慮安全供電，二級配電箱出口處，分別引出 PE 線(xiàn)及N線(xiàn)，即在系統后部分二級配電箱后采用 TN-S 方式供電，這種系統總稱(chēng)為 TN-C-S 供電系統。如圖 3 所示。

圖 3 TN—C—S系統，系統有一部分中性線(xiàn)與保護線(xiàn)是合一的

優(yōu)點(diǎn)：工作中性線(xiàn) N 與專(zhuān)用保護線(xiàn) PE 相聯(lián)通，如圖2-3 聯(lián)通后面 PE 線(xiàn)上沒(méi)有電流，即該段導線(xiàn)上正常運行不產(chǎn)生電壓降;聯(lián)通前段線(xiàn)路不平衡電流比較大時(shí)，在后面 PE 線(xiàn)上電氣設備的外殼會(huì )有接觸電壓產(chǎn)生。因此，TN-C-S 系統可以降低電氣設備外露導電部分對地的電壓，然而又不能完全消除這個(gè)電壓，這個(gè)電壓的大小取決于聯(lián)通前線(xiàn)路的不平衡電流及聯(lián)通前線(xiàn)路的長(cháng)度。負載越不平衡，聯(lián)通前線(xiàn)路越長(cháng)，設備外殼對地電壓偏移就越大。所以要求負載不平衡電流不能太大，而且在 PE 線(xiàn)上應作重復接地;一旦PE 線(xiàn)作了重復接地，只能在線(xiàn)路末端設立漏電保護器，否則供電可靠性不高;對要求PE 線(xiàn)除了在二級配電箱處必須和 N 線(xiàn)相接以外，其后各處均不得把PE 線(xiàn)和 N 線(xiàn)相聯(lián)，另外在 PE 線(xiàn)上還不許安裝開(kāi)關(guān)和熔斷器;民用建筑電氣在二次裝修后，普遍存在 N 線(xiàn)和 PE 線(xiàn)混用的情況，混用后事實(shí)上使TN-C-S系統變成TN-C系統，后果如前敘。鑒于民用建筑的N 線(xiàn)和 PE 線(xiàn)多次開(kāi)斷、并聯(lián)現象嚴重，形成危險接觸電壓的情況機會(huì )較多，在建筑電器的施工與驗收中需重點(diǎn)注意。

2、 IT 方式供電系統

系統的電源不接地或通過(guò)阻抗接地，電氣設備的外殼可直接接地或通過(guò)保護線(xiàn)接至單獨接地體。如圖 4 所示。

圖4 I

T系統

優(yōu)點(diǎn)：運用 IT 方式供電系統，由于電源中性點(diǎn)不接地，相對接地裝置基本沒(méi)有電壓。電氣設備的相線(xiàn)碰殼或設備絕緣損壞時(shí)，單相對地漏電流較小，不會(huì )破壞電源電壓的平衡，一定條件下比電源中性點(diǎn)接地的系統供電可靠; IT 方式供電系統在供電距離不是很長(cháng)時(shí)，供電的可靠性高、安全性好。一般用于不允許停電的場(chǎng)所，有連續供電要求的地方，例如醫院的手術(shù)室、地下礦井、煉鋼爐、電纜井照明等處。

缺點(diǎn)：如果供電距離很長(cháng)時(shí)運用 IT 方式供電，從圖 3-1 可見(jiàn)，電氣設備的相線(xiàn)碰殼或設備絕緣損壞而漏電時(shí)，由于供電線(xiàn)路對大地的分布電容會(huì )產(chǎn)生電容電流，此電流經(jīng)大地可形成回路，電氣設備外露導電部分也會(huì )形成危險的接觸電壓;TT 方式供電系統的電源接地點(diǎn)一旦消失，即轉變?yōu)镮T 方式供電系統，三相、二相負載可繼續供電，但會(huì )造成單相負載中電氣設備的損壞;如果消除第一次故障前，又發(fā)生第二次故障，如不同相的接地短路，故障電流很大，非常危險，因此對一次故障探測報警設備的要求較高，以便及時(shí)消除和減少出現雙重故障的可能性，保證IT系統的可靠性。

3、TT 方式供電系統

本系統是指，電力系統中性點(diǎn)直接接地，電氣設備外露導電部分與大地直接聯(lián)接，而與系統如何接地無(wú)關(guān)。專(zhuān)用保護線(xiàn)(PE線(xiàn))和工作中性線(xiàn)(N線(xiàn))分開(kāi)，PE線(xiàn)與N線(xiàn)沒(méi)有電的聯(lián)系。正常運行時(shí)，PE線(xiàn)沒(méi)有電流,N線(xiàn)可以有電流。在 TT 系統中負載的所有接地均稱(chēng)為保護接地，如圖 5所示。

圖 5 TT系統整個(gè)系統中性線(xiàn)與保護線(xiàn)是分開(kāi)的

優(yōu)點(diǎn)： TT 供電系統中當電氣設備的相線(xiàn)碰殼或設備絕緣損壞而漏電時(shí)，由于有接地保護，可以減少觸電的危險性;電氣設備的外殼與電源的接地無(wú)電氣聯(lián)系，適用于對電位敏感的數據處理設備和精密電子設備;故障時(shí)對地故障電壓不會(huì )蔓延。

缺點(diǎn)：短路電流小，發(fā)生短路時(shí)，短路電流保護裝置不會(huì )動(dòng)作，易造成電擊事故;受線(xiàn)路零序阻抗及接地處過(guò)渡電阻的影響，漏電電流可能比較小，低壓斷路器不一定能跳閘，會(huì )造成漏電設備的外殼對地產(chǎn)生高于安全電壓的危險電壓,一般需要設漏電保護器作后備保護;由于各用電設備均需單獨接地，TT 系統接地裝置分散、耗用鋼材多、施工復雜較為困難; TT 供電系統在農村電網(wǎng)應用較多，一相一地的偷電方式，是電源出口處漏電保護器頻繁動(dòng)作的主要原因;如果工作中性線(xiàn)斷線(xiàn)，健全相電氣設備電壓升高，會(huì )造成成批電器設備損壞。因此《架空絕緣配電線(xiàn)路設計技術(shù)規程 DL/T 601—1996》中10.7規定： 中性點(diǎn)直接接地的低壓絕緣線(xiàn)的中性線(xiàn)，應在電源點(diǎn)接地。在干線(xiàn)和分支線(xiàn)的終端處，應將中性線(xiàn)重復接地。三相四線(xiàn)供電的低壓絕緣線(xiàn)在引入用戶(hù)處，應將中性線(xiàn)重復接地。

三、目前我市低壓接地系統的主要形式及存在的問(wèn)題

目前我市區低壓接地系統的主要形式都是從配電變壓器的樁頭上，將中性線(xiàn)與變壓器的外殼接在一起，將其直接接地，這根中性線(xiàn)一直到用戶(hù)表計處，再把保護線(xiàn)與中性線(xiàn)分開(kāi)裝在兩個(gè)銅排上，有的利用樓房?jì)冉ㄔO時(shí)留下的接地點(diǎn)進(jìn)行連接，在施工中也沒(méi)有人對其接地網(wǎng)情況進(jìn)行接地電阻測量，有很多接地電阻是不合格的;有的在施工中就是把中性線(xiàn)分別接在接地和中性線(xiàn)銅排上，就是加了接地線(xiàn)，也從來(lái)沒(méi)有人對其進(jìn)行維護和檢查，沒(méi)有運行維護責任人，正常情況下，都是可以送電、運行的。這種運行方式就是我們上面講的TN—C接地系統。多年來(lái)常因接地系統問(wèn)題,發(fā)生家用電器壞,而起賠償事件,優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平也受到了一定的影響。

在這種TN—C接地系統的使用中，我們會(huì )常發(fā)生因中性線(xiàn)的搭頭線(xiàn)在銅鋁搭接時(shí)，沒(méi)有使用銅鋁過(guò)渡線(xiàn)夾，時(shí)間長(cháng)了產(chǎn)生銅鋁氧化接觸不良現象;有的搭頭聯(lián)接時(shí)間長(cháng)了會(huì )有松動(dòng)現象，而產(chǎn)生發(fā)熱，形成斷線(xiàn)故障;有接地體時(shí)間長(cháng)了接地電阻達不到要求，而產(chǎn)生故障;有因接地線(xiàn)被盜而產(chǎn)生整個(gè)線(xiàn)路沒(méi)有接地點(diǎn)現象;或有電網(wǎng)的系統電壓產(chǎn)生變化，而引起用戶(hù)電壓升高;中性線(xiàn)因外力破壞，而引起斷線(xiàn);這些問(wèn)題都會(huì )引起燒壞用戶(hù)設備事故。

這就是我們經(jīng)常因發(fā)生有低壓線(xiàn)路中性線(xiàn)斷線(xiàn)，而常常會(huì )燒壞用戶(hù)的電氣設備，或者在配電變壓器負荷三相不平衡時(shí)，電壓會(huì )有上下波動(dòng)，從而引起部分用戶(hù)的敏感性電子設備燒壞的原因。

四、對策與措施

從以上各接地系統優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行的分析情況來(lái)看，因IT 方式供電系統和TT 供電系統，在供電低壓線(xiàn)路上使用時(shí)，當線(xiàn)路發(fā)生故障，用電設備會(huì )產(chǎn)生危險電壓，對人身的安全有危險性，所有供電線(xiàn)路不建議使用。我們只從TN-C 、TN-S、TN-C-S三種供電系統方式中來(lái)選擇。

現常使用的低壓配電系統接地形式為T(mén)N-C供電系統方式，其存在的問(wèn)題在上面以說(shuō)過(guò)，所以今后在新上配電變壓器設計時(shí),可以根據配電變壓器的主要低壓負荷是什么,對電壓、供電可靠性有什么要求等，對不同的變壓器使用要求，設計不同的低壓接地方式;對于用戶(hù)有大功率的起動(dòng)電流時(shí)，應要求用戶(hù)安裝軟起動(dòng)設備，保證其不對供電網(wǎng)的電壓有較大的影響;對于新上的公用配電變壓器可以采用一些TN-S接地系統，利用從變壓器出口就增加一根保護線(xiàn)的方法，來(lái)加強對設備的保護,如試點(diǎn)運行良好的，可加大使用這種方法;在現有情況下，可以對一些重要低壓用戶(hù),在其進(jìn)線(xiàn)外的低壓分支箱處把TN—C接地系統改為T(mén)N—C-S接地系統,并增加接地棒,保證其供電可靠性。

在施工單位施工過(guò)程中，要嚴格按照設計要求進(jìn)行施工，要充分認識到低壓接地系統對供電線(xiàn)路的影響，不緊要對線(xiàn)路上的變壓器、開(kāi)關(guān)、電纜等處的接地體進(jìn)行測量接地電阻，也要對用戶(hù)電表箱處、低壓分支箱處的接地網(wǎng)、接地體進(jìn)行接地電阻測量，保證接地系統完好。

在對新設備驗收時(shí)，要請用戶(hù)對樓房整體的接地網(wǎng)進(jìn)行測量接地電阻，并出具試驗報告;要加強對線(xiàn)路接地系統的驗收;對接地線(xiàn)的搭頭要進(jìn)行抽查，是否有螺絲松動(dòng)，接觸不良現場(chǎng);線(xiàn)路中的銅鋁接頭處，是否用了銅鋁過(guò)渡線(xiàn)夾進(jìn)行過(guò)渡等;其接地系統的施工是否安照設計要求施工。

運行人員在日常運行維護中，要加強對接地系統中的搭頭處的發(fā)熱情況定時(shí)進(jìn)行紅外測溫，有發(fā)熱情況要及時(shí)處理;對配變負荷、電壓要進(jìn)行測量，保證變壓器三相負荷基本平衡，防止用戶(hù)電壓有較大波動(dòng)，建立接地體(網(wǎng))的臺帳，定期對線(xiàn)路上所有的接地體、接地網(wǎng)進(jìn)行測量，對不合格的接地及時(shí)進(jìn)行處理。對線(xiàn)路的銅鋁接頭處進(jìn)行檢查，對沒(méi)有用銅鋁過(guò)渡線(xiàn)夾進(jìn)行聯(lián)接的，要安排計劃進(jìn)行更換處理。

要加強對廣大用戶(hù)的教育宣傳工作，在居民建筑修理房屋過(guò)程中，人們對電氣改造時(shí)，普遍存在 N 線(xiàn)和 PE 線(xiàn)混用的情況，混用后事實(shí)上使TN-C-S系統變成TN-C系統。使民用建筑的N 線(xiàn)和 PE 線(xiàn)多次開(kāi)斷、并聯(lián)現象嚴重，形成危險接觸電壓的情況機會(huì )較多;同時(shí)對銅線(xiàn)和鋁線(xiàn)的混用情況也很多，時(shí)間一長(cháng)，就會(huì )產(chǎn)生銅鋁氧化，形成接觸不良，產(chǎn)生中性線(xiàn)或保護線(xiàn)斷線(xiàn)現象，在房屋的施工與驗收中要重點(diǎn)注意。

五、結束語(yǔ)

通過(guò)以上分析表明，對于選擇TN-C 、TN-S、TN-C-S三種供電接地系統方式中的那一種，作為供電線(xiàn)路的接地方式，要根據電氣裝置的特性、運行條件和要求以及維護能力的大小，綜合用戶(hù)和設計安裝人員的意見(jiàn)因地制宜地選用。只要符合安裝和運行規范要求，三種接地系統方式都可以使用，但根據淮安市區的實(shí)際情況，本人認為有步驟的開(kāi)展使用TN-S接地系統更好一點(diǎn)。同時(shí)為保證最大的安全性和靈活性，本人認為三種接地系統可以按配電變壓器為一個(gè)單位，同時(shí)應用在同一地區的供電電網(wǎng)中。

在做好接地系統方式選擇的同時(shí)，我們在日常工作中應加強對低壓接地系統的重視，在設計、施工、驗收、運行維護等工作中，要認真對待，提高供電可靠性，少減因接地系統的故障而引起的用戶(hù)燒壞家用電氣的事故。