浅谈建筑电气设计和施工中常见的低压接地系统

［摘要］本文结合建筑电气设计和施工的特点，简要分析了电气装置和弱电仪表接地型式，对工程设计和施工过程中常见低压接地系统的应用进行了总结。

［关键词］强电；弱电；接地型式；联合接地

1.概述

接地在电气技术中是指将电力系统或电气装置的某些导电部分，经接地线连接至“地”（通常指接地极）。是为保证电气设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施，一般来说，接地通过金属导线与接地装置连接来实现。常见的接地装置有：埋入地下的接地极、建构筑物中的等电位联结预埋板以及等电位连接端子盒等。而电子技术中的接地，可能与大地毫不相关，只代表电路中的一个等电位。如常见的电子电路图中那个三横的符号。接地系统的设计和施工不仅关系到设备的正常运行，还关系到生产过程中的人身安全，因此接地系统的设计和施工是建筑电气（强电）和弱电设计和施工中的重要组成部分。

2.电气（强电）接地

2.1电气施工中的接地分类

电气接地可以分为以下两种

功能性接地：为了保证设备（系统）的正常运行，或为了保证系统和设备达到正常的工作的要求而进行的接地，也称工作接地。例如变压器中性点接地、电压互感器一次绕组的中性点接地能保证一次系统中相对地电压测量的准确度等。

保护性接地：为了保证人身和设备的安全而进行的接地，其中又可以分为：（1）保护接地。电气装置外露导电部分和装置外导电部分在故障情况下可能带电压，为了降低此电压，减少对人身的伤害，把正常情况下不带电、而在故障情况下可能带电的电气设备外壳、支架和大地接连起来叫保护接地。保护接地的作用就是降低接地点的对地电压，避免人体触电危险。（2）过电压保护接地。为了防止过电压对电气装置和人身安全的危害而进行的接地，例如防雷接地。针对过电压的起因，电力系统必须采取防护措施以限制过电压幅值。如安装避雷线、避雷器、电抗器，开关触头加并联电阻等，以合理实施绝缘配合，确保电力系统安全运行。（3）防静电接地。为了消除静电对电气装置和人身安全的危害而进行的接地。

2.2建筑电气常用低压配电接地型式和保护配置

按照在实际低压配电系统中接地连接方式的不同，可将低压配电接地分为TN，TT，IT三种型式，而在建筑施工中常用到TN和TT这两种接地型式。

2.2.1TN系统

电力系统有一点直接接地，受电设备的外露可导电部分通过保护线与接地点连接。按中性线与保护线组合情况，又可分为以下三种型式：

（1）TN－C系统

工作零线（N）与保护零线（PE）共用，如图1所示。对于TN－C系统在设计和施工中应该注意：1）当电气设备相线碰壳，直接短路，短路电流较大，可采用一般过电流保护电器切断电源。2）PEN线不仅通过正常工作不平衡电流，还作安全保护线用。如果PEN线通过电器被单独开断或隔离，则正常工作时由于负荷不对称，造成零位偏移就可能使电气设备外露可导电部分带电；如果把PEN线同相线一起隔离或开断，本身不会有危险的，但一旦PEN极接点发生损坏，发生虚接现象，则如同断线一样也会造成严重人身安全事故。因此《低压配电设计规范》　GB50054-2011中严格规定“TN-C系统中不应将保护接地中性导体（PEN线）隔离，严禁将PEN线接入开关电器”。3）TN-C系统的缺点。PEN线断线：当三相四线制线路所接各相负荷不对称时（即使设计是平衡的，运行中也可能不平衡），会使断线点后零位偏移，除了引起各相电压大幅波动外，还会将断线点后PEN线上的高电位通过PEN线传到所有电气设备外露可导电部分（即使切断电源的设备也因为PEN不被隔离而带电），从而造成大范围的人身触电事故。所以PEN线应重复接地，然而重复接地也只能一定程度的降低接触电压，并不能从根本上消除危险。如果实行等电位联结来避免触电，不但耗资和安装工程量大，技术上也往往不能完全办得到。如为防止通过人体手到脚的电流通路引起触电，应将混凝土楼板钢筋和首层混凝土地面也列入等电位联结范围内。这对于预制钢筋混凝土楼板和首层混凝土面来说，技术上是较困难的，经济上也是不合理的。因此TN－C系统不推荐在工程中采用，事实上在现在的工程中也很少应用。

图1

（2）TN－S系统

TN-S系统中，整个系统的中性线（N）与保护线（PE）是分开的，如图2所示。对于TN－S系统，在设计和施工中应该注意：1）当电气设备相线碰壳，直接短路，故障电流大，可采用一般过电流保护电器切断故障线路。如线路较长，可在线路首端装设RCD切除故障线路。2）当N线断开，如三相负荷不平衡，中性点电位升高，但外壳无电位，PE线也无电位，这是区别于TN－C的重要特点，也是TN-S系统安全性好的重要原因.3）TN－S系统的N线不宜重复接地，因重复接地后对断N线保护设备故障不明显，且使干线首端不能装设RCD。PE线重复接地可进一步降低设备外壳和大地之间可能的故障电压，故推荐PE线重复接地。

TN－S系统是现在建筑电气工程中常用的接地型式，但配电主干线使用五芯低压电缆将加大有色金属消耗，增加工程投资，所以在同样保证安全运行的情况下通常采用下面所述的TN－C－S系统。

图2

（3）TN－C－S系统

TN－C－S系统，如图3所示，当PE线与N线从某点（一般为进构筑物处）分开后就不能再合并，且N线绝缘水平应与相线（L）相同。

对于TN－C－S系统设计和施工中应该注意：1）当电气设备发生单相碰壳，直接短路，短路电流较大，可采用一般过电流保护电器切断电源。如线路较长，可在线路首端装设RCD切除故障线路，但PEN段不能装设RCD，PE与N线分开段可采用RCD。2）PEN线严禁接入开关。3）PEN线在进构筑物处分开处应重复接地。如不重复接地，PEN线断线后系统情况同TN－C系统相同，而且断线点后N线上的高电位通过PE线传到所有电气设备外露可导电部分，从而造成大范围的人身触电事故。对此类由PE线引入的高电位所造成的触电事故，剩余电流型漏电保护电器将不起保护作用的。如分开处重复接地，故障情况就同TN－S系统，大大提高了安全性。

配电主干线使用四芯电缆有助于节约有色金属，减少工程投资，进入建筑物重复接地后PE和N线分开又可以满足配电安全要求，是现在较常采用的接地型式。

图3

2.2.2　TT系统

电源中性点直接接地，电气设备的外露导电部分用保护线接至与电源中性点接地无电气联系的接地板上，简称保护接地或接地制，如图4所示。TT系统设计和施工中应该注意：（1）TT系统发生接地故障时，故障电路内包含有外露导电部分接地极和电源接地极的接地电阻。与TN系统相比，TT系统故障电路阻抗大，故障电流小。因此在TT系统中推荐采用RCD做接地故障保护。（2）干线首端装设RCD，其后面线路中N线不应重复接地。（3）TT系统的N线断开后，三相负荷如不平衡，中性点电位将升高，使个别相线相电压升高，单相设备可能被烧毁。可安装断零开关，但缺点是：当某一用电设备单相碰壳而保护装置不灵敏时，由于中性点电位升高，会使所有断零开关动作，扩大了事故停电范围，故TT系统要求装设RCD，以弥补此缺点。（4）TT系统装设RCD，须采用四极（三相）和二极（单相），切断相线的同时切断中性线。（5）由城市公用低压线路供电的建筑物，应按照供电部门的规定确定是否采用TT系统，如采用TT系统，进线开关必须采用四极开关。

图4

3.弱电设计和施工中的接地

弱电设计和施工中的接地既有电气接地也有电子接地，但电子接地的“地”不一定是大地，其经典定义应是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。弱电施工中的接地除了是对人员安全、设备安全的考虑外，也是抑制干扰发生的重要手段。弱电控施工中的接地可以分为安全地、信号地、屏蔽地：

3.1安全地

也就是弱电施工中的电气接地。当设备由交流系统供电时，为了保证人身和电子设备的本身的安全，防止在发生接地故障时其外露导电部分上出现超过限值的危险的接触电压，外露导电部分应接保护线或大地，这种接地称为安全地。安全地应与电气设计中的接地型式相一致。

3.2信号地

为了使电子设备在工作时有一个统一的公共参考电位，这种接地称为信号地，属于电子设备中的功能性地。这个“地”，可以是大地，也可以是接地母线，总接地端子等。

信号地按照不同的分法也有很多名称，比如逻辑地、模拟地、交流地、直流地、功率地等等，其实很多是电子设备电路设计中按不同的元件或功能对PCB板上的地所作的称谓。在设计和施工中一般都已按照设备自身的特点在内部作了相应的接地连接。下面具体讨论一下常采用的几种接地方法，而在实际工程中可参照产品说明来实施。

3.2.1一点接地

将各设备中的各种信号地接至已接大地的接地排上，这种接地型式适用于频率低于1MHz的设备，具体工程实施办法可以参照《工业计算机监控系统抗干扰技术规范》CECS81：96第四章实施。

3.2.2多点接地

各设备的信号地分别以最短的接地线接至接地母线上，以降低各接地线的阻抗，减小各接地线之间的电感耦合及因存在分布电容而形成的电容耦合。

3.2.3浮地

信号地不与大地相连接。采用浮地首先是为了将设备与公共接地系统（信号地接大地通常使用公共接地系统）隔离公共接地系统的干扰，其次是为了防止不同设备在不同接地点接地后可能由地电位差引起环流的干扰。另外浮地还可以使不同电位间的电路配合变得容易。实现设备浮地的方法有变压器隔离和光电隔离。浮地的最大优点是抗干扰性能好。这是建筑电气中现场PLC站最常用的方式。浮地的缺点是由于设备不与大地相连，容易在两者间造成静电积累，当电荷积累到一定程度后，在信号地与大地之间的电位差可能引起剧烈的静电放电，而成为破环性很强的骚扰源。

3.3屏蔽接地

设备为了防止其内部或外部电磁感应或静电感应的干扰而对屏蔽体进行的接地。与信号地一样根据信号的频率高低可进行一点和多点接地，但不可以浮地。

4.联合接地

将建筑物内的电气设备的工作接地、保护接地、逻辑接地、屏蔽体接地、防静电接地以及建筑物防雷接地等共同接到接地系统，这种接地方式称为联合接地，采用联合接地时接地电阻不得大于1欧姆。但通过部分工程的施工实践，会发现由于有的弱电设备需要屏蔽，获得1欧姆的接地电阻值有困难，因此有部分弱电工程设备会单独接地而不做联合接地。

5.总结

从上述分析中可以看出，强电和弱电接地是相互联系的，盲目的将其分开和合在一起都是不正确的，而应该根据实际工程情况，结合设备和配电系统特点来设计和施工接地和保护方案，以达到接地安全可靠、投资节省合理、施工维护方便的最终目的。

参考文献

1、王厚余，著.《低压电气装置的设计安装和检验（第3版）》，中国电力出版社，2012年7月1日

2、《低压配电设计规范》GB50054-2011