浅论低压配电系统的安全供电

摘要：我国的民用系统绝大部分为低压配电系统，安全用电关系着每一个人的生命财产安全。本文简要介绍了低压配电的几种供电方式，并对由此可能引起的安全用电问题提出了自己粗浅的见解。

关键词：低压配电，接地，安全

中图分类号：TM642文献标识码： A

近几年，随着国家经济的快速发展，电力系统也获得了巨大的发展空间，尤其是低压配电系统，大量存在于现代民用建筑和工业领域，其供配电的可靠性对每个人的安全和工农业生产都起着巨大的作用，因此科学用电、安全用电需要引起我们每一个人的重视。

1 低压配电系统分类

国际电工委员会（IEC）标准规定系统接地为电源侧接地，保护接地为用电侧接地，同时根据系统接地与保护接地的不同组合方式，共可以分为以下几种情况：

1.1 IT系统

IT系统主要是电源侧系统不接地或者经高电阻接地，用电侧设备不带电的金属外壳部分直接接地的方式。其示意图如下：

IT系统可以有效限制故障设备的对地电压，在发生单相接地后，故障电流没有返回电源系统的通路，故障电流仅仅只是非故障相对地电容电流，其数值一般很小，不致引发其他事故，系统可以继续运行2小时，保护装置不需要立马启动切断电源，故此系统多适合于容易发生单相接地故障且对供电要求较高的场合。但由于IT系统没有中性线N，该系统只能提供线电压（380V），无法提供相电压（220V），这对于拥有大量单相用电设备的民用建筑是不适用的。

1.2 TT系统

TT系统主要是电源侧系统直接接地，用电侧设备不带电的金属外壳部分也直接接地的方式。其示意图如下：

TT系统一般有自己的接地装置。正常运行时，无论用电设备负荷是否平衡（负荷平衡时N线不带电，负荷不平衡时N线将带电运行），保护线PE均不会带电，设备外壳对地也不会产生电压。当发生单相接地故障时（设备金属外壳与相线短接），由于电源侧系统直接接地，这时故障电流将会经设备接地装置金属外壳，设备装置的接地装置（该装置的接地电阻需符合相关规范要求），大地以及电源中性点接地装置的接地电阻构成回路，此种接地方式导致了零线产生对地电压，且可能远远超过安全电压，当人体触及漏电设备的外壳或零线都可能发生危险，因此系统中要有快速切除接地故障的自动装置及其他措施，并保证零线没有触电的危险。并且这时候故障电流的大小跟流经通路的电阻有很大关系，故障电流往往比较小，当故障电流过小而无法启动保护设备时，需考虑其他保护方式。一般情况下供配电系统不直接单独使用TT系统。

1.3 TN系统

TN系统主要是电源侧系统中性点直接接地，同时通过一根实线（保护线、中性线）与所有用电侧设备不带电的金属外壳直接相连的方式，其主要原理是当设备的外绝缘被破坏时，短路电流通过相线经这根实线构成回路，产生较大的故障电流使保护装置快速启动。根据这根实线的性质TN系统又可以分为三种情况：

1.3.1 TN-C系统

此时，这根实线为保护线（PE）与中性线（N）合二为一成为PEN线，这种方式可以节省一根线，简单、经济，但当三相负荷不平衡时，PEN线上将有不平衡电流通过，在用电设备的金属外壳上将产生部分压降，特别是当PEN线断线时设备的外壳将是相电压，这对敏感的电子设备非常不利，尤其是在爆炸危险的粉尘、气体环境中会产生严重的影响。其示意图如下：

1.3.2 TN-S系统

在TN-S系统中，保护线PE与中性线N分开，用电设备不带电的金属外壳可直接接到PE线上，正常情况下如果三相用电负荷不平衡，则N线上将通过不平衡电流，PE线上将没有电流通过，此时与设备的金属外壳相连接的PE线不产生对地电压，此时用电设备是非常安全的。故此方式非常适用于敏感电子设备的供电，也可用于有爆炸危险的粉尘、气体环境中。但由于多了一根实线，此方式的费用较高。其示意图如下：

1.3.3 TN-C-S系统

在TN-C-S系统中，保护线PE与中性线N从电源系统开始合在一起还是PEN线，但从某一点开始将分为两根线，分开以后，N线对地绝缘。PE、N分开后的部分类似于TN-S系统，PE线上将没有电流通过，设备的金属外壳不产生对地电压，但分开前的PEN线部分产生的对地电压与整个线路的不平衡电流有着非常大的关系，一般情况下这种对地电压很难完全消除。此种供电方式兼顾了TN-C系统简单、经济和TN-S系统的安全性高的特点，但PE线与N线分开之后绝不允许再次合并。其示意图如下：

2 低压配电系统的接地故障保护

供电相线和电气设备或电气设备的装置外露可导电部分、电气装置外可导电部分、大地之间的短路，称为接地故障，为防止这种故障造成的危害而采用的保护叫做接地故障保护；接地故障保护的设置应能防止人身间接电击以及电气火灾、线路损害等事故。这就要求保护电器不仅要能切断接地故障电流，而且应在规定的时间内切断。根据GB-50054《低压配电设计规范》第4.4.7条对切断接地故障回路的时间要求如下：

1、配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5s；

2、供电给手握式电气设备和移动式电气设备的末端线路或插座回路不应大于0.4s。

对于TN配电系统，当发生金属性接地故障时，故障电流将通过PEN线或PE线，由于保护线的电阻较小，因此故障电流比较大，此时保护线路和设备的断路器或熔断器等电流保护装置元件一般会迅速启动，一般情况下比较容易满足GB50054对切断故障的时间要求，在这种情况下可以利用断路器等过电流保护装置兼作接地故障保护。对于TN配电系统的非金属性接地故障或TT配电系统及IT配电系统的接地故障，由于故障电流流过的接地电阻较大，接地故障电流值一般较小，有时无法达到断路器等保护元件瞬动的电流值要求，保护设备无法及时启动，此时可由反时限脱扣器来保护，但切断故障电流的时间可能较长，无法满足GB50054规范的要求，这时，可以采用零序保护或漏电电流动作保护。

3 重复接地的保护作用

重复接地是指将保护线的一点或多点与接地装置再次做可靠的电气连接。根据JGJ16《民用建筑电气设计规范》规定，当供电系统采用TN-C-S系统时，当保护导体与中性导体从某点分开后不应再合并，且中性导体不应再接地；对于架空线和电缆线路的接地应符合下列规定：在低压TN系统中，架空线路干线和分支线的终端的PEN导体或PE导体应重复接地。电缆线路和架空线路在每个建筑物的进线处，宜按本规范第12.2.2条的规定作重复接地。在装有剩余电流动作保护器后的PEN导体不允许设重复接地。除电源中性点外，中性导体(N)，不应重复接地。低压线路每处重复接地网的接地电阻不应大于10Ω。在电气设备的接地电阻允许达到10Ω的电力网中，每处重复接地的接地电阻值不应超过30Ω，且重复接地不应少于3处。

对于IT系统，由于电源中性点不接地或经高阻抗接地，设备的金属外壳通过保护线与接地装置连接，当保护线断线且此时发生单相故障时故障电流将通过人体与电网和大地形成的分布电容构成回路，对人身产生重大安全影响，重复接地后由于保护线的电阻远小于人体电阻，绝大部分故障电流将通过重复接地的保护线装置从而对人身安全进行保护；TT系统重复接地的保护原理类似，不同的地方是故障电流将通过保护线、接地装置、大地经电源系统的接地装置构成回路；对于TN-S系统，进行重复接地以后，如果接地故障发生在保护线断线之前，那保护电器仍然会快速启动，如果发生在断线之后，此时该保护系统将由之前的TN-S系统转换为TT系统。对于TN-S系统，由于与设备外壳相连的均是保护线PE，故重复接地仅仅是PE线的重复接地，中性线N不可以和PE线同时做重复接地。

4 结束语

综上所述，在低压配电系统中，TN、TT、IT系统有各自的优缺点和实用范围，同时不同的低压配电系统供电方式对应不同的保护电器，在具体的工程设计中，一定要根据用电对象的不同，以相关的行业规范和标准为指导，选用合理的低压配电系统接地方式和保护方式，确保供电安全、可靠，提高用电水平。

参考文献

【1】王厚宇.低压电气装置的设计安装和检验，中国电力出版社，2003

【2】JGJ16-2008，民用建筑电气设计规范

【3】GB50054-2011，低压配电设计规范