低压配电系统接地保护的分析

摘要：交流低压配电接地系统是配电系统中很重要的组成部分，能否正确选用直接影响到整个系统的可靠性和安全性。目前在建筑电气设计和施工中仍存在接地形式混乱、接地做法欠合理、剩余电流保护器（RCD）接线错误等问题，电气事故时有发生。

关键词：低压配电系统；接地；保护

一、低压配电系统的接地形式

（一） IT系统

电源端带电部分不接地或经高电阻、电抗或阻抗接地，而用电设备外露导电部分直接接地。IT系统供电的可靠性高、安全性好，适用对不间断供电要求高的某些场所，如重要的连续生产装置。近几年逐步应用于医院手术室等重要场所的动力和照明系统。

（二）TT系统

电源中性点直接接地，电气设备的外露导电部分接至与电源中性点接地无电气联系的接地极上。该系统中性线N和PE线没有电的联系，在正常运行时，N线带电情况下，PE线不会带电。

TT系统可适用于用电设备容量小且很分散的农村居住区。个别城市由公用低压线路供电的用户，按供电部门的规定亦采用TT系统。

（三）TN系统

在TN系统中，所有电气设备的外壳接到保护线(PE)上，与配电系统的中性点相连。国际标准IEC60364规定，根据中性线与保护线是否合并，系统分为以下3种：TN－C、TN－S、TN－C－S。对电网来说，当铜导线截面积≤10 mm2时，必须采用TN－S系统，而不允许采用TN－C系统。

1.TN－C系统的特点系统组成如图1所示，TN－C系统被称之为三相四线系统，该系统中性线N与保护接地PE合二为一，通称PEN线。其优点为：a.TN－C方案易实现，节省了一根导线和保护电器可节省一极，降低设备的初期投资费用。b.发生接地短路故障时，故障电流大，可采用一个过电流保护器瞬时切断电源，保证人员生命和财产安全。缺点为：a.线路中有单相负荷或三相负荷不平衡，且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，在有爆炸危险的环境中会引起爆炸。b. 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。c.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)，因此有绝缘故障时，不能有效地对人身和设备进行保护。

2.TN－S是一个三相四线加PE线的接地系统，该系统中性线N与保护接地线PE除在变压器中性点共同接地外，不再有任何的电气连接。其优点为：a.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及有危险易爆炸场合。b.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。缺点为：a.由于增加了中性线，初期投资较高。b.TN－S系统相对地短路时，对地故障电压较高。

3.TN－C－S系统的特点系统组成如图3所示，其优点为：a.适用于工矿企业供电，前面采用TN－C系统可满足固定设备的需要，后端TN－S可满足对电位敏感的电子设备的需要。b.民用建筑中，电源线路采用TN－C，进入建筑物后，采用TN－S系统可确保TN－S系统的优点。

二、接地故障保护

为了防止人身间接电击及电气火灾、线路损坏等事故，还应设置能自动切断故障电路的保护措施，即接地故障保护。接地故障保护电器的选择应根据配电系统的接地形式（TN、TT、IT系统），移动式、手握式或固定式电气设备的使用情况，以及电气回路中保护线截面确定。在电气装置或建筑物内，不论采用何种接地系统，都要实施总等电位联结。总等电位联结的作用是使各外露导电部分与地面的电位趋于接近，不存在电位差，从而降低接触电压，另外还能消除或降低自外部导入的危险电压。

（一）TT系统的接地故障保护

TT系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下式

RAIa≤50V

式中RA――外露导电部分所接接地极和PE线电阻之和(Ω)；

Ia――保证保护电器切断故障回路的动作电流(A)。

由于TT系统的故障电流不易准确计算，长延时过电流保护Ia值实际上难以确定，而TT系统的故障电流较小，过电流保护难以满足灵敏度要求，因此TT系统中应采用漏电保护器作接地故障保护。

（二）IT系统的接地故障保护

IT系统发生第一次一相接地故障时，故障电流为另两相对地电容电流的相量和，故障电流很小，外露导电部分的故障电压限制在50 V及以下，不需要中断供电，只需设置绝缘监视装置进行声光报警，以便尽快排除故障。

第一次接地故障时保护电器动作特性应符合下式RAId≤50V

式中RA――外露导电部分所接接地极的接地电阻(Ω)；

Id――发生第一次接地故障时的故障电流(A)。

当发生第二次异相接地故障时，当IT系统外露导电部分为单独接地，其防电击要求和TT系统相同；若外露导电部分为共同接地，其防电击要求和TN系统相同。

（三）TN系统的接地故障保护

TN系统配电线路接地故障保护的动作特性应符合下式

ZsIa≤Uo

式中Zs――接地故障回路阻抗(Ω)；

Ia――保证保护电器在表1规定的时间内自动切断故障回路的电流(A)；

Uo――相线对地标称电压(V)。

TN系统的接地故障多为金属性短路，故障电流较大，可利用作过负荷保护和短路保护的过电流保护电器(熔断器、低压断路器)，兼作接地故障保护。但在某些情况下，如线路长、导线截面小的情况，过电流保护电器常不能满足表1要求，则应采用漏电保护器作接地故障保护。

三、漏电断路器（RCD）选择与配置

（一）额定动作电流In的选择

1.确定在配电系统末端选用RCD的电击能量（电能x时

间）的安全界限为30mA•s。仅有一级保护时，In≤Vr/Rs，式中Vr为

安全接触电压，干燥场所取56V，潮湿场所取25V，特别潮湿场所取

2.5V；Rs为设备外露导电部分接地电阻；In为RCD额定漏电动作

电流。有多级漏电保护时：Inl≥3 In2，t1≥tfd，式中Inl为上一级RCD

额定动作电流；In2为下一级RCD额定动作电流；tl为上一级RCD

可返回的时间；tfd为下一级RCD合、分断时间。

2.系统的正常泄漏电流Ig要小于RCD额定动作电流In，且In≥4Ig。实际设计时参数的选取：①对于民用单相线路In≥Imax/3000。②对于照明总干线或支干线In≥Imax/2000。③对于三相四线制动力系统In≥Imax/1000，上式中Imax为线路最大供电电流。

（二）RCD动作电流的选择

可按JGJ/T16-92第14.3.H条选择，在此只增设一条，为防止电气火灾，除在电气设备侧装设RCD，应在电源进线端装设RCD，作为后备保护，RCD三级选择原则为：①分支线及线路末端用电设备选择RCD，取In=30mA，t≤0.1s。②支线选择RCD，In=300mA，t≤0.3s。③干线选择RCD，In＜1000mA，t≤1s。