探析建筑电气工程中低压配电系统接地保护

摘要：目前在建筑电气设计与施工中仍存在接地形式杂乱、接地手法欠合理、剩余电流保护器（RCD）接线错误等问题，电气事故时有产生。 本文探析建筑电气工程中低压配电系统接地保护。

关键词：低压配电系统；接地；保护

中图分类号：F407.6文献标识码：A

低压配电系统的保护包含过电流保护（短路保护与过负载保护）、断相保护、低电压保护（欠压与失压保护）、接地故障保护。在不同的应用场合，应按照规范要求装设不同的保护，如《低压配电设计规范》GB50054-2011规定，“配电线路应装设短路保护、过负载保护与接地故障保护，作用于切断供电电源或出现报警信号”；低压配电系统的每个有关的低压电器之间该有较好的特性配合，以准确的施展各个低压电器的不同功能。如《低压配电设计规范》要求“配电线路采取的上下级保护电器，其动作应该具有选择性。”另外，完善的保护，除了准确地装设与设置保护电器之外，还应使配电系统中有关导体、连接件的安装、选型和保护电器相配合，满足各种状态下的动热稳固要求。随着制造技术的迅速发展，低压断路器的性能和功能也越来越先进与完善。如今在民用建筑的配电系统中，已经普遍地应用低压断路器来实现配电系统的各种维护功能。因此怎样准确地选用低压断路器对低压配电的设计十分重要。[1]

1、接地故障保护

1.1充足利用线路设计中的过电流作为接地保护

采取这种的方法，充足利用所控制的断路器，不需添加别的任何设备，便可以简略的实现了低压配电系统的接地安全性，但是这种方式需要具备严格的技术实行，与规范的运行时间，在故障产生的第一时间，以便于断路器可以切断故障电流的缓冲时间。

1.2充足利用零序电流，让其成接地故障保护的关键

在基尔霍夫定律中，任何节点的复电流的代数与加起来为零。假设没有出现接地故障，电气设备或者电气系统也没有产生电力泄露，如此，在三相电流中，当矢量与在三相负荷中达到真正平衡时，I0=0.而三相负荷难以平衡时，I0=TN,如果有一个地方产生了基地故障，那么此地定会发生一个接地故障的电流，且为单相接地电流。在这种情形下，零序电流等于三相不平衡电流与接地故障时候产生的故障电流之与。因此能用零序电流来完成对接地故障保护的目的，但在这应注意其中的动作电流小于等于三相不平衡电流。

1.3在TN系统中多产生金属性的故障短路，故障电流相对很大

要利用过负荷保护与短路保护，安装有关过电器，但特殊情形下，要采取漏电器保护。而相对来讲，TT系统中的故障电流则很难以准确计算，并且，TT系统中故障电流相对来说也比较小，以此，采取过电流的保护措施难以适合该灵敏度的高要求，然而这个系统能采取漏电保护器来完成对接地故障的保护工作。IT系统中，一般第一次接地产生故障时，故障电流量会相对很小，外边露出的导电部分故障电压也将会被限制在50V以内，不用断电，仅仅设置绝缘体的监控装置，并进行声光自动报警，以便能及时排出故障。

2、IT系统

IT系统具体是指电源中性点和大地不直接连接或者经阻抗接地，而电气装置的外露导电部分能直接接地，通过保护接地线和接地极连接。

IT 系统是三相三线式供电及接地系统，例如图1。该系统变压器（或发电机三相输出）中性点不接地或经高阻抗接地，无中性线N，只有线电压（380V），

无相电压（220V），电气设备保护接地线（PE 线）各自独立接地。

IT 系统在供电距离较近时，供电可靠性高，安全性好。如果一相产生接地

故障，通过熔断器等可以切断该相，其它两相就能正常供电。当中性点不接地系统单相接地电流超过规定值时，为了逃避发生断续电弧，避免引起过电压或导致短路，缩小接地电弧电流并使电弧容易熄灭，中性点应经消弧线圈接地。消弧线圈实际上就是电抗线圈。假设L1 相对地短路，由于中性点接地电抗的存在，感性对抗电流滞后90°，而线路分布电容电流超前90°，从而有效缩小了短路电流的电弧。[2]

图 1 IT 系统示意图

3、TT系统

TT系统具体指电力系统中有一点直接接地，电气设备的外露可接近导体通过保护接地线接至和电力系统地点无关的接地极。通常情形下装置内的外露可接近导电部分为地电位。

由于中性点直接接地，产生单相接地时，中性点对地电压为零，非接地的相

对地电压不产生变革。通过接地中性点形成单相短路，发生很大的短路电流，保

护单元动作切除故障线路，使系统的其他部分正常运行。

TT 供电系统(如图2 所示)由于没有配中性线N，不适应于有单相用电的通信设备。

图2 TT 供电系统示意图

4、TN系统

在TN 系统中，所有电气设备的外壳接到保护线(PE)上，和配电系统的中性点相连。国际标准IEC60364 规定，依据中性线和保护线是不是合并，系统分为下面3 种：TN－C、TN－S、TN－C－S。对电网来说，当铜导线截面积≤10 mm2时，必需采取TN－S 系统，而不许可采取TN－C 系统。

4.1TN－C

TN－C系统被称之为三相四线系统，该系统中性线N 和保护接地PE 相互结合，通称PEN 线。[3]

其优点为：

（1）TN－C 计划容易实现，节省了一根导线与保护电器可节省一极，下降设备的初期投资费用。

（2）产生接地短路故障时，故障电流大，可采取一个过电流保护器瞬时切断电源，保证人员生命与财产安全。

缺点为：

(1)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，电气设备的外壳与线路金属套管间有压降，对敏感性电子设备相当不利，在有爆炸危险的环境中会提升爆炸性的可能。

(2)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，可能加大事故范畴。

(3)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，不能有效地对人身与设备进行保护。

4.2TN－S

2TN－S是一个三相四线加PE 线的接地系统，该系统中性线N 和保护接地

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：

(1)正常时PE 线不通过负荷电流，实用于数据处置与精密电子仪器可能有危险容易爆炸场合。

(2)如果回路阻抗太高或者电源短路容量较小，需采取剩余电流保护装置RCD对人身安全与设备进行保护。

缺点为：

(1)由于了中性线的增长，初期投资较高。

(2)TN－S 系统相对地短路时，对地故障电压较高。

4.3TN－C－S

TN－C－S系统的特点系统组成，其优点为：

(1）实用于工矿企业供电，前面采取TN－C 系统可满足固定设备的须要，后端TN－S 可满足对电位敏感的电子设备的须要。

(2）民用建筑中，电源线路采取TN－C，进入建筑物后，采取TN－S 系统可保证TN－S 系统的优势。

5、结语

随着电气化的快速发展，很多的用电设备方便人们日常生活，同时也隐藏的些安全隐患直接影响到着人身安全，因此电气与该保护系统的安装已人们关注的焦点。在工业和民用装置低压配电系统的设计中，接地接地型式以和安全保护配置的应用在专业电气设计人员眼中应该得到高度重视，系统的选择是一个极其繁杂的进程，它需要综合斟酌用户需求、环境条件、负载类型、维护能力等因素。以此有关设计人员要有相对了解之后依据国家有关的铭文规定进行合理选择，以保证低压配电系统接地的安全可靠，同时还要对接地型式进行合理的保护配置，使得整个体统经济稳固的运行。

参考文献

[1] 齐维民．低压配电系统接地方式的探讨[J]．装备制造技术，2009(11)．

[2] GB50054―2011 低压配电设计规范．

[3]余健明，同向前，苏文成编.供电技术第3 版[M] .北京: 机械工业出版社，

2001.7.257pp.