自动化控制系统的低压接地
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【摘要】：本文首先论述了常见低压接地系统，然后分析了等电位联结和共用接地系统，供相关工作人员参考。
中图分类号：P415.1+3 文献标识码：A 文章编号：
一、常见低压接地系统
目前国际上常见的低压系统供电制式主要有TT 系统、IT 系统及TN 系统，它们是以交流低压配电系统中性点接地方式及用电设备外漏导电部分和设备金属外壳的接地方式不同进行划分的，其名称的各个字母含义可查阅国家相关规范。我国企业低压供电制式主要采用TN 系统，TN 供电系统又分为TN-C 系统、TN-S 系统、TN-C-S 系统。
1)TN-C 系统又被称之为三相四线制系统，如图1所示。该系统中性线N 与保护接地PE 合二为一，通称PEN 线。这种供电系统简单经济，由于N 线和PE 线合二为一，因此在电缆敷设时可以省一根线。同时，由于其结构相对简单，因此在我国经济技术还较为落后的时期，可以迅速推广，统一规范，对我国的低压配电系统建设起到了积极作用。该系统对接地灵敏度高，一旦出现单相碰壳故障，可瞬间在故障线路上产生很大电流以使保护装置( 如断路器、熔断器) 动作切断电路，有效保护人员安全。然而，其缺点也较为明显，一旦PEN线断开，若发生碰壳事故将会使系统内的设备外壳带220 V 电，远远高于国家规定的50 V 安全电压，容易引起电击事故。同时，在三相不平衡的场所，PEN 线上有时存在工作电流，在设备金属外壳处会形成电位差，当电位差达到一定程度时也会带来不安全隐患。此外，由于三相不平衡等原因使得控制系统外壳带电而形成的电磁感应亦会对控制系统模块形成干扰，可能影响控制系统正常工作。因此，现在各行业已逐渐开始用TN-S 等更为先进的接地系统取代TN-C 系统。
2)TN-S 是一个三相四线加PE 线的接地系统，也通称为三相五线制系统，如图2 所示。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，两线不再有任何电气连接且两线间间隔一定安全距离。通常建筑物内设有独立变配电所时进线采用该系统。由于PE 线的存在，TN-S 系统可有效降低TN-C 系统在PEN线断开且发生单相碰壳故障时的危险性。在三相不平衡的场所，即使N 线有工作电流流过，也不会在设备金属外壳形成大的电位差，有效保护了人员安全。同时，这也使控制系统有效避免电磁干扰。该接地系统完全具备安全和可靠的基准电位，可以在各行业尤其是采用等电位接地系统的企业中广为推广。
3)TN-C-S 系统由两个接地系统组成，第一部分是TN-C 系统，第二部分是TN-S 系统，分界面在N 线与PE 线的连接点。该系统一般用在建筑物由区域变电所供电的场所，进户之前采用TN-C 系统，进户处做重复接地，进户后变成TN-S 系统。TN-C-S 系统既考虑了系统的安全性又兼顾了系统建设的经济性。在我国一些老式企业依然较多采用TN-C 系统，亟须进行技术改造，考虑到成本问题，对该类企业进行技术改造可使用TNC-S 系统，车间外不进行改造，车间内PEN 线重复接地后分出PE 接地极和N 接地极使之成为TN-S 系统，这样既考虑了经济性亦相对提高了系统安全性及抗干扰能力，省时省力，如果需要的话亦可在之后条件允许情况下再进行全厂TN-S 系统改造。
4)TT 系统亦为三相四线接地系统，见图4。该系统常用于建筑物供电来自公共电网的地方。TT 系统的中性点接地与PE 线接地完全分开，无一点电气连接。该系统正常运行时，即使由三相负荷不平衡引起中性线N带电，由于设备金属外壳连接PE 线直接就近接至接地极，因此设备外壳不会带电。同时即使N线断开也只会影响单相负荷而不会影响整个系统运行，系统安全系数相对较高。然而，该系统由于保护接地电阻较大，和N线接地电阻串在一起后造成单相碰壳短路电流较小，无法使断路器、熔断器等保护装置及时动作，而且此时碰壳设备金属外壳对地电位差依然大于安全电压，单台设备存在安全隐患，由于故障不易被发现和切断，有可能会引发二次碰壳故障。因此TT 系统要求安装足够灵敏的漏电保护装置及保护接地。此外TT 系统需在每个用电设备附近就近安装接地极，这会较大程度提高施工成本，但该系统在配合足够灵敏的保护接地及漏电保护器的情况下可作为智能型建筑物的接地系统。
5)IT 系统为三相三线制接地系统，该系统变压器中性点一般经高阻抗接地，亦可不接地，但在变压器中性点不接地的情况下接地检测复杂，因此很少使用。该系统无中性线N，有线电压，无相电压，保护接地PE 接地方式同TT 系统，因此该系统内设备不会在系统三相不平衡时使金属外壳带电。此外，在出现单相接地故障时，由于电源线中性点处高电阻的存在，短路电流很小，单相碰壳设备金属外壳对地电压降很小，安全性很高，可在单相接地情况下由小电流选线装置确认是否使系统继续运行一段时间以排查故障或切断电源，但该系统缺点是不能配出中性线N，且由于小电流选线装置本身技术发展的瓶颈，使得系统有时会出现误判断。该系统较多使用于需连续供电的化工、冶金等行业的重要实验室、车间以及矿山、医院等企业的较重要场所，但由于该系统无法配出中性线，接单相负荷时需加装隔离变压器，因此适宜用于以电机为主的配电场所。
二、等电位联结和共用接地系统
等电位联结的概念源于电路的基本原理。电压即电位差，所谓“等电位”，就是电位差( 电压) 为零或很小接近于零。若在电路系统中做等电位联结，即被连的两点间电压为零或接近为零不会引起电击，从而起到防止人身触电和避免引发火灾的作用。
等电位联结就是将建筑物电气装置内外露可导电部分、电气装置外可导电部分、人工或自然接地体用导体连接起来以达到减少电位差。等电位联结也有不与人工或自然接地体连接的，称为不接地的等电位联结。等电位接地主要分为总等电位联结、局部等电位联结和辅助等电位联结等。很多情况下，建筑物防雷接地、电气系统接地与弱电系统接地要做到完全隔离比较困难，有时因地域限制根本无法实现，当雷电发生时就会有很大的瞬间电流经引下线入地，并在不同接地装置间产生较高的电位差，造成危害，前述的因雷电引起的事故即有未采用共用接地系统的原因。若上述3 个系统共用接地装置，当地电位上升时，全系统的地电位就会一起上升，而不会有危险的电位差进入信息系统。共用接地系统就是把建筑物的金属构件与接地装置的金属装置连接为一体，组成一个低电感的网形接地系统。系统的等电位联结网络与共用接地系统通过接地基准点进行连接。
采用等电位联结―共用接地系统后，信号接地不形成闭合回路，共模型态的杂讯不易产生，同时可消除静电和电场的干扰，不易受磁场干扰。 同时，采用TNC-S 或TN-S 系统，在三相电流不平衡时产生的“电流” 只在专用的零线(N) 中流动，不会通过共用接地系统对设备产生干扰。所描述工程中的接地系统如无特殊说明均为等电位联结―共用接地系统。
三、结语
通过分析可知，如果不能构建良好的接地系统，则可能会影响低压电气系统正常运行。因此在进行工程设计与施工中，必须非常重视接地系统，不能使接地系统成为企业正常生产的瓶颈。
[1] 梁 政. 住宅楼供电接地系统与等电位联结保护[J]. 大众科技, 2009(4)
[2] 冯 岩, 朱文强. 交流低压配电系统中性点接地方式探讨[J].黑龙江电力, 2007(2)