低压配电系统接地方式故障分析与保护

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[摘 要]随着我国经济的急速发展，电能已成为最基本的不可代替的能源。在低压配电系统中，接地故障会引起本来不带电的外露可导电的部分出现故障电压，人一旦接触这些金属外壳，会发生触电事故。因此，低压配电系统的接地方式将直接影响到整个系统的可靠性和安全性。低压配电系统的电气设备接地方式有TN系统，TT系统和IT系统，共三种五类。笔者对低压配电系统接地方式进行了故障分析与保护，与各位设计同行分享。

[关键词]低压配电系统；TN系统；IT系统

中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0051-01

1.TN系统

TN系统的电源中性点直接接地，并且引出有中性线，属于三相四线制系统。系统上各种电气设备的所有外露可导电部分，必须通过保护线与低压配电系统的中性点连接。

TN系统的接地故障分析：低压配电系统中，系统中电源端带电导体的中性点接地称为系统接地。负载端设备外壳外露导电部分的接地称为保护接地。假设TN系统一相绝缘损坏，设备外壳带电，则由该相线、外壳和保护中性线形成闭合回路，出现故障电流，故障电流等于相线对保护中性线的短路电流，同时故障电流会产生危险的接触电压。当PE线和相线相同时，故障电压为Uf=Uo/2=110V>UL（50V）。

Uf-故障电压

Uo-相电压

UL-安全电压

由此可知，这种情况会产生危险的故障电压，必须要通过断路器脱扣来防护，及断路器瞬时动作脱扣电流必须要小于接地故障时的短路电流。保证故障电流时，断路器脱扣。

TN系统按中性线与保护线组合情况，又可分为以下3种形式。

1-1.TN-C系统：整个系统的N线与PE线是合为一根PEN线，所有设备的外露可导电部分均与PEN线相连。如果三相负载不平衡，PEN线上有不平衡电流流过。在TN-C系统中，由于PEN线是联通的，因此一旦发生接地故障，故障电位会通过PEN线蔓延至其他正常的用电设备，是故障范围扩大。根据GB50054-2011《低压配电设计规范》第3.1.4条，在TN一C系统中不应将保护接地导体隔离，严禁将保护接地中性导体接入开关电器。所以，当发生故障电流时，不能用漏电保护器提供保护，必须通过断路器瞬时脱扣准确切断故障电流。可见，TN-C系统是一种不够安全的系统，一般用于三相负荷基本平衡的一般工业场所。

1-2.TN-S系统：整个系统的N线与PE线是分开的，所有设备的外露可导电部分均与PE线相连，正常情况下，保护线PE没有电流，设备外壳不带电。根据IEC防火标准，对于TN-S系统，如有火灾危险建议使用300mA漏电保护装置。或者当断路器本身的保护条件不能满足要求的时候，可增加漏电保护装置提供保护。TN-S系统通常用于，民用建筑，尤其是内设变电所的高层民用建筑。

1-3.TN-C-S系统：整个系统的N线和PE线有一部分是共同的，局部采用分开的形式。这种系统兼有TN-C和TN-S系统的特点，相较TN-C系统安全，但没有TN-S系统安全。通常用于配电系统末端环境条件较差的场所。

2.TT系统

TT系统的电源中性点直接接地，而电气设备外露可导电部分通过与系统接地点无关的接地体直接连接。

TT系统的接地故障分析：假设TT系统一相绝缘损坏，设备外壳带电，则由该相线、外壳和保护中性线形成闭合回路，出现故障电流，同时故障电流会产生接触电压。假设系统中电源端中性点直接接地部分的接地电阻为10Ω，负载端外露可导电部分的接地电阻为10Ω。那么，故障电流If=Uo/（Rn+Ru）=220V/（10+10）=11A，故障电压Uf=Ru×If=110V>UL（50V）。

Uf-故障电压

Uo-相电压

Rn-低压变压器中性点直接接地部分的接地电阻

Ru-外露可导电部分接地电阻

UL-安全电压

由此可知，上述的情况存在着危险的故障电流，但11A的故障电流并不足以启动短路保护装置，选择漏电保护装置提供保护。及In≤If，漏电保护装置动作。

InC漏电保护装置额定剩余动作电流

由于TT系统中各设备的外露可导电部分的接地PE线是分开的，互相没有电气联系，因此互相之间不会发生电磁干扰的情况，所以该系统适用于安全要求及对抗电磁干扰要求较高的场所，并且TT系统适用于无等电位联接的场所，例如户外照明和户外演出场地等场所的电气装置。

3.IT系统

IT系统的低压变压器的中性点不接地或者通过高阻抗接地，电气设备外露可导电部分用PE线连接到一个公共接地极上，形成等电位联接。或者电气设备外露可导电部分用PE线连接到各自独立的接地极上。

IT系统的接地故障分析：假设IT系统端低压变压器的中性点通过高阻抗接地，系统泄漏阻抗为3000Ω。假设负载端外露可导电部分的接地电阻为10Ω。那么，故障电流If=Uo/（Rn+Zeq）=220V/（10+3000）=73mA，故障电压Uf=Ru×If=0.73V

Uf-故障电压

Uo-相电压

Zeq-系统泄漏阻抗

Ru-外露可导电部分接地电阻

UL-安全电压

由此可知，上述的情况存在着故障电压，但故障电压并不危险，故障也不会引起断路器脱扣，但必须报警。因而IT系统要装设绝缘监测装置，通过绝缘监测装置检测故障电流，并且报警，指示故障回路。

IT系统发生单相接地故障的时候，三相电压维持不变，三相用电设备可以暂时继续运行，但是此时另外两相对地电压将由相电压变为线电压。因此，如果另一相再次发生单相接地故障的时候，就相当于两相接地故障。此时必须要通过断路器脱扣来防护。

由于IT系统中各设备的外露可导电部分的接地PE线分别直接接地，因此互相之间不会发生电磁干扰的情况，所以IT系统适用于不间断供电要求高和对接地故障电压有严格限制的场所，例如矿井下的电气装置和手术室等等。

结语

对以上低压配电系统接地方式故障分析与保护的论述，目的是为了能够在电气设计中根据不同的情况可选择不同的接地方式。不同的接地方式，采用不同的保护措施，提出尽可能完善的保护方法，以达到保护人身安全和防止停电范围扩大的目的。

参考文献：

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[2]佟剑.低压配电系统中接地故障的保护[J].电子制作.2014（12）

[3]林昊.低压配电接地形式应用及配电系统接地保护研究[J].电子世界.2013（17）