TN-S系统中接地点和开关级数的选择
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摘要：低压配电系统按不同的接地方式分为TT 、TN和IT 系统三类不同方式。tn-s系统为电源中性点直接接地时电器设备外露可导电部分通过零线接地的接零保护系统，也就是三相四线加PE线的接地系统（三相五线制）。开关的极，主要是针对漏电保护器或漏电保护开关。“极”是漏电保护器的开关功能，极数是指切断线路的导线根数。本文分析了TN-S系统的接地方式和特点，民用建筑电气中安装剩余电流动作保护器的重要性以及四、二极剩余电流动作保护器的选择应用，探讨了多电源电气装置中PEN线的接地要求和开关级数的选择。
关键词：TN-S系统；接地；开关级数；选择
中图分类号：C35文献标识码： A
一、TN-S系统的接地方式和特点
（一）TN-S系统的接地方式。根据国际电工标准（IEC）的规定，低压配电系统按不同的接地方式分为TT 、TN和IT 系统三类不同方式。其中TN系统因其节省材料和工时，得到广泛应用。TN方式供电系统中，根据其保护零线是否与工作零线分开（即不同的接地方式）划分为TN-C和TN-S等两种。
TN-S系统为电源中性点直接接地时电器设备外露可导电部分通过零线接地的接零保护系统，也就是三相四线加PE线的接地系统（三相五线制），T―电源端有一点直接接地；N―电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接的电气连接；S―中性导体和保护导体是分开的；N―工作零线；PE―专用保护接地线，即设备外壳连接到PE上。如图1所示。工作零线N和保护零线PE均由变压器的中性点引出，中性点直接接地，接地电阻R不得大于4Ω；工作零线和保护零线均重复接地，接地电阻R不得大于10Ω 。
图1TN-S系统
之所以采用PE线，其原因主要在于：在三相四线制供电中，三相负载不平衡或因低压电网零线过长而导致阻抗过大时，零线将有零序电流通过。再者过长的低压电网，由于气候、环境等因素影响，会造成导线老化、受潮，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一定的电位，这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压，这是不允许的。
一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，这个电流很大，是TT 系统的5.3 倍，实际上就是单相对地短路故障，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。
（二）TN-S低压配电系统的特点
TN-S方式供电系统是把工作零线N 和专用保护线PE 严格分开的供电系统。系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE 线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。
工作零线只用作单相照明负载回路。
专用保护线PE 不许断线，也不许进入漏电开关。
干线上使用漏电保护器，工作零线不得有重复接地，而PE 线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。
TN-S 方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。国家规定在建筑工程开工前的“三通一平”中的电通必须采用TN-S 方式供电系统。
TN-S系统的中性线N与保护线PE在变压器中性点共同接地，其优点为：正常时PE线不通过负荷电流，也就是PE线不带电，与PE线连接的设备金属外壳也就不会带电，对人身十分安全。不论是断N线，或是断PE线，电气设备外壳都不会带电。断N线仅使单相负荷不工作，断PE线仅使电气设备外壳失去接地保护，即使N线和PE线同时中断，外壳也不会带电，安全性高。在发生接地故障时，短路电流通过PE线流回电源中性点，PE线阻抗小，短路电流足够大到可以使过电流保护动作而切断故障，从而保护了设备和人身安全。
二、民用建筑漏电保护开关的选择应用
（一）漏电保护开关的级数
开关的极，主要是针对漏电保护器或漏电保护开关。漏电保护器（其正式的产品标准名称为：剩余电流动作保护器）都是带开关的，“极”是漏电保护器的开关功能。极数就是指切断线路的导线根数。例如1P就是切断一根导线；2P就是同时切断2根导线，以此类推。漏电保护开关是指不仅它与其它断路器一样可将主电路接通或断开，而且具有对漏电流检测和判断的功能，当主回路中发生漏电或绝缘破坏时，漏电保护开关可根据判断结果将主电路接通或断开的开关元件。它与熔断器、热继电器配合可构成功能完善的低压开关元件。
（二）漏电保护开关的选择应用
1.漏电保护器应能迅速切断故障电路，在导致人身伤亡及火灾事故之前切断电路；漏电保护器的分断能力应满足过负荷及短路保护的要求。当不能满足分断能力要求时，应另行增设短路保护断路器。
2.单相220v电源供电的电气设备，应选用二极二线式；三相三线380v电源供电的电气设备，应选用三极三线式；三相四线380/220v或单相与三相共用的线路，应选用四极四线式或三极四线式漏电保护器。
3.每幢住宅的总电源进线断路器，应具有漏电保护功能。当住宅部分建筑面积小与1500m2 （单相配电）或4500m2 （三相配电）时，漏电断路器的漏电动作电流为300mA；当住宅部分面积在1500～2000m2 或4500～6000m2 （三相配电）时，漏电断路器的漏电动作电流为500mA；当住宅部分建筑面积超过6000m2 时，应多路配电，并分别设置漏电断路器或在总配电柜的出线回路上分别装几组漏电断路器。
4.在医院手术室、带有消防用电设备的回路中，不能装设作用于切断电源的漏电保护装置，应设报警式漏电保护装置，其保护电器的报警动作可以按其被保护回路最大电流的1/1000～1/3000选取，动作时间为0.2～2s。通常分支路漏电报警动作电流可选取1000mA。
5.为防止人身电击伤害，在室内正常环境设置漏电保护器，其动作电流应不大于30mA，动作时间应不大于0.1s，不同场所亦应有不同的动作要求。住宅中的插座允许接触电压应小于50V，保护动作电流为0～50mA，动作时间不大于0.15s。
三、多电源电气装置中的接地与开关级数选择
（一）多电源电气装置中的接地
1.PEN线多于一点进行接地。如果电气装置电源内的PEN线多于一点进行接地，将形成中性线的并联通路。一小部分三相不平衡电流将不经本回路正常的中性线返回电源，而是经不期望的通路返回电源。由于此通路阻抗大，其分流很小，这一小部分电流称作杂散电流，杂散电流可能因通路导电不良而打火，引燃可燃物起火，进而可能引起电气火灾，也可能因为杂散电流以大地为通路返回电源，腐蚀地下基础钢筋或金属管道等金属部分。还有配电回路与杂散电流返回电源通路两者可形成一封闭的大包绕环，它产生的空间磁场虽然场强微弱，但可能干扰在包绕环内的高度敏感的信息技术设备。鉴于此，规定PEN线需加以绝缘，它只能在一点进行接地，以避免因接地不当而出现不期望的杂散电流通路。
2.多电源电气装置中的接地要求
图2 双变压器的配电系统图3低TN系统双电源电气装置
图2为双变压器变电所的配电系统。它要求变压器出线处中性线不得直接接地；PEN母排都应按要求加以绝缘，如图中虚线所示；PEN母排和PE母排只能在配电盘内的一点进行连接，而PE母排则是经建筑物总等电位联结的接地母排和其他接地点进行接地。由于一建筑物电气装置内PEN线只在一点与PE线连接，而中性线(N线)是对地绝缘的，这样就避免了因接地不当而形成的杂散电流通道，从而消除了不应有的一些不良后果。
（二）多电源电气装置中开关级数选择
图2中变电所内虽出现PEN线，但其截面甚大而长度很短，其阻抗可忽略不计，可将变电所看作是整个配电系统中的一个电源“点”，而忽视PEN线的存在，从此变电所引出TN―S系统。需要强调的是，在有些标准和文献中，接线图中常将电源中性点表示为直接接地，只用作示意，是出于图面简化的目的。在实际安装中，为防杂散电流的产生是不允许将它就地直接接地的。另外，因PEN线不允许被切断，变压器出线开关和母联开关都只能是三极开关。
对TN-S系统内的PEN线加以绝缘并只作一点接地可防止杂散电流的产生，而电源转换采用四极开关，其作用也正是为了切断中性线电流的不期望的通路，避免产生杂散电流，这两者是相关联的。对于正常供电电源和备用发电机电源构成的双电源电气装置，只要PEN线的安装符合图2所示的要求，一般就可采用三极转换开关而不采用四极转换开关。原因在于：低压电源线路的PEN线，通过与总等电位联结的接地母排连接而实现接地，这时备用发电机中性线出口不能在发电机处就地接地，它也只能与接地母排连接而接地（见图3）。全电气装置内的PEN线和中性线只有一个接地点，使中性线电流只能沿本回路途径返回正常供电电源或返回自备发电机电源，不会引发杂散电流和其不良后果。另外，由于自备发电机和正常供电电源不在同一位置，没有共同的低压配电盘中性线母排这一不期望的中性线并联通道，即使装用了带RCD功能的三极电源转换开关，也不会引起RCD开关的误动或拒动。
总结
TN-S系统为电源中性点直接接地时电器设备外露可导电部分通过零线接地的接零保护系统，TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工业与民用建筑等低压供电系统。漏电保护开关是指不仅它与其它断路器一样可将主电路接通或断开，而且具有对漏电流检测和判断的功能。民用建筑中，单相220v电源供电的电气设备，应选用二极二线式；三相三线380v电源供电的电气设备，应选用三极三线式；三相四线380 /220v或单相与三相共用的线路，应选用四极四线式或三极四线式漏电保护器。多电源电气装置中，一般就可采用三极转换开关而不采用四极转换开关。
参考文献
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