低压配电设计中各种接地系统的分析

置的接线如图３所示。
１
———√、＾’Ｍ ｆ、 ———／、，ⅥＩ
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Ｌｌ
Ｌ２
Ｌ３
一
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ＰＥ
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图３ ＴＮ－Ｓ系统
图３中１、２、３处或更多处都可使用剩余电流 断路器，但需要注意以下几点：
（１）ＰＥ线不能穿过剩余电流保护装置的电 流互感器，否则不论是否发生漏电故障，穿过零序 电流互感器的电流相量和都等于零，剩余电流保 护装置拒动。
在接地故障持续时间内承受单相短路电流，因此
在ＰＥ线上所产生的接触电压值需低于安全电压
一３５—
万方数据
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５０ Ｖ。②ＰＥ线敷设时尽量与配电导线靠近并同 路敷设，尽可能降低相线一中性线回路阻抗，提高 接地故障保护电器的灵敏度，同时也降低ＰＥ线 上的接触电压。同路敷设是指ＰＥ线与配电导线 同管、同线槽或桥架敷设。
（２）单相工作电流。Ｎ线上的电流与相线上 的电流大小一样，随着照度标准的提高，单相工作 电流也越来越大，这是不能忽视的。
（３）三相不平衡电流。这是单相负荷的供电 系统中必然发生的现象。而且这种不平衡随着时 间变化，情况也变得更复杂。ＴＮ—Ｓ系统供电也就
是针对三相不平衡用电负荷制订的。 上述３种成分电流混合后在Ｎ线上通过，其
３ ＴＮ—Ｃ—Ｓ系统
ＴＮ．Ｃ．Ｓ系统中，中性线Ｎ和保护线ＰＥ一部 分是合二为一的，另一部分是分开的，如图４所 示。在民用建筑配电中，ＴＮ—Ｃ－Ｓ是常用的接地系 统，通常电源线路中用ＰＥＮ线进入建筑物总进线 柜上后，再分为Ｎ线和ＰＥ线。这种方式接线简 单，具有一定的安全性，适用于分散的民用建筑物 配电。由于电源线路中的ＰＥＮ线上有一定的电 压降，此电位仍将呈现在设备的外壳上，因此在单 体进线处将ＰＥＮ线做重复接地，接地电阻≤１０ Ｑ 后，分为ＰＥ线和Ｎ线，Ｎ线与地绝缘。
故障线的动作电流
玑——相线对地标称电压
（４）ｒＩ，Ｉ＇系统由于接地故障电流小（影响接地
故障电流的因素主要为系统与设备的接地电
阻），因此，ＴＴ系统接地故障保护的约束条件为
Ｒ＾，。≤５０ Ｖ
（２）
式中Ｒ。——外露可导电部分的接地极电阻 （５）ＰＥ线设置中要考虑以下问题：①在ＴＮ－
ｓ、ＴＮ—ｃ—ｓ系统中，当出现接地故障时，由于ＰＥ线
（２）由于在２、３支路或更多支路处共用一条
万方数据
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ＰＥ线，如果有个别用电设备（如图３中Ⅲ设备） 未进行剩余电流保护，当其相线因绝缘损坏碰壳 后，高电位会通过ＰＥ线传递到其他用电设备（图 ３中Ｉ、Ⅱ设备）的外壳上，这时２、３支路的剩余 电流断路器拒绝动作（不能切断电源），但其外壳 上带有接近相电压的危险电压，因此，该系统中支 路上的用电设备应尽可能装设剩余电流断路器或 断路器保护。
保护接零就是中性线接地。在接零的系统中 发生一相碰壳故障时，形成单相短路，电流很大， 能使线路保护设备迅速动作，切除故障。在ＴＮ—Ｃ 系统中，不应有一部分是保护接零，另一部分是保 护接地。这样做，当接地的设备发生碰壳时，中性 线电位升高，会使接零的设备外壳带上危险的电 压，如图２所示。
Ｌｌ Ｌ２ Ｌ３ ＰＥＮ
６ ＰＥ线的作用及约束条件
在民用建筑中，常用的低压配电系统的接地
形式有３种。在这些低压配电系统设计中，需将
所有电气设备及可触及到的金属物体与保护ＰＥ
线相连。在电气设备与其相连的情况下，对电气
设备及操作人员起到保护作用。因此，在低压配
电系统保护中，ＰＥ线的设置是十分重要的一项技
术措施。
ＰＥ线是低压配电系统在接地故障状态下传
ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ；ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｅａｒｔｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｑｕｉｐｏｔｅｎ－
ｔｉａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ
０引 言
１９９７年通过的ＩＥＣ建筑电气标准总结出世 界各国的低压配电系统接地形式可划分为ＴＮ、 ｒＩＴｌｌ、ＩＴ ３种。ＴＮ系统又可细分为ＴＮ．Ｃ、ＴＮ．Ｓ、ＴＮ— Ｃ·Ｓ系统。Ｔ表示电源直接接地；Ｉ表示对地隔离 （绝缘）或经阻抗接地；Ｎ表示中性线在电源处接 地；Ｃ表示中性线和保护线合用一根；Ｓ表示中性 线和保护分开各用一根。本文将对低压配电系统 接地形式的特点、适用场合进行详细分析，为相关 设计人员提供参考。
１ ＴＮ—Ｃ系统
ｔｉＮ—Ｃ系统的中性线Ｎ与保护线ＰＥ是合二为 一的，即将设备金属外壳与ＰＥ线、Ｎ线连接在ＰＥＮ
线上，作为保护接零。ＴＮ－ｃ系统如图１所示。
Ｌｌ Ｌ２ Ｌ３ ＰＥＮ
图１ ＴＮ．Ｃ系统
从图１可以看出，ＰＥＮ线除通过正常负荷电 流外，有时还会通过谐波电流，ＰＥＮ线上产生的 电压降（ＡＵ＝［ＬＺ唧）将呈现在用电设备外壳和 线路金属管线上。当发生ＰＥＮ线断线或相线碰 地短路事故时，将出现高的对地电压。在同一台
（１）谐波电流。现代建筑物中一般都用各种 直流电子设备以及大量的荧光灯。它们产生的高
次谐波除了对电源污染外，还会给Ｎ线带来谐波 电流，尤其是３次谐波电流。按理论分析，发生在 三相中的３次谐波电流会在Ｎ线上叠加，叠加后
的电流值是相当可观的。有时Ｎ线上叠加的谐 波电流甚至大于相线电流。因此，一般在三相四 线回路中采用４根截面相等的电线或电缆供电。
Ｌｌ Ｌ２ Ｌ３ Ｎ ＰＥ
图４ ＴＮ—Ｃ－Ｓ系统
在图４中，分界点Ｄ的前部是＇ＩＮ．Ｃ系统，不 应装用剩余电流断路器，Ｄ点的后部为ＴＮ—Ｓ系 统，可以使用剩余电流断路器。
４ ＴＴ系统
该系统过去称为接地制，用电设备外壳用单 独的接地极接地，与电源的接地在电气上无联系， 各个建筑物的电气设备用自己的接地极接地，ＰＥ 线互不连接，这就杜绝了故障电压沿ＰＥ线自户 外窜入户内的危险。因此供电部门提供给公用低 压电网供电的用户大多是用ｒ兀１接地系统，在农 村用得较广。因农村用电负荷分散，线路故障电 流小，这个系统接地可以就地打接地极，避免了从 电源引来ＰＥ线的麻烦。
（６）ＰＥ线的选用。ＪＧＪ／Ｔ １６—１９９２《民用建 筑电气设计规范》第１４．６．２．１条规定，ＰＥ线最小 截面的选用如表ｌ所示。
表１保护线的最小截面（ｉｎｌｎ２）
装置的相线截面Ｓ
接地线及保护最小截面Ｓ
Ｓ≤１６
Ｓ
１６≤Ｓ≤３５ ５≥３５
１６ Ｓ／２
当ＰＥ线采用其他金属材料时，如电缆金属 外皮、配线用的钢管及金属线槽等，其导电性能必 须满足相应ＰＥ线的导电性能，即所选的其他金 属ＰＥ线截面应与表１所列的相当。ＩＥＣ／ＴＣ ６４ 出版的３６４－５＿５４第５４３．１．１条指出，ＰＥ线最小截 面计算公式如下：
绝对值是不会太小的。另一方面，Ｎ线存在着阻
抗，线路越长，阻抗越大，加上中间连接点的阻抗， Ｎ线上累积的阻抗是不容忽视的。尤其是越接近 末端，阻抗就越大。Ｎ线上有电流和阻抗，必然产
生对地电压降。同一Ｎ线上的电压降也是随不 同段变化，这个电压降可能会大于５０ Ｖ。假如Ｎ 线上某点带有１００ Ａ电流，该点的阻抗是０．５ Ｑ， 则该点的电压降便达到５０ Ｖ（人体最大安全电压 为５０ Ｖ）。因此，ＴＮ．Ｓ系统在正常运行时Ｎ线带 电，会发生电击的危险。剩余电流断路器保护装
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建筑电气低压配电设计中 各种接地系统的分析
师科峰，程开嘉 （北京０） 现代建筑电气篇
錾了苎堡皇竺特点及如何选用。详细论述了ＰＥ保护线及等电位联结在低压配电系统
柏黧黧黧需焉篙警裂。ｍ萎蒜１１００１－５５３１ 关键词：建筑电气；低压配电系统；接地系统；等电位联结 中图分类号：ｒｒＵ８５６：ＴＭ７２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：
ｓ。：竿
㈤
式中厶——忽略阻抗的故障电流有效值
卜ｆ—按—保保护护线电、器绝动缘作、时其间他部分的材料及
初始温度和最终温度决定的系数 根据计算，若取最不利的条件下，ｄ＝４４ Ａ， ｔ＝５ ｓ，Ｋ＝５８（裸钢导体初始温度为３０ ｏＣ，允许 最高温度为２００ ｏＣ），则Ｓ。＝１．７ ｍｍ２。若按长时 间接地故障电流４４ Ａ选择，只需Ｓ。为１２ ｍｍ× ４ ｍｍ的扁钢；若采用穿管钢绝缘导线，只需 １０ ｍｍ２就能满足接地故障保护要求。 近几年来，不少电缆和母线槽生产厂家开发 了五芯电缆及五线母线槽，这类产品已在工程中 被广泛采用。这类产品是为了满足ＴＮ－Ｓ、ＴＮ—Ｃ－ Ｓ、ｒｒＩ’系统在制式上的要求，实际上这些系统只要 求提供一条低阻抗的电流通道，并不要求每个出 线回路ＰＥ线均需专设。各组ＰＥ线的选择应按 组内出线回路最大接地故障电流值来确定，或者 按组内最大相截面积来确定。对于小容量支线回 路，ＰＥ线允许专设。
图２同一供电系统中接地与接零混用的危险
２ ＴＮ．Ｓ系统
ＴＮ—Ｓ系统的中线性Ｎ和保护线ＰＥ是分开 的，ＰＥ线不通过正常的负荷电流，因此，ＰＥ线和 设备外壳不带电位。ＰＥ线只有在发生故障时才 产生电位，因此，可较安全地用于民用建筑电气 中，也适宜用于精密电子设备的供电。该系统不 能解决对地故障电压蔓延和相线对地短路引起中 性点电位升高等问题。在ＴＮ．Ｓ系统中，Ｎ线上带 有以下成分的电流： 一３４一
送故障电流的导线，对其有如下几点要求。
（１）载流能力需满足保护装置灵敏度的要
求。
（２）载流时的线载温度及电磁感应强度对建
筑物及内部不能产生火灾或爆炸的危险。
（３）ＴＮ—Ｓ、ＴＮ．Ｃ．Ｓ系统中ＰＥ线所构成的接
地故障回路阻抗ｚ。的约束条件为
磊，。≤玑
（１）
式中ｚｓ——接地故障回路阻抗 ，。——保证保护电器在规定的时间内切断
（ ２００８ ） １０ 一
００３３旬５
师科峰（１９７ｌ一），
籀 ：。’：，．二．一二。＝