浅谈低压供电系统的接地

浅谈低压供电系统的接地

低压供电系统的接地主要包括系统接地、保护接地、防雷防静电接地以及等电位联结等，接地为低压供电系统提供不同的保护及安全功能从而保证系统的可靠有效运行，接地的设计在供电系统设计中处于非常重要的地位。

标签： 接地;接地故障;系统接地;保护接地

1、接地

人们使用的各种电气装置和电气系统都需取某一点的电位作为其参考电位，在日常生活及工作中，人、电气装置和电气系统通常都离不开大地，因此一般以大地的电位作为零电位而取它为参考电位，为此需与大地作电气连接以取得大地电位，这被称作接地，即比较广泛的接地概念。

扩展开来讲，接地并不是都与大地连接，与代替大地的金属导体相连接也是接地，它以导体电位为参考电位，如飞机、汽车、船舶等电气装置的“地”就是采用其自身的金属外壳作为“地”，既实现了接地又实现了等电位联结，就安全性和功能性而言，其接地效果远优于接大地的电气装置。

有了接地，自然就会出现接地故障。接地故障是指相线、中性线等带电导体与地间的短路，如图1所示，这里的“地”是指电气装置内与大地以及与大地有连接的外露导电部分、PE线和装置外导电部分。接地故障引起的间接接触电击事故是最常见的电击事故，接地故障引起的对地电弧和电火花则是最常见的电气短路起火源。

图1 接地故障和带电导体间的短路示意图

低压配电系统的接地形式可以分为TN、TT和IT三种形式，其中，TN系统中又可分为TN-C、TN-S、TN-C-S三种形式，各接地系统中既包括如何處理系统接地，又说明了保护接地的实施。

2、系统接地

系统接地的作用是给供电系统提供一个参考电位并使其正常安全运行。系统接地后，能够降低系统对地的绝缘要求并在发生接地故障的情况下防护装置有效动作。系统接地的具体实施如下：自变压器（发电机）星形结点引出绝缘的PEN线，在低压配电盘内一点与接地的PE母排连接实现系统接地。在配电盘内这一点以外不得再在其它处接地以避免中性线电流通过不正规的并联通路返回电源，引起电气灾害。系统接地如图2所示。电源中性点直接接地后，从电源点的低压配电盘可同时引出相线、中性线、PEN线和PE线。换言之，可同时引出除中性点不接地的IT系统以外的TN-S、TN-C、TN-C-S以至TT等不同接地系统的供电线路，如图3所示。IT系统接地方式如图4所示。因IT系统的电源端不做系统接地，只做保护接地，在发生第一次接地故障时由于不具备故障电流返回电源的通路，其故障电流仅为两非故障相对地电容电流，其值很小，在保护接地的接地电阻RA上产生的对地故障电压很低，不至引发电击事故，不需切断电源而使供电中断。

图2 低压供电系统中系统接地的实施

图3 电源中性点接地的变电所可引出的接地形式示意图

图4 IT系统接地示意图

低压变电所的电源（通常指变压器）在电能输送过程当中充当了两个角色，它既是低压供电系统的电源端，又是高压配电系统的负荷端，既有电源端的系统接地，又有高压侧负荷端的保护接地。

当上级高压侧采用不接地的小电流接地系统时，低压变电所的系统接地和保护接地可以共用一个接地装置。小电流不接地系统即负荷端的外露导电部分作保护接地，而高压侧电源端带电导体不接地的。如图5所示，当变电所10KV侧发生接地故障时，故障电流没有返回电源的通路，故障电流只能通过另两非故障相的对地电容返回电源，值很小。按照我国电力部分规定，此值不得大于10A或者20A，同时规定的值不大于4Ω。为节约变电所建设投资，低压系统中性点的系统接地也接于上，这样将使低压系统对地电位升高而对地过电压，当和都为最大值时，故障电压降或，因常具有并联的重复接地，所以故障电压往往不大于接触电压限值50。基于以上分析，当出现图5所示的10KV侧接地故障时产生低压侧工频过电压引起的电击事故的几率是很小的，10KV侧故障回路电源侧的断路器不必切断电源，只需发出故障信号，以便在尽可能短的时间内排出故障。

图5 10KV不接地系统接地故障示意图

当上级高压侧采用小电阻接地系统时，低压变电所的系统接地与保护接地不宜共用接地。如图6所示，110（35）/10.5KV变压器二次侧通常为三角形接线，没有中性点，为实现接地需在二次侧安装接地变压器，其一次侧为有中性点的星形绕组，从此人工中性点经一个10Ω左右小电阻的电阻器后，再接至地下接地极接地，这就是经小电阻接地的10KV接地系统。在采用小电阻接地系统后，当10/0.4KV变电所内高压侧发生接地故障时，接地故障电流获得经图6中、、返回电源的通路，值可达数百安以至接近一千安，此上千伏的故障电压将传导至低压用户引起对地大幅值暂时过电压，在高压电源切断前极易造成TN系统的户外部分易发生电击事故，且事故发生后，事故原因很难查清。为防止此类电击事

故，可以在变电所内设置两个接地极，即系统接地和保护接地分别设置，如图7所示。除此以外，还可以采取在所供TN系统建筑物内实施总等电位联结、所供建筑物外的TN系统改为局部TT系统以及采用Ⅱ类设备或保护分隔措施防止电击事故。

图6 10KV小电阻接地系统的接地故障示意图

图7 变电所系统接地与保护接地分别设置示意图

3、保护接地

保护接地的作用是降低电气装置的外露导电部分在故障时的对地电压或接触电压。保护接地的设置主要为防人身电击，要求在发生接地故障时回路上的防护电器能够迅速自动切断电源，使人免受电击或电击人不至电击致死。从安全性来讲，保护接地显得尤为重要。

对于TN系统，接地故障电流通过相线、PE线或PEN线返回电源，其防电击电器常利用熔断器、断路器之类的过电流防护电器来完成。故障电流越大，切断电源越迅速，防电击的效果越好。TN系统必须作等电位联结来消除延PE线传导来的故障电压。对设有变电所的建筑物和爆炸危险场所等地点的接地，TN-S系统为最佳选择。对建筑物以低压供电时宜采用TN-C-S系统，这是因为当发生接地故障时，TN-S和TN-C-S系统的接触电压相同，但TN-C-S系统的共模电压干扰较小，即中性线对PE线的电位差较小。对于TN-C系统，因其PEN线兼起PE线和N线的作用，可节省一根导线，比较经济，但从电气安全着眼，这个系统存在以下问题：（1）若系统为单相回路，当PEN断线时，设备金属外壳对地将带有220V的故障电压，电击死亡的危险很大;（2）PEN线因通过中性线电流产生电压降，从而使所接设备的金属外壳对地带电位，此电位可能在爆炸危险场所内打火引爆，按照IEC标准及国内相关标准，易爆炸场所内不允许出现PEN线和采用TN-C系统;（3）

不能采用剩余电流保护器RCD防止接地故障，失去了一道有效的保护屏障;（4）进行电气维修时需用四极开关来隔断中性线上可能出现的故障电压的传导。因其存在上述不安全因素，TN-C系统现在已经很少采用。

对于TT系统，接地故障电流通过大地返回电源端，故障电流小，一般不能用过电流防护兼做接地故障防护，为防人身电击事故需装用漏电保护器RCD来切断电源，增加了电气装置的投资和复杂性。TT系统内各个电气设备可各自有自己的接地极和PE线，各PE线之间在电气上没有联系，这样在TT系统供电范围内的接地故障电压就不会像TN系统那样通过PE线的导通而传导蔓延，导致一处发生接地故障，多处发生电气事故，必须通过设置等电位联结或采取其他措施来消除这种传导电压导致的事故。因此TT系统较适用于无等电位联结的户外场所，例如农场、施工场地、路灯、庭院灯、户外临时用电场所等。

对于IT系统，由于系统在电源端不做系统接地，只做保护接地，在发生接地故障时，故障电流没有返回电源的通路，仅为两非故障相对地电容电流的向量和，其值甚小，在电源端产生的对地故障电压很低，不致引发电击事故，不需也不会切断电源而使供电中断。IT系统适用于对供电不间断和防电击要求很高的场所，在我国矿井下、钢铁厂以及医院手术室等怕停电的场所均采用IT系统。发达国家电气安全要求高，诸如化工厂、爆炸危险场所、高层建筑的消防应急照明、重要的控制回路等都采用IT系统。我国对IT系统不甚了解，还不习惯采用IT系统，很少应用。这从一个侧面说明了我国电气方面与发达国家水平上的差距。

4、小结

掌握了低压供电系统的系统接地和保护接地的含义和特点，才能在不同的电气设计项目中灵活应用。世上没有最好的接地系统，应根据具体情况选用合适的接地系统。

参考文献：

[1]王厚余.建筑物电气装置600问.北京：中国电力出版社，2013.5：1-8，105-113.