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中性點直接接地380220V系統(tǒng)的接地保護及安全用電

文檔作者：王珍文檔來源：湖南化工醫(yī)藥設計院		點擊數：	更新時間： 2021年07月18日
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化 工 設 計 通 訊 學術研究
·181·
Chemical Engineering Design Communications Academic Research
第42卷第2期
2016年2月
隨著經濟的發(fā)展，人民的生活水平和家庭的消費結構發(fā)生
了很大的變化，工業(yè)電氣化普及和家用電器（如電視機、洗
衣機、冰箱等）進入每個家庭，用電安全問題成為設計、制造、
安裝、使用電氣設備的首要問題。
1 低壓系統(tǒng)的分類、特點及適用場合
根據國際電工委員會IEC 標準，TC64提出三種基本低壓
配電系統(tǒng)接地（接零）保護方式，即TT 系統(tǒng)、TN 系統(tǒng)、IT 系統(tǒng)。
1.1 TN系統(tǒng)
為變壓器中性點接地，設備金屬外殼接零系統(tǒng)。這是低
壓供電用得最多最廣泛的一種系統(tǒng)，按中性線N 及保護線PE
的不同設置分為TN-C、TN-S、TN-C-S 三種形式。
1.1.1 TN-C系統(tǒng)
自變壓器中性點引出一條線稱PEN 線，即PE 及N 線合
一的系統(tǒng)。（見圖1）。
特點：
由于少一根線，因此系統(tǒng)較經濟、簡單。當三相負荷不平
衡時，PEN 線存在著不平衡電流，使PEN 線帶有電壓Vol，或
單相負荷時，工作電流在PEN 線上引起電壓降V02。此外，當
線路上接有熒光燈或可控硅設備時，在PEN 線上還會疊加上
由于通過較大的三次諧波電流引起的電壓降，這樣使PE-N 線
上帶有較高的電壓，此電壓會長期加在設備外殼上，特別當
單相接地短路時，在PEN 線上的壓降更大，此電壓不僅使發(fā)
生短路的設備外殼帶有危險電壓，而且還令沿PEN 線引起其
他非短路的設備外殼帶有危險。電壓如圖2 ：A 設備單相短路
PEN 線產生電壓V0，此V0同樣加在非故障設備B 的外殼上。
此系統(tǒng)一般適用于工廠配電，也就是三相負荷基本平衡
的用電設備，但由于PEN 線總有電壓的存在，它不適用有爆炸、
火災危險的場所、井下作業(yè)場所及專門電工維護的場所等。
1.1.2 TN-S系統(tǒng)
整個系統(tǒng)中，工作零線（N）和保護零線（PE）從電源端
中性點開始完全分開（見圖3）。
特點：
N 線承擔上述的不平衡電壓，三次諧波電流引起的壓降及
單相工作電流引起的壓降，PE 線為保護線，平時不帶電，因
此它比TN-C 系統(tǒng)較為安全。但當設備發(fā)生單相接地故障時，
故障電流經相線與PE 線形成回路，因此PE 線仍有危險電壓存
在，并且此電壓也會沿著PE 線蔓延到非故障設備金屬外殼上。
此系統(tǒng)常用在民用建筑上。當變壓器室設在用電建筑內
時，如：飯店、賓館、商場、體育設施、高層辦公樓等，也
適用于數據處理設備、精密電子儀器設備及爆炸和火災危險
的電氣裝置（礦井除外）。
1.1.3 TN-C-S系統(tǒng)
系統(tǒng)中工作零線與保護零線部分共用，到一定用戶后，
分成PE 和N 線（見圖4）。
特點：
進戶后，PE 及N線嚴格分開，當電源線三相負荷不平衡時，
進戶后的PE 線仍有一定電位，如TN-C 系統(tǒng)。但進戶后PE
線上再不會有疊加工作電流引起的壓降，如TN-S 系統(tǒng)。由于
系統(tǒng)三相，負荷不會絕對平衡，因此PE 線上總有一定電位存
在，只是比TN-C 系統(tǒng)少很多，另外它同樣具有故障。電壓隨
PE 及PEN 線向非故障設備外殼蔓延的特點。
此系統(tǒng)廣泛用于分散的民用建筑供電中。
1.2 TT系統(tǒng)
變壓器中性點接地，但電氣設備中不帶電的外殼單獨接
至與系統(tǒng)無關的接地極（見圖5）。
特點：
（1）由于每幢建筑物單獨接地，各設備單獨接地，這樣
故障不會沿著PE 線蔓延。
（2）由于線路與設備外殼絕緣，不致產生正常的漏電而
引起電源變化。
（3）發(fā)生單相接地短路時，短路電流不經中性線而自相線
經設備外殼接地電阻R，有大地與變壓器中性點接地電阻R0
相連形成回路，由于相線阻抗Z 常常遠小于R0，因此單相機
誒的電流Id=220/R0 ＋ R R0 ＋ R=4 ～ 14 歐姆，使Id 很小，不
足以使其保護設備斷開故障線路，致使設備外殼帶由故障電壓
U0=IdR，若要使U0≦50V，當R0=1歐姆時，則要求R ≦1.2歐姆，
這樣小的接地電阻代價太高，一般不易做到，因此民用建筑
中不提倡使用這個系統(tǒng)，近年來漏電保護設備的廣泛采用，
這個難題解決了，發(fā)生單相接地短路，在末級只要30mA 的電
流，能使漏電開關可靠接地切除故障，R 可達很大值，很容易
實現，因此TI 系統(tǒng)才能以合理存在于低壓供電系統(tǒng)中。
摘 要：我國目前修訂的電氣設計規(guī)范，不論是行業(yè)標準，IEC 標準首先著眼于人身安全問題，而我們現行的設計規(guī)范都
著眼于保護線路的絕緣，因此低壓接地保護部分有較大的修改。按新的規(guī)范，從設計角度論述各種低壓系統(tǒng)的特點、使用場合、
相應的接地保護安全措施。
關鍵詞：接地保護；供電系統(tǒng)；故障電流
中圖分類號：TM732 文獻標志碼：B 文章編號：1003-6490（2016）02-0181-03
Ground Protection and Safe Use of Electricity Directly Grounded
Neutral 380/220V System
Wang Zhen
Abstract ：My current revision of electrical design specifications，whether it is the industry standard，IEC standard first focus on
personal safety，and our current design specifications are intended to protect wiring insulation，so low-voltage ground protection part of
a major changes. According to the new norms，from the design point of view it discusses the characteristics of a variety of low-pressure
systems，using the occasion，the appropriate security measures to protect the ground.
Key words ：grounding protection ；power system ；fault current
中性點直接接地380/220V系統(tǒng)的接地保護及安全用電
王 珍
（湖南化工醫(yī)藥設計院，湖南長沙 410005）
收稿日期：2016-01-15
作者簡介： 王珍（1982—），女，湖南邵陽人，工程師，主要從事電
氣系統(tǒng)及其自動化專業(yè)設計工作。
學術研究化 工 設 計 通 訊
·182·
Academic Research Chemical Engineering Design Communications
第42卷第2期
2016年2月
此系統(tǒng)一般適用于城市分散的公用電系統(tǒng)或農村分散的
供電。由于線路較長，即使采用TN 系統(tǒng)，因短路電流過小，
仍不能按規(guī)定時間切除故障，因此使用TT 系統(tǒng)，采用漏電保
護較為安全、合理。它也可用于接地要求較高的數據處理及
電子設備的供電。
1.3 IT系統(tǒng)系統(tǒng)帶電部分與大地之間不直接連接
IT 系統(tǒng)系統(tǒng)帶電部分與大地之間不直接連接（即變壓器
中性點對地絕緣或經高阻抗接地），而用電設備金屬外殼直接
接地（見圖6）。
特點：
（1）單相接地短路電流很小，僅與非故障形成電容電流，
此電流大小決定于線路的長度。（見圖6）
故障電流Ic=Ic1 ＋ Ic2，在設備外殼的故障電壓Ua=IcRa，
此電壓一般遠小于50V，因此IT 系統(tǒng)單相接地故障不必斷開
故障線路，僅發(fā)信號，便于發(fā)現故障及時消除，以免引起相
間短路（即不同相接地故障）。
（2）IT 系統(tǒng)不宜配出N 線。因為N 線萬一絕緣損壞而接
地時，就變成TT 系統(tǒng)，但它的保護不適于TT 系統(tǒng)。因此它
不能取得220 V 電壓，照明系統(tǒng)必須另外設置380/220V 變壓器。
（3）單相接地故障時，非故障相的電壓最高達380V，因
此IT 系統(tǒng)的線路應采用450/750V 額定電壓的電線電纜。
由于IT 系統(tǒng)單相接地短路時仍可連續(xù)運行，從而保證了
不間斷供電。因此它適用于供電連續(xù)性要求較高的場所，如
電站的用電。由于單相接地故障電流較小，不易引起火災及
爆炸危險，因此它也適用于井下供電。但我們在工廠配電設
計及民用建筑配電設計中不采用此系統(tǒng)。
2 三相四線制
由于工廠及民用建筑中供電大量采用三相四線制，下面
就三相四線制系統(tǒng)中關于PEN 斷線問題作些論述。
2.1 TN系統(tǒng)斷線時，電流、電壓的變化情況
TN-C 系統(tǒng)中PEN 斷線（TN-C-S 部分 PEN 斷線時同此）。
如果沒有設置重復接地，各相電流、電壓變化情況如下，以
下各式中均假定電源處三相電壓平衡，不計導線阻抗，并以
UAN 相電壓的相角為零度。（請見圖7）
（2-1）
（ 2-2）
（2-3）
（2-4）
（2-5）
（2-6）
（2-7）
以上各式中： 電源處A 相相電壓（假定相位為零）
ZA、ZB、ZC——各單相負荷的阻抗，假定為線性；
UAO、UBO、UCO——各單相負荷的端電壓；
UCO——中性點和各用電設備外殼對地電壓；
IA、IB、IC——各單相負荷的電流。
上式中的UCO 為PEN 斷線時，用電設備外殼對大地電壓，
因為各種原因，外殼對大地電壓并不是在任何情況下都相當
于接觸用電設備的人手和人腳之間的接觸電壓，而只是它的
最大可能數值。本文以后提及此電壓時將稱之為“最大可能
接觸電壓”。
為了對斷線情況有以個數量上的概念，現假定三種不同
的不平衡負荷組合。
（1）極端情況，即只有相負荷，即ZB=ZC= ∞
（2）B 相負荷為A 相的1/3，C 相無負荷，即ZB=3ZA
（3）B、C 相均有有負荷，并為A 相的1/3，即ZA=ZC=3Z，
對380/220V 系統(tǒng)，三種組合時電壓情況分別為
①第一種組合ZB=ZC- ∞
=0 =380<-150° V
=380<150° V =220V
②第二種組合ZB=3ZA ZC= ∞
=95.3<30° V =286<210° V
=344<136° V =146<-19° V
③第三種組合ZB=ZC=3ZA
=132V =275<224° V
=276<136° V =88V
從以上示例可看出，在沒有重復接地時，各相電壓和中
性點對地電壓只與各相負荷的相對值有關，各相電流與實際
負荷大小有關。上述示例也說明，三種組合中任何一種在發(fā)
生PEN 斷線時，外殼電壓都在50V 以上，對人都是有危險的。
如果在PEN 線分為PE 和N 兩根線處設置，接地電阻、
變電所接地電阻已知，則在重復接地處以前PEN 斷線時，電
流電壓變化情況如下（見圖7）：
（3-1）
（3-2）
（3-3）
（3-4）
（3-5）
（3-6）
（3-7）
（3-8）
上式中RG——重復接地電阻（有多個重復接地時，為各
重復接地電阻并聯(lián)后的有效值）
從以上各式中可看出，當有重復接地時和無重復接地時不
同，不僅各相電流要決定于負荷阻抗，而且各相電壓不僅僅決定
于各相阻抗相對值。因此，必須設定R0、RC、ZA、ZB、ZC 各數
值才能計算得出一些數量上得概念?，F假定R0=4歐姆、RC=10歐
姆、ZA=21.51，則在上述三種負荷組合時，電流電壓情況如下：
a）第一種組合時，ZB=ZC= ∞
=6.51<-255° A = = =0
=65.1<-225° V =140<14.1° V
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2016年2月
=298<130.8° V =294<218.7° V
b）第二種組合ZB=3ZA ZC= ∞
=5.09<-38.9° A =7.93<-21.7° A
=3.42<184.5° A =0
=5.09<-38.9° V =170.7<15.2° V
=288<125.1° V =220.5<221.4° V
c）第三種組合ZB=ZC=3ZA
=3.45<-17.7° A =8.12<-32.1° A
=3.64<191.6° A =3.99<90.4A
=34.5<-17.7° V =174.6<4.81° V
=257.7<127.2° V =235.1<228.4° V
從以上示例可看出，當有重復接地時，第二、三中負荷
組合情況時，PEN 斷線已基本無危險。
2.2 PEN斷線時得接觸電壓
從上述電流、電壓情況和不同不平衡負荷情況下得示例
數字可以看出，對于最不利的第一種極端情況，接觸設備外
殼的人的“最大可能接觸電壓” 在無重復接地時為220V，
有重復接地時降至65V，危險度大大減輕，如下（表1）：
2.3 PEN斷線時燒毀用電設備的危險
從（3-1）的計算可得出有無重復接地時各種不平衡負荷
組合下電壓情況得對比，如（表2）：
從表中對比看出，接至不同相的各個相電壓，用電設備
上所承受的電壓，在有無重復接地時差別較大。有重復接地
時危險已大為減少，表中的三種負荷組合一般不會出現，但
可以說，在實際發(fā)生中性線斷線時，如有重復接地，燒毀設
備的機率降明顯降低。
3 提高安全用電的措施
1）對工廠用電，采用“TT”系統(tǒng)與“TN-C”系統(tǒng)相結
合的方式，即用電設備外殼接地，并且利用電纜式電纜敷設
的保護金屬管和金屬電纜橋架作輔助接零保護。但對于爆炸
危險場所的用電設備，除采用以上措施，必須配備專用PE 線。
配電裝置距變壓器距離超過50m 時，電源必須作重復接地。
對移動用電設備采用“TN-C”系統(tǒng)必須加漏電保護開關，對
于爆炸危險場所的用電設備，必須注意單相接地保護的靈敏
度。若靈敏度達不到要求，也要加裝漏電保護裝置。
2）對于民用建筑，特別是高層建筑，室內低壓配電網絡
采用“TN-S”系統(tǒng)，即在室內工作零線（N）與保護零線（PE）
嚴格分開，自供電變壓器低壓側引來的三相四線制電源并未
增設專用保護零線屬于“TN-C”系統(tǒng)。就配電網而言，這種
建筑物內增設專用保護零線（PE）與電源工作零線部分合用，
這種系統(tǒng)PE 始于何處，目前無統(tǒng)一做法，但以電源入建筑物
處為宜，該處往往是電源終點，要作重復接地，可視為PE 線
的接地。
低壓配電網絡最好分級安裝漏電保護開關，起碼做到每
個單元用戶末端裝設單相漏電保護開關。配電干線、支線應
裝設短路與過載保護?！癟N-C”、“TN-C-S”系統(tǒng)的PEN 線和
N 線上、“TT”系統(tǒng)的N 線上不得裝設熔斷器。室內用電設備
宜用單相三極插座或單相三級二極雙插座供電，其中第三極
（保護線）接到PE 線上。
電源進線不論是架空或電纜必須考慮有足夠的強度。
表1 數值對比（ =4歐姆）
ZA=21.5 ∠ ZA=21.5 ∠ ZA=21.5 ∠
ZB= ∞ ZB=64.5 ∠ ZB=64.5 ∠
ZC= ∞ ZC= ∞ ZC=64.5 ∠
無RG RG=10 歐姆無RG RG=10 歐姆無RG RG=10 歐姆
220V 61.5V 146V 50.9V 88V 34.5V
4 結束語
改善與提高現行的中性點接地的“TT、TN”系統(tǒng)的用電
安全度，就必須從克服系統(tǒng)接線的不安全因素著手，本著節(jié)
約投資、減少工作量和簡便易行的原則，保證人的安全。
表2 各相電壓數值對比
相別ZA=21.5 ∠ ZA=21.5 ∠ ZA=21.5 ∠
相別ZB= ∞ ZB=64.5 ∠ ZB=64.5 ∠
相別ZC= ∞ ZC= ∞ ZC=64.5 ∠
無RG RG=10 歐姆無RG RG=10 歐姆無RG RG=10 歐姆
A0 0 140 95.3 171 132 175
B0 380 249 286 221 275 235
C0 380 298 344 288 275 258
L1
L2
L3
U01 U02 PEN U01
L2
U02
PEN
L1
L2
L3
U01 U02
PEN
L1
L2
L3
PEN
N
L1
L2
L3
N
L1
L2
L3
N
R0
A
N
C B
ZB ZC
RG
PEN
ZA
N
PEN
G
G
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PE
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?…3 ?…4
?…5
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?…6
參考文獻
[1] GB50052-2009，供配電系統(tǒng)設計規(guī)范[S].
[2] GB50057-2010，建筑物防雷設計規(guī)范[S].

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