施工现场临时用电接地系统分析

转自公众号：建筑电气杂志

电的实际使用始于1900年，1977年IEC标准正式列入TN、TT和IT三种接地型式。接地系统的发展是人类安全使用电力的过程，三种接地型式各有特点，各有其适用的场所，都受到相应用户的欢迎。

施工临时用电比一般电气装置具有更大的危险性，应选择适当的接地系统。

《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005，将被《建筑与市政工程施工现场临时用电安全技术标准》(JGJ/T46-2024)代替，新标准于2025年1月1日起实施。

条文第3.1.1 施工现场临时用电工程专用的电源中性点直接接地的220V/380V三相四线制低压电力系统，应符下列规定:

1、应采用三级配电系统;

2、应采用 TN-S系统;

3 应采用二级剩余电流动作保护系统。

该条文强调施工现场设置专用变压器时，应当采用TN-S 系统接地型式，电气设备的金属外壳与保护接地导体（PE）可靠连接，并采用两级剩余电流动作保护系统。

条文说明中3.2.13.2.1 本条依据现行国家标准《系统接地的型式及安全技术要求》GB14050，结合施工现场实际，规定了适合于施工现场临时用电工程系统接地的基本型式，强调施工现场设置专用变压器时应当采用TN-S 系统接地型式，明确规定 TN-S 系统的形成方式和方法，禁止采用 TN-C 和 TT 系统，但室外总坪等工程宜采用TT系统。

1923年，法国电气装置标准提出电气设备的金属外壳应接地；

1924年，英国标准（BS 7671第8版）正式提出，家用电器的金属外壳应接地。

为了避免在两次故障时熔丝熔断引发供电中断，首次在某些重要的工业项目里设置3只Y型连接的灯泡监视各相的绝缘状况。于是，出现了早期的IT系统，见图1。

不接地系统存在固有缺陷，例如，当一相发生接地故障，电容电流可能导致其他相产生稳态或暂态对地过电压，烧毁电动机绕组的绝缘；随着用电的普及，一旦两个用户的线路同时发生接地故障，熔丝仍会切断IT系统的供电回路。1927年，法国出台一项法规，电压不低于150 V的公共配电系统的变压器中性点应接地，提高了接地故障保护的可靠性，T T系统随之产生。

TT系统初始阶段，RCD配合多个接地极，系统发生一处故障同时断开全部故障和非故障设备。19世纪60年代，TT系统发展为多个RCD之间具有时间选择性，使得T T系统应用更加广泛，见图2。T T系统发展的趋势是只设一处独立的接地极，类似TN和IT系统那样，将PE导体贯穿到整个装置中。

TN系统由T T系统简化发展而来，1973年，法国正式确认TN系统的地位。

1977年，IEC 60364 - 3《Electrical installations of buildngs Part 3：Assessment of general characteristics》（第1版）发布，列出了TN、T T和IT三种系统，完善了接地系统的类型。

1993年，全国电气安全标准化技术委员会发布GB 14050 - 1993《系统接地的型式及安全技术要求》，和IEC标准协调一致。1993年11月，全国建筑物电气装置标准化技术委员会（SAC / TC 205）成立，承担与国际电工委员会“电气装置和电击防护委员会（IEC / TC 64）”对口的标准化技术工作，正式开展低压电气装置领域国内外标准跟踪、协调，进行紧密合作。

三种接地系统各具特色，其中，T T系统具有以下特点：

a. 安全性高：T T系统被认为是最安全的系统，其接地故障电流比TN系统大约小1 000倍，在火灾、爆炸、财产损坏等方面风险较小。

b. 抗干扰性能强：T T系统能提供不受高故障电流和谐波干扰的电位参考值，对敏感设备的电磁辐射和阻抗引起的干扰降到最低。

c. 系统简单：T T系统设计和扩展相对简单灵活，不需要进行故障回路阻抗计算，就具有较高的保护灵敏度。

d. 无故障电压传导风险：T T系统PE导体接单独的接地极，电源系统的故障电压不会沿PE导体传导。

e. 安装成本：T T系统安装成本较高，但是维护成本较低，从全生命周期考虑，T T系统和TN系统成本大致相当。

f. 通常采用RCD作为接地故障保护电器。

当前，T T系统在世界范围内应用相当普遍，包括法国、比利时、西班牙、意大利、波兰、日本，以及大多数非洲国家，在德国和英国的农村地区也有应用。我国T T系统主要应用于以下场所：

a. 农村等远距离供电场所；

b. 户外无等电位联结的用电装置；

c. 城市公共电网；

d. TN系统不能满足故障防护要求的场所等。

施工现场比一般场所具有更大的危险性，原因在于：

a. 线路和设备属于临时性电气装置，安装和敷设环境相对恶劣，导致电气设备绝缘下降。据早期一份资料显示，每8次电击事件中就有1次发生在建筑工地，建筑工地上71 % 的电气设备存在明显缺陷；

b. 施工现场不具备等电位联结条件，和室内一般场所相比，具有更高的接触电压；

c. 受室外环境影响，人体皮肤阻抗下降，电击危险性更大。

以上因素导致施工现场发生电击的可能性较大，需要特别重视。

T T系统中，电气设备单一或成组地连接到各自的接地极和PE导体，T T系统供电范围内的故障电压不会像TN系统那样通过PE导体在配电系统内传导蔓延，见图3。

T T系统接地故障保护电器通常采用剩余电流动作保护器，动作敏感性高，对保护接地电阻要求相对宽松，接地故障保护灵敏度容易实现。尤其是末端插座回路采用高敏感度的不大于30 mA RCD，可以用于直接接触防护。

T T系统故障防护公式为：

R _A I _Δn ≤ 50        （1）

式中：

R _A  —— 接地极和外露可导电部分的保护导体的电阻之和，Ω；

I _Δn —— RCD的额定剩余动作电流，mA。

T T系统RCD动作电流对应的接地电阻值见表1。

表1中，额定动作电流I _Δn 时，30 mA RCD故障阻抗仅需要满足1 667 Ω，500 mA RCD故障阻抗需要满足100 Ω；当30 mA RCD需要在0.04 s内断开故障电源回路时，5倍I _Δn 对应的故障阻抗为200 Ω。

因此，T T系统对故障阻抗要求相对宽松，和TN系统相比，保护灵敏度计算更加简单。

T T系统中，等电位联结的重要性较低，主要原因在于：

a. 自动切断电源可靠性高，能确保规定时间内切断故障电源回路；

b. 配电线路接地故障不会影响到终端回路，这和TN系统有较大的差别。

TT系统RCD动作电流对应的动作时间见表2。

对于故障防护，RCD动作时间均不大于0.2 s，满足GB / T 16895.21 - 2020 / IEC 60364.4.41：2017《低压电气装置 第4 - 41部分：安全防护 电击防护》表41 - 1的规定。对于不大于30 mA RCD，根据图4，无延时型RCD在4.4I _Δn 处的动作时间小于0.1 s，且RCD动作特性全部位于GB / T 13870.1 - 2008 / IEC / TS 60479 - 1：2005《电流对人和家畜的效应 第1部分：通用部分》c1曲线左侧，保证了直接接触带电导体时的人身安全。

T T系统的PE导体引自单独的接地极，不受电源线路和设备故障影响，故障电压不会通过PE导体传导至其他金属设备外壳，并且通过在各终端设备回路设置RCD，快速切断电源，不致发生电击危害。

JGJ 46 《施工现场临时用电安全技术规范》（简称《施工规范》）和JGJ / T 429 - 2018《建筑施工易发事故防治安全标准》要求施工现场临时用电低压系统，应采用TN - S系统。规范编制人在《施工现场临时用电安全技术暨图解》中提出采用TN系统的两个理由：

a. T T系统保护接地电阻值受现场条件影响，发生接地故障时故障电压不稳定;

b. T T系统发生接地故障时，保护灵敏度和可靠性相对较低。

上述已经分析，由于T T系统采用RCD作为故障防护电器，保护灵敏度很容易满足，对保护等电位联结和保护接地电阻值要求都不高。相反，如果采用TN系统，由于施工现场不易设置有效的保护等电位联结，低压系统内一旦发生绝缘故障、相线接大地故障或者高压侧接地故障等，都可能产生危险的故障电压，并沿PE导体传递到系统内所有电气设备的金属外壳，造成电击事故，见图5。

令人欣慰的是，GB 50194 - 2014《建设工程施工现场供用电安全规范》8.1.1条明确，施工现场的低压配电系统的接地型式可采用TN系统、TN - C - S系统或T T系统。

JGJ 46 - 2005 《施工现场临时用电安全技术规范》1.0.3条要求设置二级“剩余漏电保护系统”。总配电箱中剩余电流动作保护器和开关箱中剩余电流动作保护器应具有选择性配合。

RCD三种功能：

a. 故障防护：设备或线路发生单一故障时，RCD应在规定时间内跳闸，断开供电电源；

b. 防火保护：IEC要求在火灾危险场所内的终端回路设置不大于300 mA RCD；

c. 附加防护：不超过32 A供一般人员使用并用于普通用途的交流插座；不超过32 A的户外交流移动式设备回路设置不大于30 mA RCD。

施工现场通常不处于火灾危险场所；附加防护RCD一般设于终端回路；总电源箱处的过电流保护器（OCPD）只在不满足TN系统故障防护条件时，才需要设置RCD。

根据IEC 60364 - 5 - 53：2019《Low?voltage electrical installations — Part 5 - 53：Selection and erection of electrical equipment - Devices for protection for safety, isolation, switching, control and monitoring》531.2.3条，当TN系统的设备或装置的故障防护不能满足要求时，可以由RCD保护。这种情况下，外露可导电部分不需要连接到TN系统的PE导体，而是连接到设备或装置独立的接地极，按T T系统对待。当不存在独立的接地极时，也可连接RCD电源侧的PE导体。由此可见，该情况下T T系统应是首选。

T T系统故障回路阻抗较大，故障电流约为20 A，全系统“通常应采用 RCD 作故障防护”，串联的RCD之间应具有选择性，确保故障点最近处电源侧的RCD动作，而非故障的电气装置保持持续供电。

《施工规范》要求TN系统按“三级配电、两级漏电”配置，那么，总电源箱处的RCD和下一级OCPD之间存在难解的配合问题（包括时间选择性和动作电流选择性）。由于上级RCD比下级OCPD灵敏度更高，除非全系统设置RCD，否则难以解决此类选择性问题，IEC 60364 - 5 - 53：2019 535.4 对于这种配合都给出“Under consideration”（即考虑中），无明确的结论。

早期，电击防护措施不够完善，曾明确要求“接零”保护（注：TN系统）和接地保护（注：T T系统）严禁混用，《施工规范》有同样的规定“当施工现场与外电线路共用同一供电系统时，电气设备的接地、接零保护应与原系统保持一致。不得一部分设备做保护接零，另一部分设备做保护接地”。原因是，当保护接地的设备发生绝缘故障，可能在变压器中性点产生故障电压：u _f  = i _f  × R _B ，并沿PE导体传导至保护接零的设备金属外壳，见图6。

产生以上风险的原因在于：

a. 早期的接零保护和接地保护电器主要采用过电流保护器或熔断器，未采用RCD，未能确保在规定时间内切断电源；

b. 早期的接零保护未设置保护等电位联结，未能阻止故障电位沿PE导体蔓延，对人产生电击伤害。

《民用建筑电气设计规范》早期版本 —— JGJ 16 - 83《建筑电气设计技术规程》第18.1.4条对此也有说明“由同一台发电机、同一台变压器或同一段母线供电的低压电力网，不宜同时采用上述两种保护方式（注：指接零保护和接地保护）”。“当全部采用低压接零保护确有困难时，也可同时采用上述两种保护方式，但不接零的电力装置或线段，应装设能自动切除接地故障的装置（如漏电流保护装置等）。”当时，保护等电位联结尚未在我国推广，故而提出采用漏电流保护措施。

IEC相关文献给出了明确的做法，见图7。T T系统采用RCD作为故障防护电器后，TN和T T系统完全可以“混用”。

不仅如此，从同一变电所、同一低压母线引出TN系统和T T系统的做法彻底改变了TN系统和T T系统禁止混用的错误观点，见图8。

施工现场具有较高的危险性，线路和设备均属于临时用电装置。室外不具有等电位联结条件，采用TN系统具有一定的危险性；采用T T系统配合剩余电流动作保护器可以极大地提高用电安全。我国标准和IEC标准之间，以及我国相关标准之间应增加协调，不应摒弃T T系统这个特别适合施工现场的接地系统。