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低压系统的接地及等电位联结（一）

发布于：2015-07-31 23:23:31 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

1 概述

根据规定，凡属于发电、变电、输电且又属电力部门管理的电气装置（电压达１０００kＶ及以下）为Ａ类电气装置，而工业与民用的电气装置，由用户管理与使用的建筑物内外的电气装置为Ｂ类电气装置，俗称建筑物电气装置，本文讨论由用户管理使用的建筑物电气装置低压配电接地及等电位问题。

低压系统的接地及等电位联结，是关系到低压系统的正常运行及设备与人身安全问题，也牵涉到保护方式的确定，这些表面上看是很通俗的问题，实际上对一些电气设计人员及用户尚不完全了解，尤其对安装调试及运行管理人员，对上述问题更是比较模糊。在现实中，笔者经常遇到这种有人不加分析，却常拿情况接地问题、接零问题及所谓中性点偏移问题说事。由于对上述问题的机理不清，往往对事情的分析及事故处理南辕北辙，由此可见，对低压系统的接地、等电位联结诸多问题，有进行分析讨论的必要，笔者现就上述问题以本文所述谈谈自己的看法、心得及体会。

谈到低压系统的接地，首先要搞清低压接地系统，低压接地系统的接地分为两部分，一是电源侧的接地，二是负载侧的接地，这两处接地用两个字母表示，如果电源的中性点直接接地，则用“Ｔ”表示。而负载侧的 电气设备外露可导电部分通过ＰＥ线或ＰＥＮ线与电源接地中性点相连，负载侧的电气设备的接地状况此时用“Ｎ”表示，此低压系统称为ＴＮ系统；如果电源中性点直接接地，电气设备外露可导电部分也直接接地，且这两种接地各自独立，没有金属性连接，电气设备的接地用也用“Ｔ”表示，此种低压接地系统称为ＴＴ系统；如果电源中性点不直接接地，用“Ｉ”表示，而系统内的电气设备直接接地，用“Ｔ”表示，此系统称为ＩＴ系统，而ＴＮ接地系统中，根据电气设备接地线的不同情况，又派生出三种接地系统，即ＴＮ—Ｃ系统、ＴＮ—Ｃ—Ｓ系统及ＴＮ—Ｓ系统。每种接地系统各有其优点，不同的场合应用不同的接地系统，不同的接地系统又必须与相应的保护相配合，也就是对保护有相应的要求，同时也要相应的安装及施工要求。

2 ＴＮ接地系统

2.１ＴＮ－Ｃ系统

（1）低压系统中中，很难有单纯ＴＮ－Ｃ系统存在所谓ＴＮ－Ｃ系统，它是ＴＮ系统的一个分支，ＴＮ接地系统中，如果保护线与中性线一直合用，此系统为ＴＮ－Ｃ系统，中性线与保护线合用后简称ＰＥＮ线或ＰＥＮ导体。但单纯ＴＮ－Ｃ系统很难找到，其理由有二个，理由之一是小容量设备不可能与ＰＥＮ线相连。对于干线或分支干线，保护线与中性线可以一直合为ＰＥＮ线，但对于末端线路，尤其对于小容量的电气设备的接入线，应则当别论。国家规范《低压配电设计规范》ＧＢ－５００５４－２０１２的要求，ＰＥＮ线的最小截面铜不小于１０ｍｍ２，铝线不小于１６ｍｍ２，如果电气设备容量较小，例如不过约千瓦，保护线只要不是电缆的一根芯线，或与相线不在同一保护物内，保护线若为铜线，有机械保护时２．５ｍｍ２，无机械保护时为４ｍｍ２．如果追求所谓正宗的ＴＮ－Ｃ系统的，ＰＥＮ线应当直接与小容量电气设备的保护端子相连，其连接线的最小截面为１０ｍｍ２的铜线或１６ｍｍ２的铝线，这是不可能的，也是不可想象的，一台小的电气设备不可能为接入ＰＥＮ线的上述截面而留有大的接地端子，而且ＰＥＮ线又不宜采用软线，这又增加了ＰＥＮ线直接与小容量电气设备直接相连的难度，而且此设备也不可能采用剩余电流 保护器，有鉴于此，当接入电气设备的相线截面小于等于6mm时，要用ＰＥ线连接电气设备至ＰＥＮ干线或ＰＥＮ分支干线，在此情况下，严格区分低压电网是ＴＮ－Ｃ系统还是ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统就无实际意义了。理由之二是有的设备只能与ＰＥ线相连，不可能与ＰＥＮ线相连，例如，三相电机的保护接地只能与ＰＥ线相连，而不可能接ＰＥＮ线，由此可见，低压系统很难单纯存在于ＴＮ－Ｃ系统，一般与ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统共生共存。

（2）从插接式四线制母线槽不能引出ＴＮ－Ｃ系统的配电线路

四线制母线槽如果用于ＴＮ－Ｃ系统，其中一根线必然是ＰＥＮ线，单纯作为传输线路也是可以的，但对于插接式母线槽是不可以的，原因很简单，ＰＥＮ线是不能被开断或隔离的，ＰＥＮ线必须要绝缘，对于插接式母线槽，ＰＥＮ分支线的引出要靠插接头，这样等于ＰＥＮ分支线被隔离或接入开关极了。笔者多次发现，插接式母线槽用四线式，ＰＥＮ分支线用插接箱的插接头引出后，在楼层配电箱处分为ＰＥ线及Ｎ线。四线式母线槽如果包含三根相线一根中性线，倒可以采用四插接头的母线槽了，它的第四根线是Ｎ线，是可以用插接头引出的，不过它不是ＴＮ－Ｃ系统，而是另配专用ＰＥ干线与母线槽平行敷设，这样此系统应为ＴＮ－Ｓ系统了。

（3）ＴＮ－Ｃ系统其它注意问题及ＰＥＮ线截面的选择

在国家规范《低压配电设计规范》中一再强调，在ＴＮ－Ｃ系统中，ＰＥＮ线不能被隔离，严禁接入开关设备，不能穿过剩余电流保护器的磁回路。当然，这些要求是对的，但对于ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统内的ＰＥＮ线也适用，由此可见，上述要求不必强调ＴＮ－Ｃ系统了，只要强调对ＰＥＮ线的强制要求即可。ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统不应划归为ＴＮ－Ｃ系统，它们同属ＴＮ系统的两并立系统。

ＰＥＮ导体的最小截面应当既满足对Ｎ线的要求，又要满足对ＰＥ线的要求，铜材质最小为１０ｍｍ２，而修改前的老规范规定，ＰＥＮ线若为多芯电缆的一根芯线，最小截面应不小于４ｍｍ２，但是这一规定是有问题的，不但没有区分铜材与铝材的差别，４ｍｍ２截面也太小了，并不切合实际。新修订的规范要求ＰＥＮ线最小截面为１０ｍｍ２，笔者认为还要加上一条要求，即“不宜采用软线”，这主要为施工方便考虑。有的规范要求，当通过ＰＥＮ线的电流不超过相线电流的３０％时，ＰＥＮ线截面选取同ＰＥ线，尽管此规定没有过硬的理论支持，但也提供了选择ＰＥＮ线时的方便，可查ＰＥ线的选择表确定。

（4）ＴＮ—Ｃ系统的接地故障保护

为在工厂大型车间配电常见方式，由车间变电所低压总开关引出总干线，采用裸铝排跨屋架或沿屋架明设，不过目前用母线槽取代了裸铝排。由于车间大，供电距离远，当回路末端发生接地故障短路，短路电流往往不能使低压总开关短路保护跳闸，为此常采用零序保护，ＰＥＮ线中的电流为零序电流，由零序电流使断路器跳闸称为零序保护。检测零序电流的方法可在ＰＥＮ线上安装电流互感器，由此电流互感器动作于中间继电器，中间继电器动作于断路器的分离 脱扣器。也可采用零序电流互感器，使三个相线同时穿过零序电流互感器的磁回路求得零序电流。也可以由断路器自带的三相电流互感器，取其副边三相电流的矢量和，即为零序电流，用它动作于断路器跳闸。第一种方法比较陈旧而且麻烦，占用较多设备及安装空间，目前很少采用，第二种方法很难有这样大的电流互感器，同时能容纳三相大截面导体穿过其磁回路，第三种方法简单易行，但要选择具有此功能的断路器相配合。

2.２ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统

在ＴＮ系统中，如果从电源中性点起，ＰＥ线与Ｎ线合为ＰＥＮ线一段后，然后再分道扬镳，分为Ｎ线与ＰＥ线（一旦分开，在任何处不能再相连），此系统为ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统。

由于ＰＥ与Ｎ线合用一段，这样在实际应用中会产生争论，也就是ＴＮ－Ｓ系统与ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统的分类问题，ＰＥ与Ｎ线在何处分开才能为ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统呢，有的人认为，只有在变压器的出线端子上分别引出ＰＥ线与Ｎ线，也就是ＰＥ线与Ｎ线必须在变压器端子上分开才算ＴＮ－Ｓ系统，如果在变压器附近的低压配电屏上分出ＰＥ于Ｎ线，只能算是ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统。对此笔者不予认可，即使在变压器端子上分开ＰＥ线与Ｎ线，而电源的中性点是在变压器内部，从端子至内部中性点还是共享了一段线路，此段线路是否可称为ＰＥＮ线呢，如果是岂不是ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统了吗。如果一味追求所谓的正宗ＴＮ－Ｓ系统，那么变压器副边应有五只接线端子，即三根相线端子，一根中性线端子，一根保护线端子，目前此种变压器尚未生产，生产此种变压器也无此必要，为追求所谓正宗ＴＮ－Ｓ系统而生产低压五出线端头的变压器，是否太迂腐了。变压器低压侧四只出线端子中，０线端子最小，如果在此处分为ＰＥ干线与Ｎ干线，该端子接线太多，既有Ｎ线，又有ＰＥ线，还有接地线，造成接线及施工的困难。为何不在低压总配电屏总开关前分出ＰＥ干线与Ｎ干线呢，如图１所示一次接线系统，因ＰＥＮ干线截面大、长度短、不存在断裂问题，不平衡电流在此段压降很低，笔者曾计算过，大约为１Ｖ，此电压可忽略不计，这样可把变电所低压配电屏中的ＰＥＮ干线与与变压器中性点认为是等电位的，它与ＴＮ－Ｓ系统就没有本质的区别了，何尝不可称为ＴＮ－Ｓ系统呢。如果思路再放开点，把ＰＥＮ线延伸到低压配电屏的馈线电缆室（如图２所示），不但节约有色金属，而且大大方便施工及维修，馈线电缆采用五芯电缆，电缆的Ｎ　线与ＰＥ线同时接至低压配电屏电缆室的ＰＥＮ排上，这是典型的ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统，但本质上与ＴＮ－Ｓ系统没有太大的区别，图２的接线与图１相比，这会给施工、维护带来极大的方便。

道理很简单，若采用图１所示接线，且配电屏为侧面出线，当配电屏宽度为标准宽度８００ｍｍ，功能单元室宽度为６００ｍｍ又是不可改变的，出线电缆室的宽度只剩有８００ｍｍ－６００ｍｍ＝２００ｍｍ了，这在宽度只有２００ｍｍ电缆室内，要安装一次馈线电缆线与二次线，以及相应的引出插接头，还要安装ＰＥ分支干线及Ｎ分支干线，非常拥挤，安装调试困难。如果在电缆室内Ｎ线与ＰＥ线合为不必与柜体绝缘的ＰＥＮ线，电缆室的安装空间就大了，给施工安装带来方便。．不过要注意的是，对于变电所有两台配电变压器，而且电压配电屏上装有四极母线联络开关时，由于Ｎ线要进入母线联络开关的一极，因此ＰＥＮ干线要在总配电屏处分出ＰＥ干线与Ｎ干线，（如图１所示）。如果变压器低压总开关及母联开关均为三极开关，图２的主接线是可取的。

2.３ＴＮ－Ｓ系统

（１）ＴＮ－系统内可局部存在ＴＴ系统、ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统及ＩＴ系统

如果从电源的中性点分别引出中性线与保护线，中性线与保护线不再相连，此系统为ＴＮ－Ｓ系统。在变电所为ＴＮ－Ｓ接线中，某些回路可采用ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统，只要该回路引出ＰＥＮ线即可，从变电所一配电回路向远处一建筑物供电时，常用此种接地系统。当引出的回路既无ＰＥ线，又无ＰＥＮ线，在设备端直接接地，此回路形成局部ＴＴ系统，不过采用的保护措施要与接地系统相适应。在ＴＮ系统内，要实现局部ＩＴ系统，应加单独的配电变压器。

（２）五线式插接母线槽不得带有五插孔，插接箱不能带有五插头

在ＴＮ－Ｓ系统中，五线式母线槽是经常应用的，如果带有插接孔，到底是五插孔符合要求还是四插孔符合要求，正确的答案应是后者。五线式母线槽有三根相线，一根保护线，一根中性线，保护线为裸导体，它与母线槽金属外壳紧密接触，通过固定的金属螺栓引出壳外，引出线路的ＰＥ线与此螺栓连接。但令人惊讶的是，有的用户或设计人员，甚至施工监理人员，认为插接式五线母线槽上述结构不符合要求，要求为五插接口的，否则视为不合格产品，是偷工减料。众所周知，ＰＥ线不得接入开关的极，不得隔离或断开，这就是说，ＰＥ线是不能通过插接头引出的，只有三根相线及一根中性线可以通过插接头引出，这样一来，五线式母线槽，如果带有插接口，四只插接口是正确的。有人对ＰＥ线或ＰＥＮ线不能进入插接头不以为然，振振有词地辩驳说，手持式或移动式电气设备的ＰＥ线不是采用插头与插座接入吗，但那是指用来与末端电气设备本身接地，而不是馈电回路，如果母线槽的插接箱本身接地，可以通过插接头连接，如同低压抽屉柜的抽屉，它的接地也可通过插接头接地一样，只是某一设备本身接地之需，而绝不能通过插接头用于ＰＥ线路的引出，ＰＥ回路不能接入开关的极，也不能经插接头连接。电气设备通过插接头接地，也是有要求的，即只有相线先断开，ＰＥ插头才能断开，接通时，只有ＰＥ插头先接通，相线插头才能接通。

插接式四线母线槽能否用于ＴＮ－Ｓ，答案是肯定的，但ＰＥ线可采用母线槽的铝金属外壳，也可在母线槽外平行敷设一裸金属排作为ＰＥ线，但要满足导电能力的要求。有的设计人员采用钢板外壳作线路的ＰＥ线，但要进行导电能力验算，但对大额定电流的母线槽，笔者曾做过验算，结果是导电能力不符合国家规范对ＰＥ线导电能力的要求。

2.４ＴＮ接地系统接地故障保护

（1）接地故障保护的要求

采用在规定时间内切断故障回路的方法实现接地故障的保护。

接地故障保护应满足公式ＺＳ×ＩＡ≤ＵＯ的要求：

ＺＳ—接地回路的阻抗；

ＩＡ—保证保护电器在规定时间内自动切断故障回路的电流；

ＵＯ—相导体对地标称电压.

当相对地标称电压为２２０Ｖ时，对于配电线路或仅向固定式电气设备供电的末端线路切断故障时间不超过５s，对于供电给手持式和移动式电气设备的末端线路或插座回路，不大于０．４s.

如果过流保护能满足切断故障回路时间要求，应首选过流保护作接地故障保护，而不是动辄采用剩余电流保护电器。对于塑壳断路器，很容易达到保护切断的时间要求，只要接地短路电流超过瞬动整定值的１．３倍以上（要考虑断路器可能有２０％的允许误差），切断时间不会大于５s，切断时间是否不大于０．４s，只要查一下断路器脱扣时间与电流关系曲线便知。对于熔断器保护，如果切断时间不大于５s，接地故障电流应为熔体额定电流的４．５~７倍，如果切断时间不大于０．４s，则应为８~１１倍（由于热容量的关系，熔体额定电流越大，同样的切除时间，短路电流倍数越大）

在《低压配电设计规范》的有关条文规定，当配电箱或配电回路直接或间接给固定式、手持式、移动式电气设备供电，应采取的措施包括配电箱至总等位的ＰＥ线阻抗要足够小，使在发生接地故障时，外壳对地低压不大于５０Ｖ，或者将配电箱内的ＰＥ排与附近可导电部分作局部等电位或辅助等电位联结。笔者认同后一种方法，即等电位联结法，前一种方法很难实现，因为验算故障是至总等电位联结点的压降不超过５０Ｖ，必须求得接地回路阻抗，为此要知道距总等电位联结点的距离及沿途材料参数与敷设方式，由于回路电抗取决导体之间的距离，从而求得电抗非常困难，工作量非常大，况且建筑物内的配电箱基本上是固定式与移动式、手握式共享的，每个配电箱皆如此校验工作量是不可想象的。众所周知，在工厂车间，动力配电箱侧板上经常安装插座，也就是既给固定式又给手持式、移动式电气设备供电，按规范要求此动力配电箱至总电位联结点的压降在发生接地故障是不超过５０Ｖ，前文已经说明，这是很难验证的。此种条文对现实电气设计无任何指导意义，尽管是抄录ＩＥＣ的相关条文。总之，所有的这些要求，道理简单浅显，但计算麻烦，难以实现。也有人建议，配电箱既向固定式又向移动式、手持式供电，采用动作时间一律为０．４s，即切断时间按最短时间要求，其不简单易行，有人认为此法不合规范要求，间接接触保护不能只靠自动切除故障回路的方法，因电器产品会产生维护、可靠、老化等问题，不能保证安全可靠动作，为了确保万无一失，还要辅以等电位联结，对此笔者并不认同，在《低压配电设计规范》的有关条文中，明确在各种情况下切断接地故障时间要求，并没有一定要附加辅助等电位的要求，在移动、手持式设备与固定式设备共存的情况下，切除时间按最严格条件执行，为何满足不了要求呢。至于保护器因故障而拒动问题，那是维护管理问题。

（２）一根相线落地带来的问题

在ＴＮ系统中，如果一相落地，或一相与没有与ＰＥ线相连的外界物体接触，接地电流通过大地、接地处的接地电阻及变压器的接地电阻，在变压器接地电阻上的压降，通过ＰＥ线或ＰＥＮ线传至与此相连的电气设备金属外壳，使人产生触电危险。要使此电压不超过５０Ｖ，按照《低压配电设计规范》的要求，应满足以下公式的要求：

ＲＢ/ＲＥ≤５０/（ＵＯ－５０），式中：

ＲＢ—变压器中性点接地电阻（考虑与其并联的其它电阻的影响）；

ＲＥ—相线的落地电阻；

ＵＯ—相导体对地标称电压.

如果对地标称电压为２２０Ｖ，ＲＥ为１０Ω（最小值按此数值），因压降与接地电阻成正比，不难算出变压器的接地电阻为１０×５０/（２２０－５０）＝２．９４（Ω）.

看起来这是个简单的公式，但问题却颇多，一是相线落地电阻无法预测，谁能知到落到何处呢，二是顾此失彼，变压器接地电阻越小，其上电压降越低，通过ＰＥ线传递至设备外壳上的电压越低，但落地处的电压却越高了，因为２２０Ｖ电压是按电阻的大小成比例分配的，这边低，那边就高。不过与系统的ＰＥ线相连的设备多，影响面大，落地处只是单个点　的问题，变压器中性点电位抬高是面的问题，是否变压器中性点的综合接地电阻应是不大于２．９４Ω，而不是４Ω或１０Ω呢，从而否定有关规定呢，答案是否定的，变压器中性点接地电阻为４Ω或１０Ω，是综合各种因素得出的数据，况且还有等电位联结的作用要考虑进去，以前的规定是行之有效的。由此可见，该公式表面无任何问题，实际上却没有什么作用。如果预计到某回路有相线落地的危险，那么可把该回路当成ＴＴ系统看待，即在ＴＮ系统内作局部ＴＴ系统，该回路采用剩余电流保护器保护，或者采取必要的措施，使之不可能在危险场所落地，如架空线绕过水塘或金属屋面。至于落地处的电阻多少，这又是一个难题，有ＩＥＣ的专家认为，如果无法预测落地电阻，那就最小按１０Ω进行考虑吧，这一数据有无根据，那就不得而知了。

此外，笔者在此顺便提一下变压器低压侧中性点接地电阻大小的问题，当高低压合用接地电阻，高压侧为不直接接地系统，接地电流最大不应超过３０Ａ，而据有关规范规定，变压器接地电阻又不超过４Ω，这样高压侧发生接地故障时，在接地极上的压降为１２０Ｖ，此电压沿ＰＥ线传至与此相连的电气设备的金属外壳，这对人可能造成触电危险，为此规范又规定，高压侧接地故障在此接地极上的压降不得超过５０Ｖ，这使人不知所措，如果高压接地电流允许３０Ａ，那么变压器的合用接地电阻应不大于１．６７Ω，而不是４Ω，如果允许接地电阻为４Ω，那么高压侧的接地电流不应大于１２．５Ａ，二者必居其一。许多设计人员比较一致的看法是，高压侧接地电流应限制在１０Ａ以内，超过１０Ａ后，电缆的接地电弧电流不易自动熄灭，而且电缆的接地又多为永久性接地，如果限制高压侧接地电流不超过１０Ａ，共用接地极压降不超过４０Ｖ了。国家规范《交流电气装置的设计规范》ＧＢ５００６５－规定，Ｂ类电气装置采用接地故障保护时，建筑物内的电气装置应采用总等电位联结，国家规范“低压配电设，计规范”ＧＢ５００５４－２０１１规定：每个建筑物中的以下可导电部分应作等电位联结……既然作等电位联结，是否还要求接地极上的压降不超过５０Ｖ值得研究。

（３）配电变压器中性点接地电阻如何选取

前文已谈到，一相落地为了变压器接地极上压降不超过５０Ｖ，变压器接地极接地电阻不应超过２．９４Ω，如果变压器高压侧（中性点不接地系统）发生接地故障，在变压器共用接地极压降不超过５０Ｖ，变压器中性点接地电阻不大于１．６７Ω，为此有设计人员呼吁，要求接地电阻不大于１Ω，而根据国家规范要求为４Ω，（容量为１００kＶＡ及以下为１０Ω），容量小接地电阻就可以放宽，从原理分析并无道理可言，笔者分析，容量小，低压电网范围小，影响面小罢了。在具体工程实践中，有的根本达不到４Ω的要求，笔者考察过当地供电部门安装的杆上变电所，尽管变压器容量超过１００kＶＡ，２m一根的接地极很少多于四根，按土壤电阻率为１００Ω.ｍ计算，接地电阻很难小于１０Ω，不是照样运行吗，如果要求不大于１Ω，则山区及丘陵地区很难用上电了，因为接地极的造价非需高而无法承受。４Ω的要求本来是延续前苏联的规定，其原理是一但某相线落地，其它两相对地电压不超过２５０Ｖ（当时认为对地电压不超过２５０Ｖ才算低压），相应的变压器中性点对地电压偏移不超过５１．８６Ｖ，这样如果相线落地电阻为１５Ω，不难推算，变压器中性点接地电阻不大于４．６２Ω，实际落地电阻大多大于此值，采用４Ω也就顺理成章了。自从引入５０Ｖ安全电压的概念后，对变压器中性点接地电阻４Ω的正确性受到质疑，笔者认为，实践是检验真理的唯一标准，采用４Ω这一规定实践中没有大的问题，没有改小的必要，否则会造成过大的投资。

（４）应首选过流保护作接地故障保护

国家规范规定是当过流保护满足要求时，宜采用过流保护作接地故障保护，笔者的意思要首选过流保护。尤其在末端线路，配电箱内的回路保护开关多为微型断路器，额定电流最大不过几十安，单相碰壳短路电流经常达到上千安，微型断路器在几毫秒内切断，而在剩余电流保护器问世前，接地故障保护也采用过流保护，一但剩余电流投入使用，反而出现了烂用的现象。

（5）ＰＥＮ线及变压器中性点接地线断裂的问题

当ＰＥＮ线断裂时，造成的危害第一，若单相负载严重不平衡，有的造成不能正常工作，有的因电压过高而烧坏，第二若ＰＥＮ线断裂，接ＰＥ线的单相电气设备会在正常情况下发生人身触电伤亡事故，电流的流通路径为相线—电气设备—电气设备的Ｎ线——电气设备的ＰＥ线——与外壳接触的人体——大地——经接地电阻流回变压器中性点。即使设备采用了剩余电流保护器，由于进出保护器的磁回路电流矢量和为零，剩余电流保护器是无能为力，是不会动作的。

ＰＥＮ线断裂造成设备与人身事故可以说是屡见不鲜，绝非杜撰，笔者就曾经历过多起此类事故，有的是吊车把横跨马路的架空线路的ＰＥＮ线划断，有的是配电箱中ＰＥＮ线接头松脱，有的是清理变电所时不经意把ＰＥＮ线剪断。为防止ＰＥＮ线断裂，国家规范要求其截面不小于１０ｍｍ２（铜）或１６ｍｍ２（铝）。

在ＴＴ系统中，变压器中性点接地线断裂会使保护丧失，而ＴＮ系统变压器中性点接地线的断裂后果非常严重，万一有一相落地，人接触接ＰＥ线的电气设备外壳，触电电流的路径为：落地相线——落地处接地电阻——人体——设备外壳——设备的ＰＥ线——流回电源的中性点。所有电气设备外露导体均与ＰＥ线相连，这样有触电危险的人群会非常庞大。

（6）ＰＥ线的导线截面的选取

ＰＥ线的截面可用公式计算，也可直接查表得到，二者不矛盾，查表方便，但比较保守，查表得到的数值肯定能满足要求，那么也就不必要再用公式计算了。但无论公式计算还是直接查表，都要满足机械强度要求。机械强度要求是，ＰＥ线若不是电缆的芯线，或与相线不在同一保护物内，有机械保护时，最小截面为铜２．５ｍｍ２，铝为１６ｍｍ２，无机械保护时，铜４ｍｍ２，铝１６ｍｍ２。ＰＥ线最小截面见表１.

但在国家规范《低压成套开关设备和 控制设备》ＧＢ７２５１．１中，ＰＥ线的最小截面为表２所示。

两个表的数值是有差异的，同是国家规范，又出现要求各异，不过表２更接近实际，电流越大，越靠近电源端，ＰＥ线的截面根本不必采用相线截面的一半。

采用公式计算，主要考虑短路时的热稳定，其公式为：

Ｓ＝（Ｉ×√ｔ）/Ｋ

式中：Ｓ—截面（ｍｍ）；

Ｉ—通过ＰＥ的稳态短路电流（Ａ）；

ｔ—保护电器动作时间（Ｓ）；

Ｋ—由ＰＥ线的材质、绝缘及初始温度决定的系数.

2.５变压器就近接地的提法不合适

国家的有关规范提到变压器要就近接地，这种提法是有问题的，在国际电工委员会（ＩＥＣ）的有关规定中，不提倡变压器要就近接地，而是强调多台变压器的中性点要实现一点接地。

假如有两台配电变压器处于同一配电室，电压侧设有母联开关，两台变压器的低压中性点如果就近接地，任意一台变压器中线电流都有可能借助另一台变压器的Ｎ线与ＰＥ线环流，形成杂散电流，产生电磁干扰。如果两台变压器低压总开关带有剩余电流保保护，会造成误导或拒动，具体分析在下文中详述。

另外，就近接地对变压器的绝缘耐压及人身安全不利，为说明此问题，设变压器的外壳接地电阻为ＲＥ，此接地看作变压器外壳高压侧接地的保护接地，变压器低压中性点的工作接地电阻为ＲＢ，若就近接地，形成外壳接地与中性点接地合用一个接地装置的可能性增大，如果变压器高压侧是有效接地系统，其接地电流一般可达数百安，接地极上的压降国家规范要求不大于２０００Ｖ（一些人对此数值有争论，认为应为１２００Ｖ合适），这样此电压会通过变压器中性点引出的保护线传至电气设备的金属外壳，为保证安全，一是低压侧实现等电位联结，二是高压测接地故障要在规定时间内切除。但当变压器中性点的接地不是就近接地，而是与变压器外壳接地极相距１０ｍ以上，高压接地故障对低压侧安全的影响要小得多。合用接地极对低压绝缘也有影响，若接地极上电压达到２０００Ｖ，变电所低压电气设备的相对地工频应力电压为２０００Ｖ＋２２０Ｖ，低压电气设备（含电涌保护器）必须满足此应力电压要求。

2.６变压器中性点的接地线及变电所ＰＥ干线的选择

无论ＴＮ系统还是ＴＴ系统，只要变压器中性点的接地极不与高压侧大电流接地系统的保护接地共享，接地电流很小，通过接地线的最大电流出现在变压器低压出口端发生一相碰壳短路，短路电流通过外壳、接地线的一部分流回变压器中性点。笔者没有发现设计人员在施工图上标出变压器中性点的接地线的规格，而全靠施工人员自行决定。此接地线应满足接地线的有关要求，又要满足热稳定要求。

ＰＥ线截面的选择表１及表２已经给出，但对变电所的ＰＥ干线，表中数据过于保守，变电所中ＰＥ干线设计人员往往不经计算，采用相线截面的一半，此值偏大了，若按热稳定计算，ＰＥ干线往往不到相线截面的１/３也能满足热稳定要求。

3 ＴＴ系统与ＩＴ系统

低压系统中电源的中性点接地与电气设备的保护接地各自独立，称为ＴＴ系统，如果电源中性点不是有效接地或不接地，而电气设备实现保护接地，称为ＩＴ系统。

3.１ＴＴ系统

（１）ＴＴ系统应用的局限性

ＴＴ系统在现实中应用的比较少，主要原因是保护开关要用剩余电流保护装置，此种装置要比普通的断路器贵得多，虽然省去了一根ＰＥ线，但综合造价要高得多。有人并不这样认可，认为在剩余电流保护器诞生前，不是在居民区大量采用ＴＴ系统吗，但有一点可以肯定的是，没有剩余电流保护器会大大限制ＴＴ系统的使用范围，主要原因是接地电流要流经两个接地系统，接地电流很小，与ＴＮ系统不能同日而语。接地电流小，保护开关的额定电流更小，这样电气设备的容量就不会大了。例如，变压器中性点接地电阻为４Ω，电动机接地电阻也为４Ω，电动机单相接地电流为２２０/（４＋４）＝２７．５（Ａ），如果电动机采用熔断器保护，且在５s内切除接地故障，熔断器熔体的额定电流为５．５Ａ，按电动机额定电流考虑，这样三相３８０Ｖ的电动机最大不得超过２．８kＷ，但要考虑直接启动时，启动电流不能使熔断器的熔体熔断，电动机的容量还要小，大约不超过１．１kＷ了。如果要扩大电气设备的容量，必须增大接地故障电流，为此要减少电气设备及变压器中性点的接地电阻，从而增加了投资。如果采用剩余电流保护器，电气设备的容量则不受限制。

目前，经常看到的是ＴＮ系统中采用局部ＴＴ系统，例如，ＴＮ系统的配电柜的某一个回路向厂区路灯供电，保护控制开关为具有剩余电流保护功能的塑壳断路器，本回路不再配出专用ＰＥ线，路灯的接地采用埋入地中的路灯金属杆及其基础，此方案简单、安全、方便且投资省。还有例子，从ＴＮ系统的电压配电室架空一回路向一栋民用建筑物供电，该建筑物的供电可采用局部ＴＴ系统，采用架空四线制，建筑物内电气设备作接地保护，其控制保护开关选用具有剩余电流保护功能的断路器。当然，也可采用局部ＴＮ－Ｃ－Ｓ系统，也就是进入建筑物前ＰＥＮ线作从复接地后，再分成ＰＥ线与Ｎ线，电气设备的金属外壳与ＰＥ线相接。

（２）ＴＴ系统的接地故障保护

前文已经谈到由于接地故障电流很小，保护电器的额定电流也很小，无论采用断路器还是熔断器作保护电器都不理想，一般要用剩余电流保护电器。按照《低压配电设计规范》ＧＢ２０１２—２０１２的要求，ＴＴ系统配电线路接地故障保护动作特性应符合下式要求：

ＲＡ×ＩＤ≤５０Ｖ

式中，ＲＡ—外露可导电部分接地电阻与ＰＥ线电阻之和；

ＩＤ—保证保护电器切断故障回路的动作电流.

对此公式的理解曾在世界引起过很大的争论，有人认为发生接地故障时，电气设备的金属外壳上对地电压不是５０Ｖ，例如设备的剩余电流保护器的动作电流为１００ｍＡ，设备的接地电阻为１００Ω，电源中性点接地电阻为４Ω，接地电流为２２０/（１００＋４）＝２．１２（Ａ），即２１２０ｍＡ，动作的灵敏度足够高，且发生接地故障时，电气设备的金属外壳上对地最大电压可达２．１２×１００＝２１２Ｖ，而不是５０Ｖ，与上述公式不符合。

实际上上述公式并没有问题，之所以造成错误是理解的偏差造成的，该公式的含义是，发生接地故障，只要外壳对地电压一旦达到５０Ｖ，保护装置一定要动作。由该公式可确定接地电阻值，例如剩余电流保护器保证切断故障回路的动作电流为１００ｍＡ（请注意，保证动作电流不等于额定动作电流，它已包含所需的可靠系数与灵敏系数）即０．１A，接地电阻及接地线之和不得超过５０/０．１＝５００Ω.

既然故障电压可能大大超过５０Ｖ，怎能保证人身安全呢，这要靠在规定时间内切除故障，不大于５０Ｖ无时间要求，是稳态的，可长期带有此电压，大于５０Ｖ后是动态的，故障存在的时间是有要求的，根据电气设备性质及线路情况，切除接地故障的时间不应大于０．２s或５s.

对固定设备，ＩＥＣ的规定，故障持续时间可达５s，其原因是人不常接触，即使接触也不够紧密，不像手持设备那样不易摆脱（笔者对此也有疑义，机床不是固定式设备吗，一旦带电，工人紧抓金属操作手柄，与手持式设备无异，根本无法坚持５秒就可能会出问题）。

3.２ＩＴ系统

ＩＴ系统在一般工业及民用建筑中应用比较少，但在安全条件要求高得场所得到了应用，例如有爆炸危险的矿井内，因电源中性点不接地，发生单相接地故障时接地电流只是线路的对地电容电流及泄漏电流，如果系统范围不大，而且绝缘又好，接地故障电流很小。

ＩＴ系统要配以绝缘监测装置，当发生第一次绝缘故障后，可以继续工作，但要立即进行接地故障报警，以便在系统不停电的情况下进行故障的排除，在ＴＮ系统中，也有时进行局部ＩＴ系统的处理，例如，在医院的ＩＣＯ重症监护室及手术室，要求安全条件很高，可用ＩＴ系统供电，其容量一般不超过１０ＫＷ，ＩＴ系统的配电变压器的电源由ＴＮ系统供给，变压器的副边一定不能接地，此系统配备专用的绝缘监测及报警装置。对于高层建筑的自备柴油发动机供电，作为消防电源或 应急电源，如果发电机采用ＩＴ系统，则会提高供电的可靠性。无论是一般负荷还是应急负荷，只要市电供电正常，还是由市电供电，一旦市电消失，自备发电机启动，转为自备发电机供电。如果市电供电系统为ＴＮ系统，市电切换开关应为四极的，也就是切换时先断开Ｎ干线，否则自备发电机投入后，通过Ｎ干线与变压器接地系统相连，这样，发电机供电不是ＩＴ系统而是ＴＮ系统了，ＩＴ系统的供电可靠性高的优点也荡然无存。

ＩＴ系统线路保护要求是，当发生第一次接地故障时，其故障电流应符合下式要求：

ＲＡ×ＩＤ≤５０Ｖ

式中，ＲＡ—外露可导电部分的接地电阻与ＰＥ线电阻之和；

ＩＤ—第一次接地故障电流.

此公式看起来与ＴＴ系统保护要求完全一样，都是接地故障时外壳电压不得大于５０Ｖ，但本质却是不一样的，如上文所述，ＴＴ系统是外壳倘若一旦呈现５０Ｖ，保护装置一定动作，由此可决定接地动作最小值及接地电阻，但发生单相接地故障时外壳电压并不一定是５０Ｖ，有时接近相电压。而本公式的含义是，发生单相接地故障时，外壳确实对地电压不应超过５０Ｖ，电气设备可以继续工作，在此期间，要保证人身安全，要靠外壳电压不超过５０Ｖ进行保证。

4 接地线的截面选择

接地线是连接接地极的导体，它与ＰＥ线或ＰＥＮ线是有分别的，在大电流接地系统中，要用公式Ｓ＝Ｉ×√ｔ/Ｋ进行校验。

（1）接地线常用截面

常用截面见表３.

（2）接地极及连接接地极的接地线的最小截面

对于中压不接地系统或不与大电流接地系统共接地极的低压系统，接地电流很小，热稳定一般是不成问题的，接地极及接地线的最小规格见表４.

对于电缆头的接地线及电缆线槽、桥架的跨接线又有不同的要求，要求见表５.

（3）跨接线截面的规定缺少理论根据

跨接线是为了保证金属线槽、桥架、套管的接头处接触可靠，防止接头松动或接触电阻过大而设立。上述的金属线槽、套管、桥架的接地有两种含义，一是它作为电气设备的外界可导电部分，其本身应接地，另一方面它又可作为保护导体，即ＰＥ线或ＰＥ线的一部分之用。如果为增强可靠性，不要求跨接线的导电能力，只要保证机械强度即可，那么跨接线为４ｍｍ２即可，例如它们的接地故障保护采用剩余电流保护器，保护动作电流小，而且接地故障电流也不大，或在Ｔ－Ｔ系统中，跨接线截面要求不高。另一种情况是为了等电位联结的需要，也不要求过大的跨接线截面，但作为ＰＥ线用，而且接地故障保护是采用过流保护兼做接地故障保护，在样要求这些外界可导电部分应具有一定的导电性能，这样跨接线一律为４ｍｍ２就不一定合理了。

（4）钢质外壳的四线式母线槽的接地故障保护

前文已分析，四线式母线槽，第四根线是ＰＥＮ线或是Ｎ线，如果是ＰＥＮ线，不能带有插接口，这是因为ＰＥＮ线不能接入开关的极，母线槽只能作为ＴＮ－Ｃ系统的传输线路而已。如果第四根线是Ｎ线，那是ＴＮ－Ｓ系统，不过要另配一根ＰＥ线，由于在建筑物内变压器中性点的接地与设备的保护接地很难相互独立，因此不可能是ＴＴ系统。母线槽外壳的跨接线大都为１６ｍｍ２的铜线，即便如此，长度大额定电流大的母线槽钢制外壳阻抗过大，发生碰壳短路时，短路电流不能使母线槽过流保护动作，笔者曾遇到过这样的情况一起母线槽碰壳接地短路事故，开始过流保护器不动作，直至事故扩大成相间短路后，强大的短路电流才使过流保护动作。由此可见，母线槽的钢制外壳的接地故障保护应引起注意，这是不能靠增加跨接线的截面所能解决的，笔者建议采用零序保护，整定电流要大于ＰＥＮ线正常最大电流。如果采用剩余电流保护，ＰＥＮ线不能穿过磁回路是指回路所带负载而言，对于母线槽的外壳，可在剩余电流保护开关前实现一点接地，如果发生相线与外壳短路，保护开关磁回路三根相线与ＰＥＮ线的矢量和不为零，剩余电流保护开关动作，切除外壳接地短路故障。如果母线槽的外壳为铝合金材质，作为ＰＥ干线截面足够，母线槽的保护开关采用过流保护是满足要求的。

（5）变压器中性点接地线的选择

在设计院的电气施工设计图中，变压器低压则的相线、ＰＥ干线、Ｎ干线的规格都可查到，唯独没有中性点接地线的规格要求，施工时，全凭施工人员的经验决定，这种做法是不对的，应当由设计人员在图上标明。变压器中性点接地线又与变压器外壳接地端子相连，这样变压器中性点的接地既是工作接地，又是保护接地。此时的保护接地又分两层含义，一是高压则的保护接地，二是低压则的保护接地。当高压则为中性点不接地系统是，变压器外壳发生高压接地故障是，接地电流及接地低压很小，这样对中性点的接地线截面要求很低，只要满足其机械强度即可，但低压则相线与变压器外壳发生接地故障，单相短路电流有可能接近相间短路电流，短路电流要动作高压则保护开关，高压保护开关即使瞬时动作，但也有一个固有动作时间，因此必须考虑中性点接地线的热稳定要求了，在这种情况下，既不能按相线截面的一半选择，否则浪费金属材料，也不能按防腐要求选择接地线，否则截面太小。根据笔者的经验及计算，按变压器高压侧真空断路器动作时间６０ｍｓ计算，变压器中性点接地线截面选择按表６选择（一律为铜导体）。

（待续）

低压系统等电位