广州市琳江建筑设计有限公司
【摘 要】本文分析了低压配电中性点的接地方式及特点，然后结合工程案例探讨了小区建筑低压配电中性点接地方式的选择与应用。
【关键词】低压配电；中性点接地；小区建筑
小区建筑中性点接地方式是一个综合性的问题，不仅关系到小区供电的可靠性、人身安全、接地装置等一系列技术问题，还与小区电力系统发展现状、发展规划等技术经济指标相关，因此也就不是一个简单的问题，而是一个复杂的系统工程问题。由于我国建筑电气技术发展相对缓慢，与国际建筑电气先进水平差距较大，对于中性点接地这样一个理论和实践联系紧密的问题，常常因为处置不当而造成电气事故频发，也有相当数量的电气设备难以正常发挥作用，因此本文对小区建筑低压配电中性点接地方式进行了探讨。
1 低压配电中性点接地方式及特点
1.1 低压配电系统中性点概念
低压配电系统是由交流电源（配电变压器、交流发电机）、配电线路（架空线路、电缆线路）、用电设备所组成，当三相交流电源的输出绕组连接成星型时会出现一个公共点，将此点引出即为低压配电系统的中性点（简称中性点），该点与外部接线端之间的电位绝对值是相等的，所以称为中性点。
1.2 中性点接地方式及特点
按照《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T 50065-2011）第7.1.1条规定，低压系统接地分为TN、TT、IT三种方式。按照中性线（N）与保护线（PE）的配置方式，TN又可再细分为TN-C、TN-S、TN-C-S。图1～5为TN-C、TN-S、TN-C-S、TT、IT的典型接地方式。
TN方式是指系统中设备外露可导电部分经公共保护线与中性点直接建立电气连接，一般称为保护接零。当设备漏电（单相碰壳）时，故障电流经设备外壳形成相线对保护线的短路电流，使线路上的保护装置（熔断器、断路器等）动作，从而迅速将故障部分切除，从而保障人身安全及其他线路设备的正常供电[1]。TN-C将N和PE的功能合二为一（PEN），虽然省掉一根导线，但在PEN线断开或三相负载不平衡时会使用电设备外壳带上危险高压，导致电击事故或烧毁单相用电设备。按照IEC 60364-5-54的规定，PEN线采用铜线时截面不得小于10mm2，采用铝线截面不得小于16 mm2[2]。在同等安全水平下，TN-C系统其实并不会因为省掉1根导线而节约投资。TN-S是在全系统内分别设置N和PE的一种接地方式，与TN-C相比，由于正常情况下PE线中无电流通过，不会对建筑里面的信息技术设备（ITE）产生干扰；另外，由于N和PE分开设置，N线断开也不影响PE作用发挥。TN-S不足之处是导线消耗较多，投资多一些；并且王厚余[2]认为在实施总等电位联结（MEB）情况下，TN-S与TN-C-S接触电压相同，也就是电击的防护水平相同；但就N与PE之间的共模电压而言，TN-S比TN-C-S更大一些，由此产生的对ITE的干扰更强一些。TN-C-S是在低压电气装置电源进线点前只设置PEN线，电源进线点后分别设置N线和PE线，它兼具TN-S与TN-C的一些特点，可以节省部分PE线获得与TN-S相同的防护水平。
TT采用中性点和用电设备金属外壳分别独立接地的方式。发生单相碰壳故障时，接地电流在电源侧的接地装置与用电设备保护接地装置之间形成回路，由于一般情况下人体电阻比保护接地装置电阻大得多，所以经接地装置流过的电流比接触用电设备金属外壳的人体通过的电流大得多，这样人身就会受到保护。但故障回路电流一般较小，不足以使过电流保护装置动作，所以必须设置剩余电流保护器（RCD）来切断故障电流。为了防止杂散电流产生，除TT的中性点接地外，中性线上不得再作重复接地。
IT是指中性点不接地或经高阻抗一点接地，用电设备金属外壳集中或独立接地的方式。发生单相碰壳故障时，由于人体电阻比用电设备保护接地电阻大得多，接地装置的分流作用使人体免于电击致伤致死。采用IT系统的优点是不但可以保障人身安全，而且由于故障电流很小，停电率很低，有利于提高供电可靠性。IT系统应配置绝缘监测器、过电流保护器或RCD，在发生第一次故障或绝缘水平下降时提供声光报警（此时故障电流不返回电源通路），发生第二次故障时才切断电源（此时故障电流经接地极返回电源）。该系统可配出N线，也可不配出N线。配出N线虽然便于单相设备用电，但会导致发生第一次相线接地故障时就跳闸停电。
2 小区建筑低压配电中性点接地方式的选择与应用
2.1小区建筑低压配电中性点接地方式的选择
小区建筑低压配电中性点接地方式的选择应以安全、可靠、少干扰、易维护为原则。从安全、可靠的角度看，TN-C系统由于缺少独立的PE线，安全性较TN-S和TN-C-S差得多，而且PEN线上不允许装设开关，也不便维护，所以不宜作为小区建筑低压配电中性点接地选项；旧小区建筑曾广泛应用TN-C方式，可以改造为TN-C-S方式，以提高安全性。目前小区建筑内管线种类多，安全性形势非常复杂，实践证明重复接地并不能保障电气安全，所以IEC等国际标准要求建筑物电气装置必须进行等电位联结，在实施MEB情况下可选用TN-S和TN-C-S两种方式。如果建筑物内设有变电所，只能采用TN-S，因为TN-C-S的PEN线上电位差会产生火花和干扰。如果变电所设在建筑外，建筑内采用低压供电，这种情况下既可采用TN-S，也可选用TN-C-S，但王厚余[2]认为采用TN-C-S更合理，因为TN-C-S的共模干扰更小。小区户外照明（如路灯、庭院灯等）因为不能作等电位连接，应采用TT方式。高层建筑消防应急电源、爆炸危险场所、医院等场合可采用IT方式。
2.2小区建筑低压配电中性点接地方式应用
某高层建筑住宅小区项目如图1所示。该图做了简化处理，将两种类型的配电方式以两栋楼作为代表，其中一种类型含地下室（一栋住宅），另一种类型无地下室（二栋住宅）。所有住宅地上部分都采用箱变配电到各单元，而公共用电负荷（电梯、风机、通道照明等）由地下室变电所供电。
一栋住宅的公共用电负荷较为分散，供电变电所又在地下室，按照上一节的选择原则，应当选择TN-S。如果选择TN-C-S，一是存在PEN线段的干扰；二是接地装设不方便。如果选择TT，也存在接地装置难以实施的问题。按照《住宅设计规范》（GB 50096-2011）第8.7.2规定，住宅供电系统设计应采用TT、TN-C-S或TN-S接地方式，并进行总等电位联结。如前所述，建筑内低压供电采用TN-C-S或TN-S均可，但本项目采用TN-C-S有一定困难，这是因为TN-C-S需要在每个供电单元回路中设置PEN重复接地，而各回路PEN线在电气竖井中要分别与公共接地干线连通，存在接线复杂、维护不便的问题，虽然可以通过将整个供电单元合并为一个回路的办法解决，但单回路供电可靠性较低，而且对电气竖井安装空间也有较高要求，实践中很少采用。
对于没有地下室的二栋住宅，公共用电可选择TN-S、TN-C-S和TT中的一种，但考虑到TN-C-S、TT接地设置问题，最终还是选择了TN-S。住宅用电情况与一栋类似，可选用TT、TN-C-S、TN-S之一，由于要作总等电位联结，TT不合适，再考虑到TN-C-S接地设置问题，所以建议采用TN-S。
高层建筑采用TN-S时，通常做法是每个回路均设置独立的PE线，这样配线比较复杂，可采用共用PE线的方式，也就是同路径供电回路共用1根PE线，而在供电线路处再分开，其本质上与独立设置PE线是一样的，但是却节省了大量线缆[3]。共用PE线的做法如图7所示，其特点如下：（1）共用PE干线接地方式在干线上多处设置了附加接地，接地可靠性优于不设置附加接地的独立PE接地方式；（2）共用PE干线接地方式每一层均设置接地端子箱，可以减少各层用电设备外壳电位差；（3）共用PE干线接地方式干线截面较独立PE接地方式大，发生接地故障时，故障电流大利于快速切除故障。共用PE干线接地方式的PE线截面可按最大用电回路需要的PE线截面来确定，因为共用PE干线采用铜排作导体，热稳定性数大，而高层建筑回路中会配置较完善的保护装置，不存在2台设备同时发生金属性接地故障而共用PE干线存在大电流的情况，所以这样计算可以满足PE干线动、热稳定性要求。
3 结语
受到长期低压接地技术不完善的影响，建筑电气设计人员对于低压配电中性点接地方式的理解往往存在一些偏差，而接地系统对电气设备的安全和正常功能的发挥有直接影响，因此本文结合最新规范对相关问题进行了探讨，供同行参考和借鉴。
参考文献：
[1]孟新国，张志丽. 低压配电网中的接地类型及其应用分析[J]. 电工电气，2012(8)：61-64.
[2]王厚余. 接地系统的选用[J]. 建筑电气，2007,26(1)：4-7.
[3]廖敏. 对TN-S系统共用保护线探讨[J]. 电工技术，2010(4)：33-34.
论文作者:谢志华
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第3期
论文发表时间:2016/8/18
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