刘旭东
（浙江佳力风能技术有限公司 311241）
摘要：工厂供电系统主要有三类接地方式：TT、TN、IT方式，各类方式下的各种应力电压。
关键词：系统接地方式、应力电压
前言：
目前，安全方面要求与标准都提高了，工厂供电的可靠性尤为重要。因工厂高配及维修电工层次不齐，流动性较大。缺乏技术型专业人员，配电线路多而杂，专业人员非专业人员都会触及，线路的故障率高，容易导致人身触电或线路损坏，引起火灾。因此工厂需选择适合的供电接地方式，更要做好配电线路保护，整定好保护电器的各项参数，保证在故障时能按要求切断电源，正确分析应力电压，做到有针对性的防护，做到安全有效用电。
正文：
工厂供电使用的基本供电系统有三相三线制三相四线制三相五线制等，但这些名词术语内涵不是十分严格。国际电工委员会（IEC）对此作了统一规定，称为TT系统、TN系统、IT系统。其中TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。下面内容就是对各种供电系统做扼要的介绍。
一、TT方式供电系统
TT方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为保护接地系统，也称TT系统。第一个符号T表示电力系统中性点直接接地；第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。在TT系统中负载的所有接地均称为保护接地，如图1所示。这种供电系统的特点如下。
图1 TT方式供电系统
优点：1)当用电设备距配电房较远难以作等电位联结的条件下，用熔断器或断路器作接地保护都难以达到规范的要求。用TT系统，采用剩余电流动作保护器就容易达到规范的要求了。2)共用接地线与工作N线没有电的联系；正常运行时，工作N线可以有电流，而专用保护线没有电流；3)TT系统适用于接地保护很分散的地方。
缺点：1）当电气设备的金属外壳带电（相线碰壳或设备绝缘损坏而漏电）时，由于有接地保护，可以大大减少触电的危险性。但是，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，造成漏电设备的外壳对地电压高于安全电压，属于危险电压。2)）TT系统接地装置耗用钢材多，而且难以回收、费工时、费料。
3)）TT系统对接地和对地电阻有严格要求，根据GB50054低压配电设计要求，接地电阻要符合RA*Ia不大于50V ,而漏电保护器的整定值一般在100mA—500mA之间，可以计算得RA 不应大于500--100欧，为确保安全，接地电阻不大于50—100欧。
应力电压分析：当应力电压能满足U2切断特性关系时，低压系统的中性导体与变电所外露可导电部分的接地极相接，发生对地过电压时，设备绝缘承受的应力电压较大，设备对地的绝缘较易受到过电压的损害。由于电气各有不同的接地极，相互独立，可以减少故障电压的蔓延。
图2 TT方式供电系统应力电压分析
Im:高压系统中流经变电所外露可导电部分的接地极部分的接地故障电流；
R：变电所外露可导电部分的接地电阻；
U0：低压系统中相线对中性点的电压；
U：低压系统线电压；
Uf：低压系统中外露可导电部分与地之间的故障电压；
U1：变电所低压设备中的应力电压；
U2：用电处设备中的应力电压。
二、TN方式供电系统
这种供电系统是将电气设备的金属外壳与工作N线相接的保护系统，用TN表示。它的特点如下。
1）一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流上升为短路电流，这个电流很大，是TT系统的5-6倍，实际上就是单相对地短路故障，熔断器的熔丝会熔断，低压断路器的脱扣器会立即动作而跳闸，使故障设备断电，比较安全。
2）TN系统节省材料、工时，在我国和其他许多国家广泛得到应用，可见比TT系统优点多。TN系统根据其保护PE线是否与工作N线分开而划分为TN-C和 TN-S等两种。
（一）TN-C方式供电系统
它是用工作N线兼作接地保护PE线，可以称作保护中性线，简称称PEN线，如图3所示。这种供电系统的特点如下。
图3 TN-C方式供电系统
1）由于三相负载不平衡，工作N线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压。
2）如果工作N线断线，则保护接地的漏电设备外壳带电。
3）如果电源的相线碰地，则设备的外壳电位升高，使中性线上的危险电位蔓延。
4）TN-C系统干线上使用漏电保护器时，工作N线后面的所有重复接地必须拆除，否则漏电开关合不上；而且，工作N线在任何情况下都不得断线。所以，实用中工作N线只能让漏电保护器的上侧有重复接地。
5）TN-C方式供电系统只适用于三相负载基本平衡情况。
（二）TN-S方式供电系统
它是把工作N线和专用保护线PE严格分开的供电系统，称作TN-S供电系统，如图4所示。TN-S供电系统的特点如下。
图4 TN-S方式供电系统
1）系统正常运行时，专用保护线PE上无电流，只是工作N线上有不平衡电流。PE线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接地保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。
2）工作N线只用作单相负载回路。
3）专用保护线不许断线，也不许进入漏电开关。
4）干线上使用漏电保护器，工作N线不得有重复接地，而PE线有重复接地，但是不经过漏电保护器，所以TN-S系统供电干线上也可以安装漏电保护器。
5）TN-S方式供电系统安全可靠，适用于工厂等低压供电系统。
（三）TN-C-S方式供电系统
在有些供电中，如果前部分是TN-C方式供电，而现场必须采用TN-S方式供电系统，则可以在系统后部分现场总配电箱分出PE线，这种系统称为TN-C-S供电系统。
特点：1）局部工作N线与专用保护线PE相联通，N线上不平衡电流比较大时，电气设备的接地保护受到接地线电位的影响。PEN线上没有电流，即该段导线上没有电压降，因此，TN-C-S系统可以降低电动机外壳对地的电压，然而又不能完全消除这个电压，这个电压的大小取决于N线的负载不平衡情况及N线路的长度。负载越不平衡，且N线又很长时，设备外壳对地电压偏移就越大。所以要求负载不平衡电流不能太大，而且在PE线上应作重复接地。
2）PE线在任何情况下都不能进入漏电保护器，因为线路末端的漏电保护器动作会使前级漏电保护器跳闸造成大范围停电。
3）对PE线除了在总箱处必须和N线相接以外，其他各分箱处均不得把N线和PE线相联，PE线上不许安装开关和熔断器。
通过上述分析，TN-C-S供电系统是在TN-C系统上改进的作法。当三相电力变压器工作接地情况良好、三相负载比较平衡时，TN-C-S系统在施工用电实践中效果还是可行的。但是，在三相负载不平衡、有专用的电力变压器时，必须采用TN-S方式供电系统。
优点：TN系统总体是利用过电流保护电器兼作接地故障保护，比较TT系统简单。
应力电压分析：当故障电压能在特性范围内被切断时，低压系统的中性导体可以与变压器外露可导电部分的接地极相连，如果连接了总等电位，则接触电压为0，当发生对地过电压时，设备绝缘承受的应力电压较小但因为系统内PE线都是相通的，任一处发生接地故障，其故障电压可延PE线传导至他处而可能引起危害，故障范围扩大了。如下图5-1表示：
图5-1 TN-C方式供电系统的应力分析
三、IT方式供电系统
I表示电源侧没有工作接地，或经过高阻抗接地。每二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护，如图6所示。
图6 IT方式供电系统
IT方式供电系统在供电距离不是很长时，供电的可靠性高、安全性好。一般用于不允许停电的场所，或者是要求严格地连续供电的地方，如矿井、钢铁厂及化工厂等供电条件比较差，电缆易受潮的场所。运用IT方式供电系统，即使电源中性点不接地，一旦设备漏电，单相对地漏电流仍小，不会破坏电源电压的平衡，所以比电源中性点接地的系统还安全。但是，如果用在供电距离很长时，供电线路对大地的分布电容就不能忽视了。在负载发生短路故障或漏电使设备外壳带电时，漏电电流经大地形成回路，保护设备不一定动作，这是危险的。只有在供电距离不太长时才比较安全。
应力电压分析：应力电压U2能按设定值在给定的时间内切断故障时，低压系统的中性导体可以与变电所外露可导电部分的接地极相连，在发达国家用这种供电方式较为多见。见图6-1。
图6-1
总之，配电线路接地故障保护应符合GB50054的规定。当发生接地故障时保证电器切断故障电路的时间不宜大于5S，用熔断器时Id不小于Kr*Ir,当用断路器作保护时Id不小于1.3Iset3，各工厂需根据自身用电特点确定适合的配电接地方式，能达到用电设备的正常运行要求，确保人身安全，最大限度的减少材料的浪费。
参考文献：
工业与民用配电设计手册（第三版）
GB50065交流电器装置接地设计规范
GB50054低压配电设计规范
建筑物电气装置600问，中国航空规划建设发展有限公司 王厚余
论文作者:刘旭东
论文发表刊物:《电力设备》2015年7期供稿
论文发表时间:2016/2/2
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