电力系统中的接地保护和接零保护

电力系统中的接地保护和接零保护

【摘要】介绍现今电力系统的几种接地接零系统的原理、特点、应用范围和注意事项；介绍工作接地、保护接地及重复接地概念和应用；漏电保护器的配合使用。

【关键词】接地保护；接零保护；重复接地；漏电保护

在中职技校多年的电工教学中，发现许多学生对电力系统中的接地保护和接零保护概念比较模糊，有些学生在加入工作后还联系咨询这方面的知识。如接地、接零保护的工作原理；什么情况下用接地保护，什么情况下用接零保护；什么时候可以重复接地，什么时候不可以重复接地等。对于这方面的知识，在此作简要阐述。

现今，接地、接零电力系统多采用国际电工委员会（IEC）规定的标准，分有IT、TT、TN三种基本形式的系统，其中TN系统又细分为TN-C、TN-S和TN-C-S系统。国际电工委员会规定的供电方式符号中：（1）第一个字母反映电力系统对地关系，T表示中性点直接接地，I表示电源中性点没有工作接地或经过高阻抗接地；（2）第二个字母反映负载侧的对对地关系，T表示负载采用接地保护，但它与系统中的其他任何接地点相互独立，N表示负载采用接零保护；（3）第三个字母反映工作零线（N）与保护零线（PE）的组合关系，C表示工作零线与保护零线是合一的，称保护零线（PEN），S表示工作零线与保护零线是严格分开的。

何为“接地”？出于不同的目的，将电气设备中某一部位经接地线和接地体与大地做良好的电气连接称为接地。根据接地的目的不同，可分为工作接地（如变压器中性点接地，避雷装置的接地等）和保护接地。

一、保护接地

所谓保护接地是指为了人身安全的目的，将电气设备在故障情况下，可能呈现危险的对地电压的导电部分（设备的金属外壳或金属结构）与大地做紧密的电气连接。保护接地的作用原理主要是分流原理，保护接地电阻值一般不大于4欧。

1. 保护接地在IT系统中的应用

IT系统是指中性点不接地或经阻抗（约1000欧）接地。电气设备的外露可导电部分经各自的保护线PE分别直接接地的三相三线制低压配电系统（见图1）。这种方式的供电系统在供电距离不长时，供电的可靠性、安全性好，一般用于不允许停电或要求严格地连续供电的地方。这种系统中的设备用保护接地，只要接地电阻不大于4欧，是很有效的保安技术措施。

2. 保护接地在TT系统中的应用

TT系统指电源中性点直接接地，而设备的外露可导电部分分别经各自的PE 线分别直接接地的三相四线制低压供电系统（见图2）。这类系统在正常接地电阻的接地保护下不是很安全，流过人体的电流仍会大于安全电流，除非把接地电阻降得很低，但从技术、经济角度看显然是不合理的，因此阻碍了这类系统的推广。但可配合漏电保护器的使用来达到安全保护的目的。

IT系统和TT系统，由于其所有负载设备的外露可导电部分都是经各自的PE线分别直接接地，其间无电磁联系，因此适用于对数据处理、精密检测等装置的供电。

二、保护接零

所谓保护接零就是把电气设备平时不带电的外露可导电部分与电源的中性线N连接起来，在中性线直接接地的380/220V的三相四线制、三相五线制系统中的保安技术措施中被广泛应用。

1. 保护接零在TN系统中的应用

凡采用上述这种保护方式的系统在IEC标准中被称为TN系统。这类系统一旦设备出现外壳带电，接零保护系统能将漏电电流迅速上升为短路电流，迫使熔断器熔芯熔断或低压断路器跳闸，使故障设备断电，是比较安全的一种保护系统。但这种系统的PEN线是不允许断的，一旦“碰壳”漏电，会使断点后的所有设备外壳上都将带电，因此此系统严禁在保护线或保护零线上安装熔断器或单极开关。根据其保护零线是否与工作零线分开，TN系统又分为TN-C、TN-S和TN-C-S 三种。

（1）TN-C系统：它是用工作零线兼作接零保护线，称保护零线PEN。这种系统当三相不平衡或只有单相负载时，PEN线中有电流流过，但只要PEN线截面选择适当和有开关保护装置，是能够满足供电的可靠性和安全性的。是目前我国使用最为普遍的一种系统。

（2）TN-S系统：这种系统的N线和PE线是分开设置的，所有设备的外露可导电部分只与公共的PE线相连（见图4）。TN-S系统中，N线通过单相负载电流和三相不平衡电流，而PE线正常时是无电流的，只起保护作用，安全可靠性高。适用于工业与民用建筑等低压供电系统，在建筑工程前的“三通一平”必须采用TN-S方式供电。

（3）TN-C-S系统：此系统是在TN-C系统上临时变通的做法（见图5）。当三相电力变压器工作接地良好，三相负载较平衡时，还是可行的。

2. 重复接地

所谓重复接地就是在TN系统中，除在电源中性点进行工作接地外，还在一定的处所把PE线或PEN线再进行接地。重复接地对于保证保护零线的有效性具有重要意义。

在工厂车间里，一般设置公共接地体，布置接地干线，将用电设备金属外壳通过接地支线与干线连接，达到重复接地的目的；在户外架空线路的干线和长度超过200米的分支线的终端及沿线每1公里处；电缆或架空线在引入车间或大型建筑物处；以金属外皮作为保护线的低压电缆；同杆架设的高、低压架空线路的共同敷设段的两端都应重复接地。每一重复接地电阻值一般不大于10欧。

三、漏电保护

前面介绍的接地、接零保护都不能从根本上杜绝触电事故的发生，为此技术人员研究出新的，更加完善的防止人身触电的保护技术——漏电保护。其作为防止低压触电伤亡事故的后备保护，是行之有效的，已被广泛地应用在低压配电系统中。

漏电保护的意义：一是电气设备（或线路）发生漏电或接地故障时，能在人尚未触及之前就把电源切断；二是当人体触及带电体时，能在0.1秒内切断电源，从而减轻电流对人体的伤害程度；此外，还可以防止漏电引起的火灾事故。

使用注意事项：

（1）TN-C系统选用漏电保护器后，线路若需进行重复接地，其接地点只能选在PEN线的输入端（即电源侧）。

（2）TN-C系统的PE线穿过漏电开关的零序电流互感器后，只能起N线作用，不能兼作PE线的作用。

（3）负载为单相、三相混合电路时，零线必须穿过零序电流互感器的贯穿孔，并采用四极漏电保护器。

（4）相邻分支电路的保护零线不得相连，否则将可能使漏电保护器拒绝动作或误动作。

（5）安装漏电保护器和不安装漏电保护器的设备不得共用一组接地装置。

（6）在保护器的负荷侧零线不得重复接地或与设备的保护接地相连接。

（7）设备的保护接地线PE不可穿过零序电流互感器的贯穿孔。