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低压电网中的接地类型与供电系统

发表时间：2021/5/13 来源：《中国电力企业管理》2021年2月作者：庄烁琪

[导读] 详细介绍了低压配电系统中常用的接地方式和供电系统，以及各供电系统的工作原理、优缺点和应用方向。

广东电网有限责任公司潮州湘桥供电局庄烁琪

摘要：详细介绍了低压配电系统中常用的接地方式和供电系统，以及各供电系统的工作原理、优缺点和应用方向。
关键词：低压电网；接地类型；供电系统
        在低压配电网中，由于接地方式不同，接地方式和供电方式也不同。正确了解和推广各种低压保护接地方法和电力系统对于提高低压电网运行的安全性和可靠性十分重要。
        一、在低压电力配电网系统当中的接地类型
        1.保护性接地方式。将设备安装的外部导电部分接地，目的是确保人员的人身安全，避免危险的电气事故。一般的接地保护可以采取两种形式。一种将设备安装的外部导电部分接地到其自己的地线和接地的方法。二是通过设备公共地线或PEN线将暴露在外的导电部件接地，这种接地方式在我国电气技术领域通常被称为零保护。
        2.作业状态类型。运行状态记录以确保电力系统和电气设备在正常作业期间满足作业要求。最常见的是公共电源中性点接地方式、防雷设施接地方式等。每种接地方式都有自己的特点和有效性。当电源中性点接地时，三相电气系统中的接地相电压可以保持稳定，电源中性点可以用连续间歇接地弧来代替，从而避免设备系统中的高压现象。防雷设施的作用是释放闪电造成的电流和电压，以达到防雷效果。
        3.重复接地导线。这个问题必须注意的问题。为了保证低压配电系统中PEX和PEN电线的安全性和可靠性，我们不仅要在电源的中性点进行接地，还要每隔1公里对终端设备和高架线路进行重复接地，当PEN电缆线和架空的线路连接到较大的车间或建筑物时，也需要进行重复接地。
        二、低压配电系统的供电方式
        低压配电系统可分为IT、TT和TN系统，具体取决于接地导体的保护类型，其中IT和TT系统暴露的导电部件直接由各自的接地保护导体(以前称为保护接地)接地。TN系统的外露导电部分由直接通过公共保护线连接到电源的中性线保护。
        1.IT系统。IT系统电源的中性点要么与地面隔绝，要么由于高阻抗而接地，用电设备的金属外壳直接接地。这就是保护性接地，以前称为三相三线供电系统。原理如下:设备外壳未接地，且单相外壳出现故障时设备外壳应配备相位电压。如果人此时与外壳接触，届时非常危险的电流会通过人体与电网和大地电路构成的回路，对设备金属外壳进行保护接地后，由于人体电阻比接地装置大，接地装置在与单相外壳发生碰撞时，接地电流大部分都会分流，而且整个人体的电流非常小，该系统适用于环境条件差、单相接地故障、易燃易爆危险的地方。
        2.TT系统。TT系统容量的中性点是直接的，电气设备的金属外壳是直接接地的。与电源中性点接地无关。换句话说，在过去，保护接地被称为供电系统三相四线制。工作原理如下:单相碰壳发生故障时，接地电流通过由电源保护接地装置和接地装置组成的电路。此时，如果有人触外壳，接地装置会将接地电流的大部分转用于保护人体，因为接地装置的电阻低于人体。这主要表现在:（1）设备单相碰壳故障时接地电流不太大，保护装置经常无法运行，可能导致线路故障运行很长时间。(2)当TT系统中的电气设备仅由于绝缘差而导致漏电时，漏电率通常较低(仅毫米级)，线路保护装置无法运行，这也会延长线路外壳的供电时间。因此，TT系统必须具有残馀电量保护机制，才能成为更全面的保护系统。目前TT系统广泛应用于由公共变压器供电的城市、农村、工业和民用建筑。

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        3.TN系统。在直接连接到变压器或发电机中性线的三相直流低压电网中，不带电电动设备的金属外壳通过公用保护线直接连接到电源中性线。因此，四线三相系统中的保护称为零。当电气设备遇到单接触外壳时，故障电流通过设备的金属外壳在相线和保护线之间形成短路。这产生了短路电流较大的电路，使线路保护装置能够立即采取行动，迅速清除故障部分，从而确保人员安全和其他设备或线路的正常运行。TN系统电源的中性线直接连接到地球。TN系统分为三个系统:TN-C、TN-S和TN-C-S。（1）TN-C在正常操作条件下选择合适的保护装置和电线，TNC系统是一个能够充分满足整体电力需求的系统。系统单相接地故障问题是系统线路设置的保护装置会及时切断，保护系统线路。目前，TNC是低压配电网中使用最广泛的电力系统，但不适用于需要安全和可靠的地区和磁干扰较大的地区，而且避免在这些地区使用系统中的中性线和保护线(PE)组合在一起，也称为中性保护线(PEN)。其优点是可以节约单条电缆。但是，如果三相载荷不平衡或受到中性导体的保护，可能会导致所有电气设备金属外壳中出现危险电压。通常，如果正确选择了保护装置和导线段，TN-C系统可以满足要求。(2)系统TN-S，其中N和PE导线是分开的。优点是PE导线在正常情况下没有电流，因此不会引起电磁干扰此外，由于N线PE线分开，因此，切断N线不会影响PE线的保护。但是，TN-S系统消耗更多的材料并投入更多的资金。这些系统大多适用于安全性和可靠性要求高、电磁干扰防护要求高或环境条件差的地区。TN-S系统特别适用于新建的大型民用建筑和住宅区。（3）TN-C-S系统包括中性和保护部分；其中一部分是独立的，结合了TN-C和TN-S系统的特性，通常用于配电系统终端环境较弱或存在更严格的电磁干扰保护要求的地方。在TN-C、TN-S和TN-S-C系统中，为确保PEX或PEN线路的安全性和可靠性，除电源中性线外，PEX和PEN线路必须反复接地，不得在PE线路路径上使用熔断器开关。TT和TN系统不能同时使用同一电源进行保护。
        三、接地装置和接地电阻
        1.接地装置。接地装置可以是天然和人工接地。在设计中首先要充分利用自然接地体。(1)自然接地。建筑物的钢结构和结构钢筋、建筑物的行车通道等，以及地下电缆和至少两条电缆的金属外壳均可充分利用。在大型建筑中，建筑的结构钢筋自然地放置在地面上。它们不仅经久耐用、节省资金，而且还提供良好的电力性能。(2)人工接地体。有两种类型:垂直和水平接地体。垂直接地体为截面50mm×50mm×4mm，长度2500mm；；水平接地体主要为扁钢，截面40mm×4mm。
        2.接地电阻。见电气设备接地设计技术规范的有关规定。在低压中性点直接接地系统中，变压器100kVA以上接地电阻小于4Ω。
        国家和社会的发展以及人民的生活和生产需要离不开电力。因此，我们致力于建设、改进和优化电网建设、环境和地理因素等。根据与区域和区域气候条件有关的客观因素，综合分析，根据实际情况科学合理地选择电力系统，建设低成本电网，降低电网成本，并为经济发展作出更大贡献。
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