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摘　要：　概述了各种接地制式的低压配电系统，通过对其在各种故障状态下的分析，指出了它们的应用范围，提出了各自的保护方式，以及如何设计和选择剩余电流保护器(RCD)。
　　在《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16－92)、《低压配电设计规范》(GB50054－95)以及IEC/TC64标准中，按接地制式将低压配电系统划分为IT、TN、TT。在现实的生活中，特别是在偏远的县乡级等基层供电单位的供电施工中，仍然存在接地型式错乱，接地、接零混用、剩余电流保护器(以下简称：RCD)选择错误的现象，且时有发生。如我设计的一住宅小区，50栋住宅楼内电源系统均采用TN－C－S电源，而当地电业部门在小区设计建造的低压配电室，仍按TT系统供电，在配电柜的调试中，RCD无法工作，系统不能正常送电，最后只得拆除改造配电柜，造成了不应有的经济损失和工期延误。由此可知，基层的供电系统的个别技术人员，对低压配电接地制式缺乏应有的认识及了解。另一方面，据近几年的有关统计数据看，农村触电死亡人数逐年上升，电气火灾占火灾总数的比例也逐年递增。在纺织、煤炭、面粉、奶粉、制糖等行业的多尘车间里因电气引起的粉尘爆炸，造成的损失也较为严重。基于以上情况，为防止发生伤亡、火灾事故，杜绝因选择接地制式错误而造成的损失，笔者认为很有必要对低压配电系统接地型式以及发生各种故障状况进行系统地分析。
　　1　IT系统
　　电源端带电部分对地绝缘或经电阻接地，而用电设备外露导电部分直接接地，见图1所示。图1a为配电系统中性点与地绝缘；图1b为配电系统中性点经阻抗接地；图1c为配电系统中性点经阻抗接地，设备外露导电部分接到电源的接地体上。
　　1.1　当发生单相短路故障时
　　因IT有三种接线方式，故单独分析。当发生第一次接地故障时：
　　1.1.1　在图1a中，当电气设备发生第一次单相接地故障时(如图中L1相)，故障电流Id为另外两个非故障相对地电容电流的向量和。如供电线路不长，电容电流很小，不会引起保护装置的动作，碰壳处的故障电压Uf=IdRA(式中RA为设备接地电阻Ω)，远小于人体接触电压限值UL(在干燥场所为50V)，不会发生人体被电击或其它事故。IEC364－4－41(1992)中第413·1·5·1条规定，如果满足Id·RA≤UL，则可不需切断电源，但须设置绝缘监视装置，当发生第一次接地故障时，绝缘监视装置检测出故障，使报警设备动作，发出声光报警信号，维修人员应立即采取措施，消除故障，防止再次发生第二次短路故障使供电中断。如供电线路较长，应考虑故障电压的安全性。
　　1.1.2　在图1b中，第一次接地故障电流Id=　 ，
　　式中Z为配电系统中性点的阻抗；RB为配电系统中性点的接地电阻，一般RB≤4Ω；RA为用电设备的接地电阻，在JGJ/T16－92中，不具体要求数值，为量化计算，在此可取RA≤4Ω；U为电源相电压，220V；ZL为相线阻抗；Zf为相线与外壳之间接触电阻。其中ZL、Zf数值很小，可忽略不计，对Z的阻值，IEC标准推荐采用5倍于相电压的数值，可取Z=1000Ω，则　　　　　　　　　　　　，则电气设备外露导电部分呈现的接触电压Uf=Id·RA≤0.218×4=0.872V。如此小的接触电压是不会造成电击伤害。因此发生第一次接地故障也无须切断电源，只须发出声光报警。该系统可用于供电线路较长的场合，如矿井中，配电变压器设于地面，用电设备设于地下。
　　1.1.3　在图1c中，L1相发生第一次接地故障，因相线和保护线阻抗相对较小，可忽略不计。则接地电流，接触电压Uf数值很小，
可忽略不计，故障电压主要分配在阻抗Z上。
　　1.1.4　配出中性线的IT系统。根据JGJ/T16－92第8·6·6·6“IT系统不宜配出N线，如有N线配出时，需要在N线装设过电流保护器，并用来使包括N线在内的所有导线断电”，如图2所示。同时，IEC标准[IEC364－4－473(1997)第473·3·2·2条]也强烈建议不引出中性线。因为如N线对地短路，线路绝缘监视装置不能发出信号，无法发现其故障，IT系统已按TT系统运行，如再发生相线接地，线路保护装置将切断电源(此保护原用以切断两相接地短路故障)，造成所供重要负荷中断供电的后果。因此如确需配出N线，必须在三相电源中采用四极断路器，在单相电源中采用两极断路器，确保连N线在内的所有导线断电。
　　1.1.5　发生第一次接地故障时的安全措施。据JGJ/T16－92第“8·6·14条IT系统配电线路的接地故障保护应满足下式要求：RA·Ia≤50V，式中RA为外露可导电部分的接地电阻(Ω)；Ia为相线和外露可导电部分间第一次接地故障电流(A)，它计及泄漏电流和电气装置全部接地阻抗值的影响”。由于Ia为电容电流，属mA级，数值很小，极易满足RA·Ia≤50V的规定。只须在IT电源系统中，设置绝缘监视装置、声光报警设备，线路保护装置采用能切断N线和相线的四极断路器或两极断路器。当发生第一次接地短路故障时，只发出声、光报警，不须切断供电电源。
　　1.2　当发生第二次接地故障时
　　第二次接地故障如发生在与第一次故障同相的线路，则仍属第一次接地故障；如发生在异相线路中，则形成短路故障，表现为相间短路或相、零(当配出N线时)短路。其短路电流与用电设备的外露导电部分单独接地或共同接地有关，现分别分析如下：
　　1.2.1　电气设备的外露导电部分各自单独接地，如图3所示。当电气设备M1的L3相接地，M2的L2相接地时，据JGJ/T16－92第8·6·4·14条规定：必须满足：RA·Ia≤50V、RA·Ic≤50V，式中Ia、Ic分别为M1、M2保护电器自动切断电源的动作电流(A)。采用熔断器时，对于固定设备和配电干线为5s内熔断的熔体电流；对于手握式及手移式设备为在熔体未熔断前相应接触电压所允许时间内熔断的熔体电流。当采用空气断路器时为瞬时动作整定电流。当采用RCD时为额定剩余动作电流IΔn。
　　一般情况下，取RA=RC≤4Ω，则Ia=Ic≤=12.5A，由此可计算出电气设备最大允许容量，同时可以看出，当采用空气断路器或熔断器作为保护电器时，此种接线方式的IT系统只能供给小容量的负荷，当负荷量较大时，则必须采用RCD。
　　1.2.2　电气设备的外露导电部分与电力系统共同接地，见图4所示。当M1中L1相与M2中的L3相接地时，与TN系统相间短路相同，短路电流很大，但为了防止间接电击的目的，JGJ/T16－92第8·6·4·17条“当IT系统配电线路发生第二次接地故障时，应由过电流保护电器或漏电电流动作保护电器切断故障回路，并应符合下式要求：当不配出N线时，Zs·Ia≤Uo；当配出N线时，Z′s·Ia≤，式中Z′s为包括相线、N线和PE线在内的故障回路阻抗(Ω)；
Ia为保护电器切断故障回路的动作电流(A)。当线路标称电压为220/380V时，如不配出N线，为在0.4s内切断故障回路的动作电流；如配出N线则为在0.8s内切断故障回路的动作电流”。当采用空气断路器作为保护电器时，Ia为瞬时动作整定电流；当采用RCD时，Ia为额定剩余动作电流IΔn；当采用熔断器时，对于220/380V配电干线和固定电气设备，为5s内熔断的电流，对于手握式或移动式电气设备，如不配出N线，为0.4s内熔断的电流，如配出N线，为0.8s内熔断的电流。
　　为了降低接触电压，上式虽然按相线与N线或PE线间短路考虑，如能满足，对于相间短路则更能满足。因此根据上式，只要确定了电气设备的容量，就可计算出保护电器自动切断电源的瞬时过电流脱扣器整定值，从而确定出环路阻抗，根据供电回路导线的规格、型号，便确定出电气设备供电回路的允许长度。此种接地方式，供电回路长度受到限制。设备容量与供电回路长度的数值计算在此省略。
　　IT系统适用于环境不良，易发生一相接地或火灾爆炸的场所，如煤矿、化工厂、纺织厂，也可用于农村地区。近几年逐步应用于重要建筑物内的应急电源系统，以及医院手术室等重要场所的动力和照明系统。
　　2　TT系统
　　电源中性点直接接地，电气设备的外露导电部分用保护线接至与电源中性点接地无电气联系的接地板上，简称保护接地或接地制，如图5所示。
　　2.1　电气设备的L1相发生碰壳接地
　　当电气设备M的L1相发生碰壳接地时，环路阻抗Z=ZL＋ZPE＋Zf＋RA＋RB，式中ZL为相线阻抗；ZPE为PE线阻抗；Zf为相线与外壳间的接触阻抗；RA为用电设备接地电阻(Ω)；RB为电源中性点接地电阻(Ω)。由于ZL、ZPE、Zf数值较小，可忽略不计。接地故障电流
　　2.1.1　RA的选择。据JGJ/T16－92第8·6·4·10条：RA·Ia≤50V——(8·6·4·10)，Ia为保证保护电器切断故障线路的动作电流(A)，且符合表1规定的最大切断故障时间。当采用低压断路器作为接地故障的保护装置时，据JGJ/T16－92第8·6·2·6知：——(8·6·2·6)，Id为单相短路电流(A)；
IZd为低压断路器瞬时或延时过电流脱扣器整定值(A)；
取代入（8·6·4·10）式中，得出
　　据JGJ/T16－92第14·5·2条知：RB≤4Ω，代入式
　　（2），则。
　　2.1.2　对RA≤2.07Ω，这个要求比较苛刻，较难实现，在JGJ/T16－92中不具体要求RA的数值，只要求保护电器在表1规定的时间内切断故障线路即可。一般RA
取值4～10Ω，如RA=10Ω，据(8·6·4·10)式可得出：。将低压断路器瞬时动作整定电流整定值为5A，在实际工程中没有实际意义。
　　2.1.3　根据以上分析，采用低压断路器做为TT系统接地故障保护时，对RA要求苛刻(不大于2Ω)，或对整定值Ia过小，因此，当负载容量较大时不能将其作为保护电器，可采用RCD。如果用反时限特性的过电流保护电器时，必须满足表1规定的时间。
　　2.2　发生相线直接触地
　　当发生相线直接触地，造成直接对地短路故障，在一般情况下，导线落到地面，对地接触电阻都大于10Ω，根据(8·6·4·10)式可知：低压断路器瞬时整定电流值Ia<5A，因此也不能采用低压断路器，而采用RCD作为相线直接对地短路的保护电器。如不能切除故障回路，由于中性点电位升高，非故障相电压大于220V小于380V，对单相负荷有危害，且接地点有危险电位。因此供电线路首端应装设RCD。
　　2.3　注意事项
　　综合以上所述，TT系统应采用RCD做保护电器，但应注意以下几点：
　　(1)在供电干线首端装设RCD，其后面线路中N线不重复接地。
　　(2)如在干线首端不装设RCD，则零线(N)可在线路适当地点重复接地。N线上不允许安装熔断器和自动空气开关。
　　(3)TT系统的N线断开后，三相负荷如不平衡，中性点电位将升高，使个别相线相电压升高，单相设备可能被烧毁。可安装断零开关，但缺点是：当某一用电设备单相碰壳而保护装置不灵敏时，由于中性点电位升高，会使所有断零开关动作，扩大了事故停电范围，故TT系统更要求装设RCD，以弥补此缺点。
　　(4)TT系统装设RCD，须采用四极和二极(单相)，切断相线的同时切断中性线。
TT系统可适用于农村居住区、市电用户和分散的民用建筑以及对接地要求高的电子设备场所。
　　3　TN系统
　　电力系统有一点直接接地，受电设备的外露可导电部分通过保护线与接地点连接。按中性线与保护线组合情况，又可分为以下三种型式：
　　3.1　TN－C系统
　　工作零线(N)与保护零线(PE)共用，如图6所示。
　　3.1.1　当电气设备相线碰壳，直接短路，短路电流较大，可采用一般过电流保护电器切断电源。TN－C系统不宜采用RCD，因为如相、零导线错接，220V接触电压通过PEN传到所有接零设备的外壳，同时因PEN不允许通过RCD而无法装设RCD，一般采用零序过流保护。
　　3.1.2　当工作零线断开时，如三相负荷不平衡，使中性点电位升高(极有可能高于50V)，使在断裂点以前与PEN相连的电气设备的金属外壳带有危险电压；同时相电压升高，可烧毁单相设备。
　　3.1.3　TN－C应将PEN线重复接地，能降低中性点及用电设备的外壳电位，但不能消除触电危险。
　　根据以上所述，TN－C系统不安全因素较多，在民用建筑中不应采用，可用于仅有单相(220V)携带式、移动式用电设备(不必接零)场合。
　　3.2　TN－S系统
　　整个系统的中性线(N)与保护线(PE)是分开的，如图7所示。
　　3.2.1　当电气设备相线碰壳，直接短路，可采用一般过电流保护电器切断故障线路。如线路较长，可在线路首端装设RCD切除故障线路。
　　3.2.2　当N线断开，如三相负荷不平衡，中性点电位升高，但外壳无电位，PE线也无电位，这是区别于TN－C的重要特点。
　　3.2.3　TN－S系统的N线不宜重复接地，因重复接地后对断N线后保护设备不明显，且干线首端便不能装设RCD，但必要时PE线也可以重复接地。
TN－S系统适用于工业企业，大型民用建筑。
　　3.3　TN－C－S系统
　　当PE线与N线从某点(一般为进户处)分开后就不能再合并，且N线绝缘水平应与相线(L)相同，如图8所示。
　　3.3.1　当电气设备发生单相碰壳，同TN－S系统，但PEN段不能装设
RCD，PE与N线分开段可采用RCD。
　　3.3.2　当N线断开，故障同TN－S系统。
　　3.3.3　TN－C－S中的PEN应重复接地，N线不宜重复接地。
　　TN－C－S系统适用于工业企业，当负荷端装设RCD，干线末端装有断零保护，也可用于住宅小区。
　　3.4　TN系统相线直接接地故障分析
　　据JGJ/T16－92第8·6·4·6条规定：TN系统接地故障保护电器动作特性应符合：ZS·Ia≤Uo——(8·6·4·6)，式中ZS为接地故障回路阻抗(Ω)；Ia为保证保护电器自动切断故障线路的动作电流(A)，且符合表2规定的时间。Uo为相线对地标称电压(V)，取Uo=220V。当采用低压断路器作为接地故障的保护电器时，据JGJ/T16－92第8·6·2·6规定：式中Id为接地故障电流(A)；IZd为低压断
路器瞬时或延时过电流脱扣器整定值(A)。
据JGJ/T16－92第14·2·5条规定：相线直接触地，除约定保护线和与之连接的外露可导电部分的
电压值不超过50V，还应满足下式：——(14·2·5)，式中RB为并联接地体的接地电阻(Ω)；RE为不与保护线连接的外部导电部分的最小对地接触电阻(Ω)，当RE未知时，可假定为10Ω。将相电压Uo=220V，RE=10Ω代入(14·2·5)式，则：
　　在一般情况下，RB≤2.94Ω是可以做到的，但必须注意：出现RE小于10Ω的情况，主要发生在相线落至具有良好导电的金属材料(如金属屋面、金属栏杆、钢材堆放处)上，或落在江河水面上，否则如RE=1Ω，则RB≤0.294Ω，实施是很难的。所以架空线跨越上述地段，必须加强架空线强度或采取隔离方法。
　　以上分析了各种接地型式的优、缺点、适用范围、RCD适用型式以及过电流保护的配置，下面再谈一下如何选用RCD。
　　4　RCD的选择
　　4.1　RCD的分类、型式、参数
　　RCD分为电子式、电磁式，其产品名称有：漏电断路器——漏电保护＋断路器(带过载短路保护)；漏电开关——漏电保护＋接触器(有过载保护)；触电保护器——漏电保护＋单投开关。
　　其主要参数：(1)额定电压Ve：380V、220V，额定电流15～200A；(2)极数：二极(单相)、三极(三相)、四极(三相)；(3)额定动作电流IΔn：高灵敏度IΔn=6～30mA，中灵敏度IΔn=50～500mA，低灵敏度IΔn=200～1000mA、>1000mA；(4)漏电动作时间：快速型t≤0.1s，t≤0.2s，延时型t=0.2、0.4、0.6s，长延时型t<1～2s。
　　4.2　RCD的正确选择
　　4.2.1　确定在配电系统末端选用RCD的电击能量(电能×时间)的安全界限为30mA·s。
　　(1)仅有一级漏电保护时：，式中Ur为安
全接触电压，干燥场所取56V，潮湿场所取25V，特别潮湿场所取2.5V；RS为设备外壳接地电阻(Ω)。
　　(2)有几级漏电保护时：IΔn1≥3IΔn2、t1≥tfd，式中IΔn1为上一级RCD额定动作电流，mA；IΔn2为下一级RCD额定动作电流，mA；t1为上一级RCD可返回的时间，s；tfd为下一级RCD合、分断时间,s。
　　4.2.2　系统正常泄漏电流Ig要小于RCD额定动作电流IΔn，且IΔn≥4Ig。
实际设计时，(1)对于民用单相线路：IΔn≥Imax/
3000，(A)；(2)对于照明总干线或友干线，
(A)；(3)对于三相或三相四线制动力系统：
(A)。式中Imax为线路最大供电电流，A。
　　4.3　RCD动作电流的选择
可按JGJ/T16－92第14·3·11条选择，在此只增加一条：为防止电气火灾，除在电气设备侧装设RCD外，应在电源进线装设RCD，作为后备保护，RCD三级选择原则为：
　　(1)分支线及线路末端用电设备选择RCD，取IΔn=30mA，t≤0.1s；
　　(2)支线选择RCD：取IΔn=300mA，t≤0.3s；
　　(3)干线选择RCD，取IΔn<1000mA，t≤1s。
　　4.4　装设RCD，必须辅以等电位联结
　　固定设备外壳上的故障电压可沿PE线传至手握式、移动式设备外壳上，而手握式、移动式设备回路上安装RCD末检测出剩余电流，不动作。因此必须按照IEC60364－4－41(电击防护)标准，装设RCD时，必须实施等电位联结，可按《等电位联结安装》(97SD567)具体实施。