工厂低压供配电设计中接地系统及接地故障保护探究陈明通

工厂低压供配电设计中接地系统及接地故障保护探究陈明通

陈明通

招商局物业管理有限公司东莞分公司523808

摘要：随着我国工业的迅速发展，电能作为重要的能源供给形式被广泛的应用到工业生产当中。但是，由于工厂中各项电力配给系统十分繁琐复杂，而低压供电设备又是其中十分重要的内容之一，一旦低压配电设备中的接地系统发生故障，则会为工厂生产带来十分严重的危害，因此需要对其加强重视，给予切实妥当的接地故障保护。基于此，本文将对工厂低压供配电接地系统进行分析，并对系统的接地保护措施加以阐述。

关键词：工厂；低压供配电；接地系统；接地故障保护

前言：接地系统设计是工厂低压供配电设计中的一项重要内容，电源（如变压器）的接地型式有工作接地和非工作接地之分，用电设备的接地型式有保护接地和保护接零之分。相应地，由电源、供电线路、用电设备共同组成的供配电系统的接地系统则有多种。工厂低压供配线路发生接地故障时，其危害很大，因此应对接地故障进行保护。

1工厂低压供配电设计中常用的接地类型

1.1工作接地

工作接地的概念为，当电源的二次绕组为Y型接线形式时，将系统中的中性点接地，防止电源故障时出现漏电等问题。这种方法可细分为两种应用模式，一种为N线与PE线分隔，实际参与接地的线路有两条，另一种为N线和PE线合用，接地线路有一条。

1.2非工作接地

非工作接地的概念为，电源中无中性点，或者只有在二次绕组侧有中性点，在这种方法的应用中，针对电源无中性点的状态，会从系统中直接引出接地点。针对二次绕组存在中性点的情况，N线接地时，会通过一个高阻抗完成接地。

1.3保护接零

在工程的设备中，存在大量金属外壳，需要采用合理方法将外壳接地，防止工作人员出现触电事故。保护接零的概念为，将拥有金属壳的设备外壳与低压供配电系统中的零线连接，由于零线也能够发挥一定的接地保护功能，所以可以应用这种方法来保护供配电系统中的电路。

1.4保护接地

保护接地为针对工厂中设备金属外壳的另一种保护形式，当设备对外界干扰敏感，或者在运行中容易出现大电流漏电问题时，供配电系统中的零线通常不能发挥对设备的保护功能，针对这种情况，需要应用保护接地模式。

该接地方式的原理为，将设备的金属外壳通过线缆，与接地体相连。这种接地方法的效率更高，但是相较于保护接零，接地系统结构更加复杂。

2工厂低压供配电设计中的接地系统

在国际电工委员会颁布的相关规定中指出，低压电网接地系统中主要包括三大内容，分别为IT系统、TT系统与TN系统，本文将针对以下三个系统进行分析与研究。

2.1TT接地系统

TT接地系统中，融合了电源接地和用电设备的保护接地两种工作方式，应用的电源为存在中性点的供电电源，将电源中的中性点接地，而对于用电器，接地方法为外壳接地，防止发生漏电问题。但是工作接地中，并非应用PE线完成接地，接地的线路为N线。此外在系统的运行中，用电设备可以为三相电源，也可以为单相电源，总体设计框架为，将所有被接地设备连接到整个接地线路上，当工厂中的设备过多时，整个接地系统的复杂度提高，导致系统的建设成本上升。

TT接地系统的特点为，首先由于电源接地中未设置PE线，在发生漏电问题时，不会出现漏电电流窜入其余用电设备中的情况。其次由于各个用电设备拥有独立的PE线，在这种方法的应用中，不会出现各线路的电磁干扰问题。最后在接地系统的运行中，当用电设备漏电时，接地线路中的电位上升，此时容易发生工作人员触电问题。在当前工厂低压供配电系统中，这种方法的应用较少，但是从实际运行效果来看，这一接地系统有很好的发展前景。

2.2IT接地系统

IT接地系统的适用范围为，电源为非工作接地状态下的线路。在整个接地系统中，不存在N线和PE线，所以在这种线路中，用电设备只为三相用电器，或者用电设备的额定电压为整个线路中的单相电压。事实上，在这种接地系统的应用中也可配置出N线，但是需要设置电流保护线路，只有满足这一条件才可保证整个系统的正常稳定运行。

IT接地系统的特点为，其一，在线路中出现单项短路问题时，整个供配电系统的电压不变，用电设备可以正常运行，并且用电设备的外壳不会出现带电问题，可以防止工厂中的工作人员出现触电事故。其二，为设备的外壳应用独立线路与接地体连接，在这些线路的运行中，不会出现电磁干扰现象，可以保证整个系统的正常稳定运行。

2.3TN接地系统

该系统属于我国目前应用最为普遍的系统，主要工作模式为将中性点与地面直接接触，也就是将全部设备中具有导电能力的部分与PEN或者PE线相连接，也就是接零操作。按照N线与PE线间的组成方式进行划分后，可以将TN系统分解成TN-S系统、TN-C系统、TN-C-S系统三种。

对于TN-C系统来说，由于受到电容量的限制，主要适用于对接地要求不为严格的供配电设计当中；系统的主要优势体现在：接地方案中涉及到的保护设备与导线数量较少，因此系统运行的成本较低；劣势体现在：（1）线路中电相的平衡度较差，当电路中存在谐波电流时，此种接线方式势必会产生电磁干扰，进而损害敏感设备；（2）如若接地系统中保护性存在异常，则很可能会引发严重的安全事故。

对于TN-S系统来说，主要适用于对安全性与抗磁性要求较严格的供配电设计中；系统的主要优势体现：（1）由于设备中不存在电流，因此不会产生电磁干扰问题，能够充分满足精密仪器工作环境要求；（2）系统处于正常工作状态下，断线后设备中的外漏部分并不存在电流，接地系统具有保护线路支持，因此具有较强的安全性。主要缺陷体现为：使用的器材与设备众多，在使用中投入成本较高。

对于TN-C-S系统来说，属于上述两种系统的混合体，该系统的上部分采用TN-C系统接地，而下部分采用TN-S系统，该系统能够将上述两种系统的优势结合，规避二者的缺陷，使系统的适用范围变得更加广泛，在临时和永久用电中都能够得到充分应用。系统的缺陷在于：（1）系统结合了TN-C与TN-S两种系统，在构造上较为复杂，因此后期维修的难度较高；（2）系统对技术人员操作水平的要求较高，需要专业的电工技术人员进行操作，通常应用到大型的系统当中。

3接地故障保护的概述

在接地系统的使用过程中，很可能出现各种各样的故障，因此，为了保证接地系统的顺利进行，还要设置能够自动切断故障电路的安全保护措施，以免发生电气事故。具体的切断保护装置也需要根据工厂的实际运行情况和接地系统的特点来确定。

3.1TN系统的故障保护

在进行这种系统的接地故障保护设计时，应符合相应的标准要求。对于故障保护来说，设备的反应时间都比较短，固定设备只有5秒左右，移动设备只需0.4秒，因此，只有满足上述切断回路的时间，才能使得故障保护系统发挥出应有的作用。当TN系统出现金属性短路等故障时，会产生较大的电流，因此此时使用电路故障保护就可以利用电流保护电器，当出现的电流过大时，就自动切断电路。当线路较长时，电流保护器发挥作用的时间就会延长，因此故障保护装置应该采用漏电保护器。

3.2TT系统的故障保护

对于TT系统来说，当发生故障时，故障电流一般较小，还达不到电流保护响应的范围，因此如果采用高灵敏度的设备将会加大成本投入。因此，在TT系统的故障保护装置中一般采用漏电保护器装置。

3.3IT系统的故障保护

这类系统的故障保护装置较为特殊，当首次发生接地故障时，故障电流较小，故障电压一般也在50V以下，不需要特别进行故障保护。但是，当发生第二次接地故障时，由于系统外露导电部分均为单独接地，因此其防止电击的要求和TT系统相同，如果外露导电部分为共同接地，那么其防止电击的要求和TN系统相同。

4结语

在工厂低压供配电设计中，一定要根据环境条件、安全可靠性要求以及用电设备对电磁干扰要求慎重选择电气接地系统，并进行接地故障保护，使接地系统能有效地保护用电设备和人的安全。

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