1、引言
接地系統設計是工廠低壓供配電設計中的一項重要內容，電源(如變壓器)的接地型式有工作接地和非工作接地之分，用電設備的接地型式有保護接地和保護接零之分。相應地，由電源、供電線路、用電設備共同組成的供配電系統的接地系統則有多種。工廠低壓供配線路發生接地故障時，其危害很大，因此應對接地故障進行保護[1]。
2、電源、用電設備的接地型式
2.1 工作接地
電源(如變壓器)二次側繞組採用Y形連接時，其中性點經導線與接地體相連接，這種接地型式稱為工作接地，如圖1所示。工作接地是電源的兩種接地型式之一。
圖1 工作接地
2.2 非工作接地
電源(如變壓器)沒有中性點或二次側繞組有中性點，但經高阻抗與接地體相連接，這種接地型式稱為非工作接地[2]，如圖2所示。非工作接地是電源兩種接地型式之一。
圖2 非工作接地
2.3 保護接地
在供配電系統中，用電設備的金屬外殼部分經導線與接地體相連接，這種接地型式稱為保護接地，如圖3所示。保護接地是用電設備兩種接地型式之一。
2.4 保護接零
在供配電系統中，用電設備的金屬外殼部分經導線與供電線路中的零線相連接，這種接地型式稱為保護接零[2]，如圖4所示。保護接零是用電設備兩種接地型式之一。
圖3 保護接地
圖4 保護接零
3、工廠低壓供配電設計中的接地系統
目前有四種接地系統應用於工廠低壓供配電設計中，即IT接地系統、TT接地系統、TN接地系統和重複接地系統。
3.1 IT接地系統
在IT接地系統中，電源非工作接地，用電設備保護接地，如圖5所示。在這種接地系統的供電線路中既沒有中性線N線，也沒有保護線PE線，所以用電設備只能是三相對稱用電設備或是額定電壓為線電壓的單相用電設備。當然，如果需要N線，也可以配出N線，但同時需要在N線上設置過電流保護裝置，以便發生短路故障時切斷供電線路。
圖5 IT接地系統
IT系統具有兩個方面的優點，一是發生單相短路時，三相電壓保持不變，三相用電設備可正常運行，同時用電設備外殼不帶電，不會發生觸電事故;二是用電設備金屬外殼經導線與接地體相連接，各用電設備間無電磁干擾[3]。IT接地系統目前在工廠低供配電設計中應用較少，只有在生產、儲存和裝卸易燃易爆危險物品的工廠供配電設計中用到。
3.2 TT接地系統
在TT接地系統中，電源工作接地，用電設備保護接地，如圖6所示。在這種接地系統中，供電線路有中性線N線，但沒有保護線PE線，用電設備既可以是三相用電設備又可以是單相用電設備。在TT接地系統中，由於所有用電設備的金屬外殼經導線與接地體相連接，當用電設備比較多且分散時，會相應地增加接地成本。
圖6 TT接地系統
TT接地系統有三個方面的特點，一是採用這種接地系統後，如果用電設備漏電，用電設備中性點電位較高，則可能造成觸電事故;二是由於供電線路中沒有保護線PE線，當出現故障時，不會故障電壓沿PE線竄入其他戶內的情況;三是各用電設備有自己的PE線，各用電設備間無電磁干擾[3]。TT接地系統目前在工廠低壓供配電設計中應用較少，但很有應用前景。
3.3 TN接地系統 (樹上鳥教育電氣設計）
在TN接地系統中，電源工作接地，用電設備保護接零，中性線N 線和保護線PE線統稱為零線，根據N線和PE線的組合情況不同，TN接地系統又分為TN-C接地系統、TN-S接地系統和TN-C-S接地系統。
(1)TN-C接地系統。如圖7所示，在TNC接地系統中，N線和PE線合二為一(即PEN線)，這種接地系統的供電線路上既可以接三相用電設備，又可以接單相用電設備，供電線路中PEN線一般有電流流過，會對供電線路上的用電設備造成電磁干擾。當PEN線斷線時，PEN線斷點後用電設備的金屬外殼具有較高的接觸電壓，容易造成觸電事故。當發生短路時，過電流保護裝置會切斷供電線路，從而保障用電設備和人安全。TN-C接地系統應用於用電容量不大、接地要求不高的工廠低壓供配電設計中。
(2)TN-S接地系統。如圖8所示，在TNS接地系統中，N線和PE線從電源中性點開始完全分開，這種接地系統的供電線路上既可以接三相用電設備，又可以接單相用電設備，供電線路中N線一般有較小的電流流過，PE線上沒有電流流過，不會對供電線路上的用電設備造成電磁干擾。當N線斷線時，斷點後用電設備的金屬外殼上的接觸電壓為零，不會造成觸電事故。當發生短路時，過電流保護裝置會自動切斷供電線路，從而保障用電設備和人的安全。TN-S接地系統常用於各種工廠的低壓供配電設計中。
圖7 TN-C接地系統
圖8 TN-S接地系統
(3)TN-C-S接地系統。如圖9所示，在TN-C-S接地系統中，N線和PE線前部分合用，後部分完全分開，N線和PE線分開後不能再合起來，N線和PE線分開時兩線要同時都接地一次。這種接地系統前部分實際上是TN-C接地系統，後部分實際上是TN-S接地系統，在供電線路上無論是前部分還是後部分，都可以既接三相用電設備又接單相用電設備，因此這種接地系統前部分具有TN-C接地系統的特點，後部分具有TN-S接地系統的特點。TN-C-S接地系統常用於既有臨時用電設備又有永久用電設備的工廠低壓供配電設計中。
圖9 TN-C-S接發系統
3.4 重複接地系統
如圖10所示，在三相四線制供電線路中，每當從主供電幹線取電時將N線接地一次，同時從接地線上引出PE線，重複接地系統實際上是多個TN-C-S接地系統的串聯組合。在重複接地系統中，供電幹線不接用電設備，與用電設備相連接的N線上一般有電流流過，PE線上沒有電流流過，所以不會對用電設備造成電磁干擾，也不會造成觸電事故。當發生短路故障時，過電流裝置切斷供電次幹線，從而保護用電設備和人的安全。重複接地系統主要用於用電量不大且車間分散的工廠低壓供配電設計中。
圖10 重複接地系統 (樹上鳥教育電氣設計）
4、工廠低壓供配電設計中的接地故障保護
工廠低壓供配電系統的接地故障是指工廠低壓供配電系統中相線對地或與地有聯繫的導體之間的短路，包括相線與大地、相線與PE線或PEN線以及相線與設備的金屬外殼之間的短路[4]。接地故障有較大的危害性，在工廠低壓供配電設計中必須進行接地故障保護設計。
4.1 IT接地系統中的接地故障保護
4.2 TT接地系統中的接地故障保護
在TT接地系統中，只需設置漏電開關進行保護即可，漏電開關過電流動作值按低壓斷路器反時限特性要求來整定，漏電電流動作值一般選擇30mA。
4.3 TN接地系統中的接地故障保護
在TN接系統中，工廠低壓供配電系統的接地故障可由低壓斷路器切斷供電線路來保護，低壓斷路器的動作電流按其反時限特性要求來整定。但在TN-S接地系統和TN-C-S接系統後部分中用低壓斷路器不能達到保護要求時，則需裝設漏電開關來進行故障保護。在TN-C接地系統中，由於沒有PE線，若要用漏電開關進行故障保護，則需在TN-C接地系統中增加一條PE線，使其變為TN-S接地系統。
5、總結
在工廠低壓供配電設計中，一定要根據環境條件、安全可靠性要求以及用電設備對電磁干擾要求慎重選擇電氣接地系統，並進行接地故障保護，使接地系統能有效地保護用電設備和人的安全。
閱讀更多 樹上鳥教育狄老師 的文章
